交错网格的SIMPLE算法模拟方腔自然对流

资 源 简 介

交错网格的SIMPLE算法模拟方腔自然对流

详 情 说 明

交错网格的SIMPLE算法在模拟方腔自然对流问题中展现出独特优势。这种方法通过将速度和压力变量错位布置在不同网格上，有效避免了传统网格系统中可能出现的压力振荡现象。

在方腔自然对流模拟中，SIMPLE算法（Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equations）通过迭代求解动量方程和压力修正方程的耦合问题来处理不可压缩流动。该算法的核心思想是建立速度场与压力场的关联关系，通过压力修正步骤逐步逼近真实解。

典型的实现过程首先离散化控制方程，包括连续性方程、动量方程和能量方程。在交错网格布置下，速度分量存储在网格面心位置，而压力变量位于网格中心。这种布置方式使得压力梯度计算更加准确，同时保证质量守恒。

对于自然对流问题，Boussinesq假设通常被采用来处理浮升力项。算法通过以下关键步骤循环迭代：先求解动量方程的预测速度，然后建立压力修正方程并求解，最后对速度和压力进行修正。整个过程需要考虑瑞利数对流动特性的影响，特别是当瑞利数较高时，流动会从稳态解转变为瞬态解。

收敛判断通常基于速度和压力的相对残差标准。该方法能够很好地捕捉方腔内随着温度差变化而形成的环流结构，为研究自然对流现象提供了可靠的数值工具。