(精品)动量源方法2.ppt
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1、动量源方法动量源方法Momentum Source Method 目前,直升机旋翼流场的数值模拟主要采用两种方法:一是涡流理论方法,二是计算流体力学方法。其中,利用涡流理论方法求解旋翼流场已经取得了很大的进展,并在实际中得到广泛应用。但涡流方法的主要不足在于它对旋翼流场细节特征的模拟不够准确。而CFD方法若采用Euler方程或Navier-Stokes方程作为控制方程,涡量可以作为解的一部分存在,因而可以很好的捕捉旋翼尾迹,从而更准确的捕捉流场信息。一、概述在利用在利用CFDCFD数值模拟旋翼流场时,主要有两种思路:数值模拟旋翼流场时,主要有两种思路:(1 1)围围围围绕绕绕绕各各各各片片片片
2、桨桨桨桨叶叶叶叶生生生生成成成成贴贴贴贴体体体体网网网网格格格格,整整个个旋旋翼翼网网格格系系统统为为运运动动嵌嵌套套网网格格。在在该该网网格格中中求求解解EulerEuler方方程程或或Navier-StokesNavier-Stokes方方程程来来模拟旋翼流场;模拟旋翼流场;(2 2)利利利利用用用用作作作作用用用用盘盘盘盘(Actuator Actuator Actuator Actuator DiskDiskDiskDisk)理理理理论论论论,将将旋旋转转的的桨桨叶叶等等 效效为为一一个个作作用用盘盘。动动量量源源方方法法属属于于作作用用盘盘方方法法的的一一种种,它它的的基基本本思思想
3、想是是,桨桨叶叶对对气气流流的的作作用用被被等等效效为为时时间间平平均均的的动动量量源源项项添添加加到到控控制制方方程程(EulerEuler或或NavierNavier-Stokes-Stokes)中中。这这样样,桨桨叶叶对对气气流流的作用通过气流动量的变化来表征。的作用通过气流动量的变化来表征。嵌套网格嵌套网格方法方法 V22V22悬停状态时流场悬停状态时流场 为降低计算代价和提高模拟旋翼下洗流场的效率,一些研为降低计算代价和提高模拟旋翼下洗流场的效率,一些研究者已进行了很多尝试。究者已进行了很多尝试。RajagopalanRajagopalan和和ChaffinChaffin采用以桨盘代
4、替采用以桨盘代替旋翼的方法对旋翼流场进行了计算,在计算效率上取得了明显旋翼的方法对旋翼流场进行了计算,在计算效率上取得了明显的进展。采用动量源方法最大的特点是桨叶对气流的作用以动的进展。采用动量源方法最大的特点是桨叶对气流的作用以动量源的形式来代表,量源的形式来代表,忽略桨叶附近的细节流动忽略桨叶附近的细节流动,把,把周期性的流周期性的流动动通过时间平均方法转化为通过时间平均方法转化为“准定常准定常”流动流动。采用上述方法在。采用上述方法在保证旋翼下洗流场的本质属性的前提下,舍去求解旋翼桨叶周保证旋翼下洗流场的本质属性的前提下,舍去求解旋翼桨叶周围流场的流动细节给计算精度提出的要求。同时,不用
5、采用围围流场的流动细节给计算精度提出的要求。同时,不用采用围绕桨叶生成贴体网格,简化了网格生成。绕桨叶生成贴体网格,简化了网格生成。二、带动量源项的三维二、带动量源项的三维EulerEuler方程及其离散方程及其离散分别为流体的密度和压强表示单位体积的总能表示笛卡尔坐标系下的三个速度分量为动量源项为动量源项在笛卡尔坐标系下的三个分量 将计算域分成有限个互不重叠的网格单元,这样流场空间被离散化,在每一个网格单元中求解Euler方程。任取其中的一个网格单元K,在网格单元K中Euler方程可表示为:因为网格单元很小,可以认为守恒变量W在网格单元K中处处相等,所以有:i 表示四面体K的一个网格面,n
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