一种基于AUSM思想的通量分裂方法

根据对流迎风分裂(AUSM)思想提出一种通量分裂方法,称为K-CUSP格式.它与传统H-CUSP和E-CUSP格式的最大差异在于总能量的分裂:K-CUSP格式将无粘守恒通量中所有的运动学量分裂到对流项,所有的热力学量分裂到压力项,即总能量被分裂成动能和静焓.对于压力项的数值通量,采用一种新的界面构造方法.数值测试表明:1K-CUSP格式继承了FVS格式的简单性和稳健性.在激波后不易出现压力过冲,在膨胀区域没有振荡,优于AUSM和WPS格式;2K-CUSP格式继承了FDS格式的分辨率.激波间断的分辨率和H-CUSP、E-CUSP格式基本相同,接触间断的分辨率高于FVS格式,低于Roe、AUSM和WPS格式.AUSM和WPS格式在计算运动接触间断时,速度存在很大振荡,而新格式不存在振荡.

气体体积粘性对二维环形激波聚焦的影响

基于体积粘性系数ζ的分子运动论和连续介质理论,对二维环形激波聚焦(马赫数Ma=2.0)的体积粘性效应进行数值研究,结果表明:对于热完全气体,体积粘性使得激波汇聚中心点处的压力减小、温度增加、密度减小,聚焦点物理参数的改变量分别可达20%、10%、30%,体积粘性效应对环形激波聚焦的影响是不可忽略的;与转动模态相比,在振动模态下环形激波聚焦的体积粘性效应更为明显,因为激波聚焦点附近的体积粘性应力ζΔ·V与热力学压力p达到同一数量级,从而显著改变了流动参数.

多介质五方程简化模型及界面捕捉的人工压缩算法

根据两介质五方程简化模型的基本假设,发展了适用于任意多种介质的体积分数方程。为了捕捉多介质界面,将HLLC-HLLCM混合型数值通量的计算格式推广应用于二维平面和柱几何的多介质复杂流动问题,在高阶精度的数据重构过程中采用斜率修正型人工压缩方法ACM。通过一维、二维多介质黎曼问题算例测试,结果表明:发展的计算格式能够较好地分辨接触间断和激波,间断附近物理量无振荡;对于添加了初始扰动的激波问题,能够有效抑制激波数值不稳定性;使用二维柱球SOD问题和接触间断型黎曼问题检验计算格式对多介质复杂流动问题的适应性。

基于第二粘性的Navier-Stokes方程组求解正激波结构

为考察气体第二粘性(体积粘性)对正激波内部流动的影响机制,数值求解含第二粘性的一维Navier-Stokes方程组.结果表明:第二粘性对激波内部的密度、热流和能量分布等物理量具有抹平效应,导致热流和熵流的峰值减小、激波厚度增加,体积粘性耗散的增加使得一部分机械能转化为内能;考虑第二粘性所计算的密度分布和激波厚度大为改善,与实验数据吻合较好;当马赫数为1.2≤Ma≤10,激波内部的Knudsen数满足0.12≤Kn≤0.4,对于马赫数Ma≤4.0的激波内部流动,考虑第二粘性的连续流Navier-Stokes方程组能够准确地模拟正激波结构.

可压缩流体体积黏性的连续介质理论

本文从连续介质假设的角度出发,推导出了不同于分子运动论的体积黏性系数公式.新理论首次从宏观上揭示了可压缩流体体积黏性的具体物理涵义,即体积黏性系数是体积模量与弛豫时间的乘积.以氮气为例,分别对转动模态和振动模态下的体积黏性进行了计算和分析,结果表明:连续介质理论的结果略高于分子运动论的结果,但二者的预测趋势相同;在振动激发态下,弛豫时间、分子碰撞数和体积黏性要比转动激发态下的高出几个数量级.