预处理方法研究与应用及大气扩散的数值模拟.pdf

国防科学技术大学

硕士学位论文

预处理方法研究与应用及大气扩散的数值模拟

姓名：廖守亿

申请学位级别：硕士

专业：力学

指导教师：王承尧

2000.1.1
摘要本文将加快收敛的技术——预处理方法应用到二维无粘／粘性的全马赫数范围内、物周围和城市街区内的大气扩散——污染物的传输与扩散，并得出了有意义的结果，解预处理后的控制方程，通过对管道内带突包(Bump)的无粘流动和二维盖驱动空腔粘时可大大加快计算的收敛：通过和经典文献的结果进行比较，表明本文计算结果的可靠性和程序的正确性。文中发展的预处理矩阵及预处理后边界条件的提法、差分格式为满意的结果。最后通过求解平流扩散方程，利用得出的流场信息，数值模拟了建筑尤其是低速流动计算中。计算时，用LU．SGS隐式迭代方法、JST中心差分格式来求性流动的数值模拟，表明预处理方法可用于全马赫数范围内的数值计算，在低马赫数的选取经验证是成功的，为预处理方法在全马赫数范围内特别是低马赫数时的数值计算积累了宝贵的经验。(在此基础上，将预处理方法运用到建筑物绕流和街区流场的计算中，同时应用k～￡两方程湍流模型来封闭雷诺时均的Navier-Stokes方程，获得了较为进一步数值模拟大气扩散、最终实现空气污染的预报打下了峰实的基础。j关键词：预处理，全马赫数，低速，湍流，空气污染，大气扩散国防科学技术大学研究生院学位论又
numbers，whilepreconditioned．Numericalnumbers．Thereasonable．Finally，numericalbumpmethods．Theatmosphere．ThisABSTRACTwithand国防科学技术大学研究生院学位论文Mach第1I页numericaltransportationatmosphererate，thethethattested．Second，theAcombinedstudywasconductedpredictdispersionofpollutantsaroundbuildingincityunderboundaryNumericalcomputationshavebeenmade2DNavier-Stokesequationsk～￡turbulencemodel．First，Thetime—dependentLU—SGSimplicititerativemethodJSTcentraldifferenceschemewereusedtime．derivativepreconditioningsolveinviscid／viscousflowfieldsallnumbers，especiallylowspeeds．Totime—derivativetermscompressiblesimulationscarriedinviscidfieldchannellowerwallspeedsviscous1id—drivencavity10wresultsshowedpreconditionedsimulateconvergenceaccelerateddramaticallyprovidingsolutionsbetterthanidenticalthoseobtainedwithoutconditionscharacteristicsimultaneouslystudiedt}lemethodsderivedabove．ResultsgivenforIowfoundbehastransportation·dispersionisbasisfurtherstud3，ofofatmosphereimplementationofforecastofairpollution．Words：Preconditioning，AllNumbers．LowSpeeds，Turbulence，AirPollution，AtmosphereDispersioncanyonslayer．accelerateequationatKeyiotoratesonacailorare
第一章引言§1．1大气扩散研究意义及国内外研究现状人类社会发展到二十世纪末的今天，我们的生活已发生了翻天覆地的变化，发达产高速发展的同时不可避免的会出现其它的负面影响。人类改造自然、征服自然的过C02、s02、CO及其它有毒气体和污染物质，这些污染物质通过大气的输送和扩散以及其它的一些自然过程来影响整个大气边界层，从而反过来影响人类的生存环境。而人类本身的生活所产生的废水、废气更是直接影响到自身的生存环境，因而环境问题成为人类酱遍关心的问题。近二十年来，城市建筑物向高层、密集化发展，在城市街区峡谷(Canyon)中或产生“城市急流”，或产生“气流死区”