基于OpenFOAM的可压缩流动与传热大涡模拟数值研究

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1、国内图书分类号：TK261学校代码：10213国际图书分类号：621.1密级：公开工程硕士学位论文基于OpenFOAM的可压缩流动与传热大涡模拟数值研究硕士研究生：张祎导师：颜培刚教授申请学位：工程硕士学科：动力工程所在单位：能源科学与工程学院答辩日期：2015年6月30日授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TK261U.D.C:621.1DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringNUMERICALSTUDYOFCOMPRESSIBLEFLOWSANDHEATTRANSFERINLESMETHORDBASEDONOPENF

2、OAMCandidate：ZhangYiSupervisor：Prof.YanPeigangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：PowerEngineeringAffiliation：SchoolofEnergySci.&Tech.DateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要由于湍流问题的复杂性，目前采用计算流体动力学方法还难以对工程问题中的流动和传热问题给出准确的预测

3、，湍流问题可以说是制约工业技术发展的重要问题。随着计算流体力学方法的快速发展和计算机技术的日趋成熟，大涡模拟(LES)作为通用性强、运算时间较短的高精度数值模拟方法，在可压缩流动的机理研究中发挥着越来越重要的作用。本文充分利用开源软件开放和自由的编程模式，在已有的采用C++语言编写的在linux下运行的开源流体力学库OpenFOAM的基础上，从可压缩rhoPimpleFoam求解器入手，在边界条件和数据处理层面上做了开发，且实现程序化，考核了大涡模拟对于复杂流动的适应性。这里选取了经典的后台阶分离再附流动和涡轮内部带肋冷却通道的流动，与已有的实验结果吻合较好，证实了OpenFOAM下的大涡

4、模拟能够较好应用于实际复杂流动和传热研究，进而能够对下一步的涡轮叶片内部冷却结构计算起到积极的作用。首先，本文详细总结了可压缩流动的瞬态求解器rhoPimpleFoam模拟仿真的实现细节，推导了可压大涡模拟控制方程的滤波形式及积分形式。利用OpenFOAM现有的有限体积法求解模块、紊流模型模块及前后处理器，对粘性方腔驱动流动和一维激波管问题进行模拟，验证评估OpenFOAM在数值模拟上的有效可靠。在此基础上，更改了源代码，进行了二次开发，实现了程序化。编译局部时均模拟湍流模型和用随机数法合成的适用于大涡模拟的脉动入流条件，且讨论并行计算等收敛加速技术。然后，基于rhoPimpleFoam求

5、解器，将LESinlet应用于后台阶分离再附流动的大涡模拟算例，讨论数值计算方法对后台阶分离流动再附问题的影响。最后，针对带肋冷却结构模型分别在CFX和OpenFOAM的平台上进行模拟仿真，在rhoPimpleFoam基础上对rhoPorousMRFPimpleFoam做一定程度的研究，探讨旋转对双通道换热性能和流动特性影响,得到静止双通道中折转处换热强度最大，旋转极大的提升了第一通道带肋压力面的换热强度，使得下壁面换热强度更加均匀；旋转在提升换热强度的同时也会造成更大的沿程损失。关键词：可压缩流动；传热；大涡模拟；OpenFOAM；数值模拟-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文Abstra

6、ctSincethecomplexityofturbulentflow,itisdifficulttoshowaccuratepredictionfortheengineeringapplicationsbytheComputationalFluidDynamic(CFD)method.TurbulentproblemsarethemajorchallengeofCFDandlimitingthedevelopmentofindustry.Withtherapiddevelopmentofcomputationalfluiddynamicstechnology,increasinglyma

7、tureofcomputertechnology,thelargeeddysimulationmethodisplayingamoreandmoreimportantroleinrevealingthemechanismofcomplexflowphenomena.Thisworkhasmadefulluseoftheprogrammingmodelbasedonanoutstandingopensourcesoftwa