基于非结构化网格和浸入边界的流固耦合数值模拟

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1、万方数据A辑第25卷第3期20lO年5月水动力学研究与进展CHINESEJOURNALOFHYDRoDYNAMICSV01．25。N0．3May，20lODOI：lO．3969，j．issn．1000-4874．20lO．03．007基于非结构化网格和浸入边界的流固耦合数值模拟木明平剑，．张文平，卢熙群，朱明刚(哈尔滨工程大学动力与能源工程学院，哈尔滨15000l，Email：pin萄iaming@hrbeu．edu．cn)■要：对浸入边界方法进行改进，使其适用于非结构网格。利用非结构化网格技术生成贴体网格，充分利用贴体网格与浸入边界的优势，提高复杂区域内流固耦合问题计算效

2、率。流体Navi昏stokes方程宅问项采用非结构化网格有限体积法离散，时间项采用欧拉隐式方法。利用浸入边界方法模拟运动固体区域，流同界面作用力通过vOs(volumeOfsolid)方法进行处理。通过振荡圆柱绕流计算结果与文献实验数据对比，验证了本文方法的合理性和正确性，利用本文方法对管路中阀门动态过程进行了数值研究。关键词：流固耦合；浸入式边界法；VOS；非结构化网格；有限体积法中田分类号：035文越标识码：AlT●■●■J●一一●1■●J●●1JNUmerICaISlmUlanon0ltIUldStrUCtUreInteraCtlonbaSen0ncombinatio

3、n0fimmersedboundarymethodandunstructuredgridsMINGPing-jian，ZHANGWen—ping，LUXi—qun，ZHUMing—gang(ColIegeofpowerandeneIjgyengineering，HarbinEngineefingUnjVersitMHarbinl5000l，China)Abstract：Animpmvedimme幅ed咖darymemodt0mlstmctured鲥dsispresent．Theadv锄tagesofbotIIimme陪edbo蚰da哆method柚dbody凤ed鲥dwhi

4、chgenerateswithunstnlctIlred鲥dtechnologywerellsedtoeIlIl锄ceⅡ圮compu协tione街ciencyofnuids仃uct眦interactionincomplexdomain．nediscretizationofNavi*StokcsequationIlsedcollocatedfin№volumemethodinspace锄dEulerimplicitmemodintimedomain．Theri西dbodymotionw船simulatedwithimmersedbounda呵m甜Iodinwhichthenu

5、idafIdrigidbodyime血ceinteractionw豁dealtwithVoS(Vol啪eofs01id)metllod．ThemethodhadbeenVerifiedwithnumericalrcsultofnowpastoscillatingcylinder．FinallymedyImmicprocessofvalvew觞silnulatedwiththemethod．Keywords：fluidstmctlIreintemction；imme硌edboundaD，memod；VOS；unstmctLlred鲥ds；finitevolumemethod作

6、者简介：明平剑(1980一)男，湖北孝感人，讲师，博士．万方数据324水动力学研究与进展A辑2010年第3期1引言研究流体与结构的流同耦合响应在工程上有着广泛的应用，如螺旋桨与流体作用产生推力，水轮机叶片与流体的相互作用、充液管路系统的流同耦合振动等。近年来流固耦合的数值模拟方法受到广泛的关注，并相应地发展了数种方法满足这一需要。其中一种直接法是用拉格朗日动网格跟踪界面。对于固体做小幅运动的情况，它取得了很好的结果，而且效率较高。但是对于大幅运动情况，它需要专门网格划分程序处理畸变网格，计算量很大。在过去的数年里，研究人员正试图在固定网个上，利用拉格朗日追踪运动边界法来模拟

7、流体中的刚体运动。浸入式边界法是其中一种，它首先由Peskin提出，最初用于研究人体心脏内血液流动。他并没有采用贴体网格，而仅仅是建立了笛卡尔坐标系下的模型【l】，这是因为浸入边界方法在固定网格上实现了流固耦合问题的求解。浸入式边界法现在已广泛推广应用到各种含运动边界的流动问题的计算中【2_51。对浸入边界方法的综述可参见文献【6】。不同于大多数传统的cFD方法需要构成贴体网格，浸入边界方法将刚体简单的看成是浸入背景网格。到目前为止，浸入边界方法主要和Canesian网格一起使用，其主要缺点是网格数随着雷诺数的增加