含双时间步法的化学非平衡流解耦算法

发展基于隐式双时间步法的化学非平衡流解耦型计算方法.采用算子分裂法对流动和反应进行解耦处理,流动方程组通过双时间步方法求解;源项方程组采用二阶梯形公式迭代求解;提出"源项消去"法,以消除化学反应源项对流动求解引入的误差,从而保证流动方程组求解的时间精度.理论分析和计算结果表明,方法既可以保证双时间步法的求解效率,又可以获得比较精确的非定常计算结果.

双时间步法在二维浅水方程求解中的应用

针对传统算法效率低的问题,将隐式双时间步法应用于求解二维浅水方程,建立了非结构网格下高效的有限体积模型。在应用双时间步法时,虚拟时间层中的定常问题采用高效的隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)方法进行迭代求解。通过模拟计算4个典型算例以及与传统显式算法进行比较,对模型精度、效率及处理实际问题能力进行检验,分析了时间步长、内迭代次数对模型性能的影响。结果表明,双时间步法放宽了稳定性对时间步长的限制,时间步长可取到显式格式10倍以上,计算耗时减少了50%以上,模型具有良好精度与适应性,具有较好的推广应用价值。

超声速燃烧流的双时间步计算方法研究

发展了模拟非定常超声速燃烧流场的隐式双时间步方法。采用时间分裂法对流动和反应进行解耦处理,流动方程组由双时间步方法求解,内迭代过程采用LU-SGS方法;反应源项方程组通过隐式二阶梯形公式求解。分析了时间分裂格式和时间步长对计算结果的影响,结果显示:一阶时间精度的分裂格式会略微高估化学效率,应该采用二阶时间精度的分裂格式;时间步长的选取对计算结果影响显著,为了保证解耦算法的计算精度,时间步长应足够小以能够较准确捕捉到主导各种输运过程的大尺度涡团的非定常行为。

透平级三维粘性非定常流动及气流激振力研究

非定常性是透平机械内部流动的固有特性。非定常流动不仅对透平机械的气动性能具有一定的影响,还会产生导致动叶片振动疲劳的气流激振力,所以对于透平级的非定常流动分析十分必要。文中基于CFX软件,采用RNGk-ε湍流模型、双时间步法、滑移界面法以及结构化网格建立了一级半透平级(静叶/动叶/静叶)三维非定常粘性流场的数值模型及计算方法;在此基础上详细分析了流场特性随时间的变化,发现时均非定常等熵效率小于相应的定常等熵效率;同时获得了作用于动叶上随时间变化的气流力以及气流激振力因子,该因子数值与汽轮机设计人员广泛采用的由实践而来的数据吻合良好。文中研究结果有利于分析非定常流动对透平机械气动性能影响的机理,并且为叶片的振动响应以及疲劳寿命分析提供必要的参数。

超声速脉冲风洞起动过程数值模拟

为研究超声速脉冲风洞起动激波的传播过程和流场建立过程中流场结构的变化,对其起动过程进行了数值模拟.包含组分扩散的控制方程为二维粘性、可压缩、非定常的守恒型Navier-Stokes方程.用中心有限体积法进行空间离散,用隐式双时间步方法处理非定常时间项.计算结果与试验结果基本一致.研究表明,起动激波速度由于内型面的变化而改变,并在隔离段中达到最大值.

探讨一种叶轮机非定常流数值模拟的方法

本文采用Jameson提出的双时间步法对单排叶栅进行了非定常流动数值模拟,其中非定常流动由近似上游尾迹 的进口边界条件产生,在此基础上将上述数值模拟工作扩展到多排。本文详细讲述了界面处理方法等具体实施过程。

后效期火药气体流空过程数值模拟

后效期火药气体流空规律与火药气体作用系数历来是各国兵器研究的重要内容。现有的火药气体作用系数的计算方法多是在准定常假设下得到的理论或经验关系式,适应面较窄,误差普遍偏高。本文采用AUSM+格式和双时间步法,对65式37mm高炮(无膛口装置和带不同锥形消焰器)共5个算例的火药气体流空过程进行了数值模拟,根据数值结果计算了火药气体作用系数,与实验值相比,误差能控制在6%以内,符合较好。为进一步研究复杂条件下的后效期流空规律打下了基础。

含运动杆及接箍的管流流动的数值模拟研究

作为含抽油杆的输油管的简化模型 ,本文通过流场的直接数值模拟研究含运动杆及接箍的管流在不同时刻的流动结构。控制方程为非定常Navier Stokes方程 ,采用Jameson的有限体积格式 ,以双时间步长方法进行时间推进。计算结果表明 ,接箍附近的流动结构最为复杂 ,随流速的变化 ,这部分区域形成剪切层 ,并有旋涡产生 ,直管中的平均速度分布也随时间和位置的变化而不同 ,文中同时给出了运动杆上的压力和粘性应力随时间的变化 。

非定常求解的内迭代初值对计算效率的影响研究

基于非定常流场的双时间求解方法,提出了一种提高非定常流场求解效率的有效策略。通过对前几个时刻的流场信息进行外插来确定下一时刻的迭代初值,使之更接近于收敛解,降低内迭代初始残值,进而提高了非定常流场的求解效率。将流场中每个点的守恒量在时间方向上进行泰勒级数展开,设计了若干种外插格式。采用绕圆柱非定常流动的求解来验证本方法的计算效果,并研究了不同初值外插格式、空间离散格式、时间步长和收敛标准对初值外插方法效果的影响。研究表明,在双时间步法基础上,采用初值外插策略可普遍提高计算效率,其中交替外插策略可以普遍将求解效率提高1倍左右。相比于迎风格式,该方法对中心格式的求解效率提高更显著,并且对于不同的收敛标准和时间步数均有非常明显的效果。

透平机械空穴漏气非定常流动的数值模拟

为了解空穴漏气在透平中非定常流动,对某型带空穴漏气单级透平进行非定常数值模拟,计算格式采用包括LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD格式的时间推进算法,非定常计算采用Jameson双时间步隐式迭代法.计算结果表明空穴漏气随着二次流的影响沿着动叶吸力面一侧向下游输运,输运过程中会不断沿径向向外迁移.由于空穴漏气的射入,非定常效应在动叶叶根处要比中间截面处明显,而且随着漏气向下游的迁移,非定常效应也逐渐削弱.