非定常流动计算的改进PISO算法及其应用

该文档是关于非定常流动计算中PISO算法的研究，由王彤、谷传纲、杨波和黄建德撰写，发表于2003年的《水动力学研究与进展》杂志上。文章探讨了PISO算法在非交错网格下的应用，并提出了一种改进方法，使得计算步骤统一。通过对比斯托克斯第二问题的计算结果，表明改进后的PISO算法在处理非定常流动时优于SIMPLE算法，特别适合于叶轮机械内部的动静耦合非定常流动的数值模拟。 正文: 非定常流动计算在流体力学领域中至关重要，尤其是在航空、航天、汽车工业以及能源设备如叶轮机械的设计和分析中。PISO（Pressure-Implicit with Split Operator）算法是一种基于压力的求解方法，它在处理非定常流动问题时表现出优越性。与SIMPLE（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）算法相比，PISO算法能够更好地捕捉流动的瞬态特性，因为它在时间步进过程中将速度和压力场的更新进行了分离。 在交错网格系统中，PISO算法通常能有效地工作，但当应用到非交错网格时，其计算流程会变得复杂。非交错网格在处理复杂几何形状和边界条件时具有优势，但这也带来了算法实现上的挑战。针对这一问题，作者提出了一种改进的PISO算法，旨在简化非交错网格下的计算过程，使算法的各个步骤更加统一，从而提高计算效率和精度。 通过对比斯托克斯第二问题的计算结果，即解决无粘性流体在特定边界条件下的流动问题，文章展示了改进后的PISO算法在非交错网格中的优势。结果显示，改进的PISO算法在处理非定常流动时，不仅能够准确捕捉流动特征，而且在计算效率上优于SIMPLE算法。这表明，对于叶轮机械内部的动静耦合非定常流动问题，这种优化的PISO算法是一种理想的数值求解工具。 叶轮机械内部的流动通常涉及复杂的非定常现象，如涡脱落、旋转失稳等，这些都需要精确的时间依赖流动模拟。因此，能够有效处理非定常流动的算法对于理解这些现象、优化设计和预测性能至关重要。改进后的PISO算法在这一领域的应用，有望为叶轮机械设计带来更为精确和可靠的数值预测，从而提升设备的性能和效率。 王彤等人提出的改进PISO算法为非定常流动计算提供了一个强大而灵活的工具，特别是在非交错网格环境下，这将对流体动力学研究和工程实践产生积极影响。通过不断优化和扩展此类算法，未来有可能进一步提高对复杂流动问题的理解和预测能力。