基于非结构网格的非定常流数值模拟方法研究

本文给出了两种基于非结构网格的非定常流动问题的数值模拟方法。一种是基于非结构网格的重叠网格方法，该方法结合了非结构网格方法和重叠网格法的优点，适合于处理复杂外形飞行器的非定常运动问题。另一种是基于Denauley图映射的动弹网格方法，该方法具有较强处理粘性网格的变形运动的能力。本文通过多个数值算例（三维外挂物投放、直升机机身＋旋翼前飞、后缘襟翼大偏角运动以及机翼弹性变形等）对这些方法的正确性和有效性进行了验证，结果表明这两类非结构网格的非定常流数值模拟方法是精确高效的。

我国经济体制转型期高校产学研合作教育新情况及应对策略

我国经济体制转型期 ,高校产学合作教育出现一系列新特点、新问题。本文介绍了在新的形势下 ,南京航空航天大学和民航系统企事业单位 ,双向参与、双向互动 ,培养民航高级专门人才 。

高校创新人才培养关键在于教学体系创新

教学体系 ,是由教育理念与构成教学系统的诸要素组成的一个整体。涵盖教育思想、师资队伍、教学内容与课程体系、教学方法与手段、教学管理与教育评估等。优化各要素以及各要素之间合理组合 ,可以直接增大教学体系的整体功能。创新人才培养 。

机翼跨声速绕流的压强极小积分有限元算法及应用

本文从全速位方程出发。利用压强极小积分,给出了机翼跨声速绕流的有限元算法,并编制出相应的FORTRAN语言程序。文中给出了适于有限元法的网格生成技术,采用了线松弛迭代法和逐步加密法进行数值求解,提供了M6机翼和一个三角翼的计算结果。

钝头翼型和机翼跨音速绕流的渐近展开分析

本文利用渐近展开匹配法分析钝头翼型的跨音速绕流,导出了描述前缘附近流动的一级近似、二级近似下的速位方程、边界条件及相应的近似解析解,并构成关于翼表面速度的一致有效合成解,消除了跨音速小扰动近似的前缘奇性,对于大展弦比后掠翼绕流,可利用翼型绕流分析结果,消除机翼前缘奇性。

机翼跨声速绕流的Galerkin有限元解法

本文给出了翼型和机翼跨声速绕流的Galerkin带权余数有限元解法。利用一系列适当形状的元素将计算区域离散,在元素内采用线性插值函数。对于超临界流动,文中采用了适合于有限元法的超声速上风技术,具有捕捉激波的能力。将这种技术应用于线松弛迭代解法中,在计算钝头翼型和机翼绕流时,都获得了成功。

线性GMRES算法在求解全速位方程中的应用

从全速位方程出发,利用压强极小积分得到有限元方程组。采用适用于有限元法的块结构网格生成技术,给出求解有限元总体方程组的线性GMRES算法。该算法比线松弛迭代法的收敛速度快得多。对M6机翼跨音速有升力情况进行了计算,其结果与实验值符合较好。

高校推进创造教育的环境研究

从当前高校创造教育开展不力切入 ,认为要加强创造教育理论研究 ,为高校开展创造教育提供有效指导 ;要改革教育体制 ,为高校开展创造教育提供保障 ;要保证教育资源 ,为高校开展创造教育提供有力支持。

用动态非结构重叠网格法模拟三维多体相对运动绕流

发展了动态非结构重叠网格技术。提出了基于阵面推进的相邻单元搜索算法和适合于高阶空间离散格式的网格间插值关系定义方法,前者提高了非结构重叠网格在模拟多体间具有大幅相对运动的非定常问题时网格处理的效率,而后者保证了网格间边界附近流场求解精度。非定常Euler方程的求解采用有限体积法,通量计算采用Osher格式,时间积分采用双时间步长推进。为验证本文提出的方法,分别对定常M6机翼绕流和机翼下外挂物投放过程的非定常绕流进行了模拟,结果表明该方法提高了非结构重叠网格在模拟多体间具有大幅相对运动问题时的效率,保证了网格边界处的精度,具有较高的工程应用价值。

进气道工作状态对吸气式高超声速飞行器气动力特性影响的实验研究

对一种吸气式高超声速飞行器/内流道一体化构形进行了马赫数7一级的风洞实验研究。结合测力、测压以及纹影照片等结果,分析了进气道处于关闭状态、通气起动状态及通气不起动状态时,飞行器的内外流特征和全机气动力特性。研究结果表明:(1)进气道的工作状态对飞行器的气动力特性有着显著影响。进气道处于通气起动状态时的升阻力系数最小,升阻比最大,进气道处于通气不起动状态时的升阻力系数随时间显著波动,但大小与进气道关闭状态接近。(2)升阻力系数骤增、进口附近及内流道收缩段时均静压突升、外压缩波系往复振荡等是高超声进气道不起动时的主要特征,可作为实验上判别内流道起动/不起动状态的依据。

三维动态非结构重叠网格Navier-Stokes方程并行算法

提出了一种三维动态非结构重叠网格Navier-Stokes(N-S)方程的并行计算方法。N-S方程的空间离散采用格点有限体积方法,时间离散采用隐式的双时间步长方法。应用一方程Spalart-Allmaras(S-A)模型来计算湍流黏性。并行计算采用动态的区域分裂方法,在每一物理时间步利用METIS网格分区系统对网格进行分区。为了实现各CPU之间的负载均衡,每块网格都按CPU个数进行分区并对活动节点和非活动节点进行了加权处理。最后,通过对外挂物投放无黏流动的数值模拟和内埋武器弹舱开启黏性流动的数值模拟,验证了该并行程序的准确性、高性能并行计算以及处理复杂几何外形的能力。

线化欧拉方程的高阶间断有限元数值解法研究

采用高阶间断有限元法于非结构网格上针对复杂外形数值求解声学控制方程——线化欧拉方程.背景流场采用有限体积法于结构网格求得,一种高精度数据传递方法将基于有限体积法的背景流场数据传递到声场计算所采用的较为稀疏的非结构网格上,保证了背景流场信息的完整和精确.为提高计算效率,采用了一种更为直接的Quadrature-Free Implementation技术以及网格分区并行技术.数值结果表明采用高阶的情况下即使在稀疏的网格上也可以捕捉到细微的声场结构.

用基于M-SST模型的DES数值模拟喷流流场

脱体涡数值模拟方法(dettached eddy simulation,DES)是把雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)方法及大涡模拟方法(LES)结合起来模拟有脱体涡的湍流流场的数值模拟方法,其主要思想是在物面附近解雷诺平均Navier-Stokes方程、在其他区域采用Smagorinski大涡模拟方法。本文在剪切应力传输(SST)湍流模型的基础上用DES及混合非结构网格数值模拟具有横向喷流的湍流流场,算法采用Osher逆风格式,利用该套程序(包括网格生成及算法),对导弹在不同马赫数下的喷流流场进行了数值模拟,并与同时开展的实验研究的结果进行了对比,结果表明用该方法处理这类问题是较准确的。

高阶间断有限元法的并行计算研究

根据间断有限元法的数据结构特点,基于METIS网格分区技术,设计并行计算策略,在非结构网格上实现了并行高阶间断有限元法。控制方程的数值通量项使用Local Lax-Friedrichs(LLF)格式计算。设计了并行的牛顿-块高斯赛德尔法(Newton-Block GS)来加速收敛,提高迭代效率。并行性能分析表明,所设计的并行算法能够得到较好的加速比和并行效率,有效地节省计算时间,合理分配内存。这使得采用高阶间断有限元法计算更为复杂的问题成为可能。

三维非结构网格DSMC并行算法及应用研究

基于PC-CLUSTER机群并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,研究了三维非结构网格DSMC并行算法。提出一类基于结构背景网格上的非结构网格动态分区策略,保证各子区域的分子数量大致相等,实现计算进程间的动态负载平衡。利用MPI库函数构造了两类符合DSMC并行原理的通讯法:单步通讯法与多步通讯法。采用单控制多数据流(SPMD)以及Master/Slave并行模式,设计了三维非结构网格DSMC整体并行算法。给出了跟踪模拟分子在四面体网格间迁移运动的详细计算过程。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了并行模拟,验证并行算法的有效性。

高超声速风洞气动布局设计

在分析国内外高超声速风洞发展现状的基础上,根据南京航空航天大学高超声速风洞(Nanjing Universityof Aeronautics&Astronautics Hypersonic Wind Tunnel,NHW)总体技术指标和要求,对该风洞气动布局设计方案和各部件的气动设计进行了研究。风洞气动布局设计点为马赫数5和8、设计总压为1 MPa、总温685 K;风洞驱动方式采用高压下吹-真空吸气式方案,运行时间大于10 s、高压气源容积为32 m3、真空容积为650 m3;风洞加热方式采用金属板蓄热式加热器方案;风洞试验马赫数获取方式采用0.5 m口径的马赫数5,6,7和8的型面喷管方案。

高超声速轴对称流道冷流特征及气动力特性研究

对一种轴对称形式的高超声速飞行器全流道开展了风洞实验和数值模拟研究,分析了不同来流总压、飞行攻角全流道的流场结构和气动力特性.研究结果表明:(1)一定范围内雷诺数的变化对全流道的流动结构和模型的气动力特性无显著影响,因此所获得的风洞实验结果有望通过某种形式推广到飞行状态下使用;(2)飞行攻角对全流道的流动结构和升力系数有着显著影响,但阻力系数的影响并不明显;(3)研究范围内来流马赫数的变化对全流道的流动结构有着一定影响,但研究范围内,阻力系数随马赫数的变化幅度较小;(4)由于轴对称流道的浸润面积较大,研究范围内该类飞行器的摩擦阻力在全机阻力中占据了较大的比重,设计状态下达全机气动力的62%;(5)与实验结果的对照表明,所采用的数值模拟方法具有较高的精度.

基于非结构网格离散型伴随方法的翼型优化

发展实现了基于非结构网格离散型伴随方法的气动力优化技术并将其应用于翼型优化。针对以往伴随模型只考虑流场伴随方程而使梯度计算量仍与设计变量数目相关的问题,研究了基于目标函数计算全过程的伴随模型,通过对优化问题整体进行线化、转置运算从而得到完整的伴随模型,实现了梯度计算的计算量与设计变量数目无关的效果。同时针对离散型伴随方法具体推导过程冗长易错的问题,选择性地利用自动微分技术对空间离散过程的各部分进行处理,既避免了盲目使用自动微分导致计算效率低下的问题,又大幅减小了离散型伴随方法具体形式的推导实现难度。翼型反设计问题和约束优化问题计算结果展示了本文方法的有效性。

火箭级间分离喷流干扰数值模拟与风洞试验研究

针对典型风洞试验状态,采用有限体积法求解三维雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,数值模拟了给定级间距下火箭级间分离喷流干扰流动情况,获得了清晰的流场结构和有/无喷流干扰时两级气动特性变化规律,并对仅主机喷流和主机与四游机同时喷流的情况进行了计算,数值模拟研究结果为风洞试验方案的设计提供了参考依据。在典型状态数值模拟研究的基础上采用了冷喷流模拟技术对多个状态下火箭级间分离喷流干扰特性进行了风洞试验研究,获得了两级在有/无喷流、同轴变攻角情况下的气动力系数,研究结果表明,级间喷流干扰会对两级气动特性带来较大影响。相同状态下计算得到的两级气动特性变化与试验符合较好,表明了针对风洞试验状态的预先数值模拟对试验方案的设计验证可提供有益的参考。

某运载火箭级间分离喷流干扰风洞试验研究

对某运载火箭级间分离特性进行了风洞试验研究,内流采用冷喷流模拟技术,获得了助推器与芯级同时分离和助推器先分离时,两级在有、无喷流、同轴变迎角情况下的气动力系数,试验结果表明,助推器与芯级同时分离和助推器先分离两种情况下,一、二级箭体各自的气动力系数变化很小,这说明助推器与芯级同时分离的方案是可行的。风洞试验研究结果为运载火箭级间分离方案设计和火箭控制系统参数设计提供了依据。