采用5阶WCNS格式的高超声速压缩拐角非平衡流数值模拟
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摘要
基于前期开展的紧致非线性格式(Weighted Compact Nonlinear Scheme,WCNS)在热化学非平衡流模拟中的应用研究,进一步将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)应用于存在激波/边界层相互作用的高超声速非平衡流数值模拟,针对高阶格式在化学反应流应用中的鲁棒性问题,采取了若干措施,包括:(1)根据间断处不同物理量的量级设定非线性加权插值权系数计算中的小量,确保微量化学组元在间断区的光滑度量函数效果;(2)对粘性项采用非线性插值,以避免激波附近组元质量分数的量级变化引起的插值振荡;(3)在边界处对组元连续方程进行降阶处理。分别采用5阶WCNS格式与2阶MUSCL格式进行高超声速非平衡压缩拐角流动的数值模拟,分析了流场结构和流动分离特性(包括分离区大小,压力、热流峰值及对应位置等)。来流马赫数Ma=14、拐角为24°的算例结果表明,5阶WCNS格式在分离区计算的网格收敛性方面优于二阶MUSCL格式,对流场结构的捕捉也较二阶格式更加精细。另外,以三阶龙格库塔时间格式和隐式LU-SGS时间近似格式为代表,研究了时间格式对压缩拐角流动求解的影响,结果表明,时间格式精度对流场收敛解的影响很小,且影响程度依赖于网格分布。
引文