一种用于层流与湍流不可压缩流动的面心有限体积法

本研究首次开发了一种面心有限体积（FCFV）求解器，用于模拟层流与湍流粘性不可压缩流动。该公式依赖于雷诺平均 Navier-Stokes（RANS）方程，并与负 Spalart-Allmaras（SA）模型耦合；受 Riemann 求解器启发，推导并数值比较了三种新颖的对流稳定化方法。所得方法实现了速度、速度梯度张量和压力的一阶收敛。FCFV 在非结构网格上能准确预测工程关注量（如阻力和升力），且通过避免梯度重构，该方法对网格质量的敏感度低于其他有限体积（FV）方法，即使在存在高度扭曲和拉伸单元的情况下也是如此。我们推导并数值比较了 RANS-SA 系统的单块和交错求解策略。通过涉及层流与湍流、稳态与瞬态的数值基准测试，评估了所提出 FCFV 方法的性能、精度和鲁棒性。