Details

Тема выпускной квалификационной работы – «Реализация и тестирование метода решения двумерных сопряжённых задач динамики жидкости и твёрдого тела в коде SINF/Flag-S». Данная работа посвящена внедрению в вычислительный код общего назначения инструментария для проведения сопряжённых расчётов гидрогазодинамики и динамики абсолютно твёрдого тела на основе метода деформируемых сеток. С использованием реализованной методики проводится моделирование автоколебаний упруго закреплённых цилиндров в ламинарном и однородном потоке жидкости. Рассматриваются цилиндры круглого и эллиптического сечений, проводятся расчёты с вынужденным вращением тела по гармоническому закону. В результате выполнения работы в программном пакете SINF/Flag-S была успешно реализована возможность совместного интегрирования уравнений гидрогазодинамики и динамики абсолютно твёрдого тела. Результаты моделирования автоколебаний круглого цилиндра сравнены с более ранними работами: были рассмотрены характеристики установившихся колебаний положения тела (амплитуда, частота), а также сдвиг фаз между подъёмной силой и изменением координаты. Для эллипсов проведена оценка влияния отношения полуосей на движение тела и характер течения жидкости. Исследовано также влияние наложенного вращения.

The subject of the graduate qualification work is «Implementation and testing of a coupled two-dimensional CFD and rigid body dynamics solver in SINF/Flag-S code». The given work is devoted to expanding SINF/Flag-S computational suite with a coupled CFD and rigid body dynamics solver based on moving grids method. Implemented methodology is used to simulate vortex-induced vibrations of a cylinder in the laminar flow regime. Cylinders of circular and elliptic cross-section are considered. Calculations for the case of forced rotation around the body's axis are carried out. As a result of the graduate qualification work, the option for joint integration of fluid and rigid body dynamics equations has been successfully implemented in SINF/Flag-S code. Simulation results for vortex-induced cylinder vibrations are compared with earlier works: numerical characteristics of established body position oscillations (amplitude, frequency) and phase difference between the lift force and transverse cylinder displacement are considered. For elliptic cylinders the effect of aspect ratio on body motion and fluid flow is studied. Influence of forced rotation is also analyzed.

• Введение
• Математическая модель для решения сопряжённых задач динамики твёрдого тела в жидкости
  • Уравнения динамики жидкости в приближении сплошной среды
  • Уравнения динамики абсолютно твёрдого тела
• Численный алгоритм и его реализация в программном комплексе SINF/Flag-S
  • Метод конечных объёмов
    • Вычисление конвективных слагаемых
    • Вычисление диффузионных слагаемых
    • Аппроксимация производных по времени
  • Алгоритмы деформации сетки и интегрирования уравнений динамики твёрдого тела
  • Сводка основных модификаций программного кода
• Исследование колебаний упруго закреплённого цилиндра в однородном потоке
  • Автоколебания круглого цилиндра в ламинарном потоке
    • Обоснование выбора шага по времени
    • Исследование сеточной сходимости
    • Результаты расчётов
  • Автоколебания эллиптического цилиндра в ламинарном потоке
  • Автоколебания вынужденно вращаемого эллиптического цилиндра в ламинарном потоке
• Заключение
• Библиографический список