热完全气体的热力学特性及其N-S方程的求解

首先用五次多项式拟合给出了温度在 5 0～ 3 0 0 0 K范围内的热完全空气的焓值与温度之间的函数关系式 ,导出了其它热力参数 e,cp,cv 和 γ的表达式。接着提出了热完全空气总温、总压的计算方法 ,并将其计算结果与量热完全空气的结果进行了比较。最后 ,将该热完全空气模型用于 N-S方程求解 ,对 NAPA软件进行了改进 ,并用该软件对高马赫数钝体绕流流场和乘波体流场进行了计算 ,分析了气体真实效应对流场结构及参数的影响。结果表明 ,本文提出的总温、总压计算方法及对 NAPA软件的改进是成功的 。

基于N-S方程的翼型双设计点双目标优化设计

在使用N-S方程和尾迹面积分技术较精确地计算翼型气动阻力的基础上,对翼型进行参数化建模,应用Powell和目标组合方法讨论了翼型的双设计点双目标优化设计,并与单设计点单目标优化和单设计点双目标优化进行了对比.在给定设计条件下,2种翼型RAE2822和“类全球鹰”翼型的计算结果表明,针对翼型设计状态,合理选择目标优化函数是必要和重要的;所采用的双设计点双目标设计方法可以兼顾多种设计状态,其优化翼型相对原始翼型具有更好的压强分布,有效提高了升力系数和降低了阻力系数;相对单设计点单目标优化和单设计点双目标优化翼型也具有更高的综合气动性能.

基于N-S方程和离散共轭方法的气动外形设计

快速准确的目标函数梯度计算方法是基于梯度信息的优化设计的关键技术之一。采用离散共轭方法计算目标函数关于设计变量的梯度,流动控制方程为三维N-S方程。对于离散共轭方程和流动控制方程均采用LU-SGS方法时间推进求解。检验了离散共轭方法计算梯度的准确性,利用该方法进行了机翼的优化设计与反设计,都获得了较好的结果。算例证明了本文方法可靠性好,效果令人满意。

不可压N-S方程高效算法及二维槽道湍流分析

构造了基于非等距网格的迎风紧致格式，并将其与三阶精度的Ａｄａｍｓ半隐方法相结合，构造了求解不可压Ｎ－Ｓ方程高效算法．该算法利用基于交错网格的离散形式的压力Ｐｏｉｓｓｏｎ方程求解压力项，解决了边界处的残余散度问题；同时还利用快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换将方程的隐式部分解耦，离散后的代数方程组利用追赶法求解，大大减少了计算量．通过对二维槽道流动的数值模拟，证实了所构造的数值方法具有精度高，稳定性好，能抑制混淆误差等优点，同时具有很高的计算效率，是进行壁湍流直接数值模拟的有效方法． 在数值模拟的基础上对一维槽道流动进行了分析，得到了Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数从６０００到１５０００的二维流动饱和态解（所谓“二维槽道湍流”）；定性及定量结果均与他人的数值计算结果吻合十分理想．对流场进行了统计分析，指出了“二维湍流”与三维湍流统计特性的区别．

跨声速机翼抖振初始迎角N-S方程定常计算分析

应用代数法和椭圆型方程优化相结合的方法生成翼身组合体块结构网格。采用有限体积空间离散法和五步Runge-Kutta显式时间推进法求解N-S方程。基于雷诺平均N-S(RANS)方程,选用Spalart-Allma-ras(SA)一方程模型模拟紊流。根据N-S方程定常计算结果,采用升力曲线、俯仰力矩曲线、后缘压力发散、跨声速激波位置以及机翼表面极限流线等几种判据,对跨声速机翼的抖振初始迎角进行了合理的预测分析。

N-S方程在非结构网格下的求解

在Ｒｏｅ的矢通量差分分裂的基础上，吸收了ＮＮＤ格式的优点，提出了一种非结构网格下求解Ｅｕｌｅｒ方程和Ｎ－Ｓ方程的高分辨率高精度迎风格式．这种格式具有捕捉强激波和滑移线的良好性能．在时间方向上采用了显式和隐式两种解法．文中还给出了自适应技术．最后，成功地完成了ＧＡＭＭ超音速前台阶绕流、二维平板无粘激波反射、三维Ｈｏｂｓｏｎ叶栅流动、ＶＫＩ叶栅流动、Ｃ３Ｘ叶栅流动的数值模拟。

带副翼三维机翼绕流的N-S方程解

提出了一种求解带副翼偏转三维机翼绕流的Ｎ－Ｓ方程计算方法。采用对接分区网格与分区求解算法的结合，有效地求解绕此外形的复杂流动。提出了一种满足通量守恒的内边界耦合条件。数值方法中选用ｖａｎＬｅｅｒ分裂格式离散无粘通量项，并构造了一种Ｌｉｍｉｔｅｒ函数以保证ＴＶＤ性质，采用中心差分格式来离散粘性通量项。数值算例表明该方法是求解带操纵面偏转的机翼绕流的有效方法。

用双时间推进法求解非定常N-S方程的有关问题讨论

对于直升机旋翼绕流、飞机机动飞行等非定常问题 ,必须采用相应的非定常运动方程予以求解。而如何提高求解非定常运动方程的计算效率 ,一直是非定常计算中亟待解决的问题。针对这一问题 ,本文简要介绍了旨在提高求解非定常 N- S方程计算效率的双时间推进方法 ,并讨论了在应用双时间推进方法时不同物理时间求导精度、不同内迭代收敛标准、不同物理时间步长对计算结果和计算效率的影响。

带副翼的翼身组合体绕流的Euler和N-S方程解

将对接分区网格与分区求解算法结合 ,有效地求解了带副翼偏转的翼身组合体绕流的N S方程 .数值方法中选用VanLeer分裂格式离散无粘通量项 ,采用中心差分格式来离散粘性通量项 .分区交界面采用了一种满足通量守恒的内边界耦合条件 .数值算例表明该方法是求解带操纵面偏转的翼身组合体绕流的有效方法 .

基于N-S方程的翼型结冰数值模拟

为了研究结冰对翼型气动性能的影响 ,采用计算流体力学的方法对 NACA0 0 1 2翼型前缘的结冰进行了预测。在流场计算中 ,对二维可压粘流的时均 N- S方程进行离散求解 ;采用四步龙格-库塔法求解水滴轨迹运动方程 ;建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型并假定冰沿着与当地翼型表面法向一致的方向增长来预测结冰的形状。分析了网格数和冰层时间步长对最终冰形的影响和结冰对翼型气动性能的影响 ,最后将计算的结果与文献中的实验值和计算值进行比较 ,结果一致。

基于N-S方程的尾迹面法翼型气动阻力计算

研究了计算翼型阻力改进的方法——尾迹面法及尾迹面积分的位置和相应的积分技术．在亚跨声速时分别采用了表面积分和尾迹积分求得给定翼型RAE2822的阻力．结果显示，2种方法具有相同的结果，表明尾迹面积分方法是有效的，与实验值吻合较好．尾迹面法中，尾迹面位置应处于离后缘相对弦长距离0．6-1．0之间．尾迹面积分方法中积分结果不依赖于物体的详细几何外形，可以预计对曲率变化大的三维复杂外形，该方法有更大的优势．

非结构网格下涡轮级三维非定常N-S方程的数值解

本文在非结构网格下,采用时间上二阶精度、空间上不低于二阶的高分辨率格式求解涡轮级三维流场,得到了与实验数据大体接近的N-S方程数值解。计算表明:本文所构造的双时间步迭代格式具有稳定、高效的特征。实践显示:本文用FORTRAN与C语言混合编制的N-S方程源程序,可用于涡轮级三维非定常流场计算。

用任意不规则网格求解N-S方程

引入辅助点法开发了新的通量近似计算方法,建立了采用任意不规则畸变网格作为控制体积的单元中心有限体积求解Navier-Stokes的方法。它以同位网格作为变量布置方式,压力-速度耦合采用SIMPLE方法。数值算例表明,该算法对高度不规则的畸变网格适应性强;其改进了传统算法在不规则网格下计算的困难,保证了模型在高扭曲度的网格下的整体计算精度不受网格拉伸畸变和剪切畸变的影响。

基于N-S方程的翼型气动优化设计

本文简要回顾了气动优化设计的最新发展 ,并采用连续伴随方法对粘性条件下的翼型气动外形进行了优化设计。设计过程中 ,采用B样条曲线的控制顶点作为设计变量 ,通过求解伴随方程得到目标函数关于设计变量的梯度 ,最后用最速下降法和BFGS变尺度法对二维翼型进行了外形优化 ,验证了本方法直接、快速的设计能力。

N-S方程的数值解法及其在水波动力学中应用的综述

对于描述流体运动的基本方程 N-S 方程,现已开发出了多种不同的数值求解方法。其中以 MAC法和 VOF 法为代表的网格数值方法较为成熟,并被逐渐用于实际工程的水动力研究中;以 SPH 和 MPS为代表的粒子方法则刚刚起步,具有很大的发展空间。针对 N-S 方程中的能量耗散问题,采用雷诺时均化的方程形式仍是目前解决水动力问题的主要途径,但需要引入相应湍流模型,以封闭方程。本文首先对 N-S 方程求解方法的发展过程进行简要回顾,对一些重要的计算方法进行评述,简要介绍其在水波动力学中的应用;然后对时均化的 N-S 方程的主要封闭模式进行总结介绍;最后对数值求解 N-S 方程的发展趋势进行展望。

纵列式及横列式双旋翼流动的N-S方程模拟及气动特性的研究

通过求解带动量源项的Ｎ－Ｓ方程，模拟了纵列式和横列式双旋翼的流动，给出了两旋翼相互干扰时的流场，特别是桨盘处的下洗速度分布；通过与单旋翼下洗速度分布的比较，分析了双旋翼流场的干扰特性；讨论了此２ 种双旋翼的气动性能。

二维定常不可压缩粘性流动N-S方程的数值流形方法

将流形方法应用于定常不可压缩粘性流动N-S方程的直接数值求解,建立基于Galerkin加权余量法的N-S方程数值流形格式,有限覆盖系统采用混合覆盖形式,即速度分量取1阶和压力取0阶多项式覆盖函数,非线性流形方程组采用直接线性化交替迭代方法和Nowton-Raphson迭代方法进行求解。将混合覆盖的四节点矩形流形单元用于阶梯流和方腔驱动流动的数值算例,以较少单元获得的数值解与经典数值解十分吻合。数值实验证明,流形方法是求解定常不可压缩粘性流动N-S方程有效的高精度数值方法。

N-S方程的拟序扰动序列与改善的渐近展开匹配法

提出了以拟序扰动序列逼近N_S方程定解问题渐近解的一种方法· 对N_S方程及其边界条件的渐近拟序扰动序列解进行了讨论 ,并应用此方法对球坐标系中的圆球绕流进行求解 ,改善了渐近展开匹配方法 ,使匹配函数更容易确定· 改善后的阻力曲线与实测资料相比在雷诺数小于等于 4× 10 4 以前完全吻合·

采用非定常N-S方程的翼型颤振特性分析研究

以非定常 N- S方程为主管方程 ,计算翼型振动的瞬时非定常气动力 ,并与颤振方程耦合求解 ,用时间推进的方法 ,计算了结构响应特性。经多个算例计算 ,研究了颤振的临界速度随马赫数的变化规律以及极限环振荡等非线性特性。计算结果与其它文献计算结果吻合很好。

二维不可压流函数N-S方程的多重网格方法

通过对二维不可压缩N-S方程的涡量-流函数方程组消去涡量而得到仅以流函数为求解变量的控制方程,从而 使不可压N-S方程的求解个数减到最少。求解方法采用本文提出的二阶精度的九节点紧致差分格式,因此无须对靠近边 界的网格点作特殊处理。为了加快迭代收敛速度,采用多重网格加速技术。数值实验结果验证了方法的精确性和可靠性。