有二次涡的激波边界层干扰流动的DPNS和NS方程计算

本文针对具有二次涡复杂分离再附现象的激波边界层干扰流动 ,数值地考察了扩散抛物化Navier Stokes(DPNS)方程组的适用情况。壁面摩阻和压力、主涡和二次涡的涡高和涡长、分离再附位置以及流线图等特性的计算表明

基于控制理论和NS方程的气动设计方法研究

研究了基于控制理论和NS方程的气动设计方法 ,针对给定的目标函数表达形式 ,应用该设计理论在计算坐标下详细推导了相应的共轭方程及边界条件具体表达形式 ,以及梯度方程求解表达式 ,通过合理的数学变换 ,导出了共轭方程在笛卡尔坐标系下的直观表达形式 ,发展了有效的共轭方程数值求解方法 ,通过流动控制方程数值求解、共轭方程数值求解、目标函数对设计变量的梯度求解和优化算法等方面的有效结合 ,研究与发展了一种新的气动设计方法 ,以二维机翼气动设计为例 ,成功进行了亚、跨音速情形下的相关设计算例研究 ,研究结果表明应用控制理论和NS方程的气动设计方法在设计理论、适用性以及时间花费等方面都有着很好的特色和优点 。

高雷诺数下求解NS方程的无网格算法

提出了一种适合高雷诺数NS方程求解的隐式无网格算法。针对高雷诺数粘性流动的特点,在附面层内的粘性影响区域采用法向层次推进布点的方法形成离散点云,在附面层外的计算区域内实行填充式布点的方法形成离散点云。根据附面层内外点云的不同构造特点,推导出运用格林公式和最小二乘曲面拟合方法求取空间导数的统一形式,在此基础上运用AUSM+_up格式求得数值通量,并引入BL湍流模型对雷诺平均NS方程的湍流应力项进行封闭。时间推进格式方面,采用了计算效率较高的隐式高斯-赛德尔迭代算法。为了验证本文方法的计算精度和鲁棒性,对NACA0012翼型低速流动、RAE2822翼型跨音速绕流和二维圆柱的分离流动进行了数值模拟。

NS方程激波计算的摄动有限差分方法

摄动有限差分(PFD)方法从一阶迎风差分格式出发,将差分系数展开为网格步长的幂级数,通过提高修正微分方程的逼近精度来获得更高精度的差分格式。由于格式基于一阶迎风格式,因此具有迎风效应、网格节点少等特点。本文首先通过对Burgers方程的摄动差分格式的推导,将摄动有限差分格式引入时间相关法的计算,并构造了守恒形式的摄动有限差分格式,然后推广到一维Navier-Stokes方程组的计算。数值比较研究表明:本文构造的NS方程摄动有限差分格式具有比一阶迎风较高的精度和分辨率,而且保持了一阶迎风格式的无振荡性质。

非结构混合网格上的NS方程求解方法

提出了一套较为通用的,完全自动化的非结构混合网格生成方法.在物面粘性作用区,采用一种改进的推进层方法生成三棱柱形和金字塔形网格;在其他流动区域采用阵面推进方法生成四面体网格.采用一种改进精度的格心有限体积法对三维NS方程进行了求解,在加速收敛措施方面,提出了一种新的当地时间步长取定方法来减小质量较差的网格单元对流场计算稳定性和收敛速度的不利影响.以M6机翼和DLR F4翼身组合体外形的粘性流场作为数值算例,验证了上述网格生成和流场求解方法的正确性和实用性.

粘性流场三维NS方程有限体积法数值解

提出了有限体积法中的隐式ＮＮＤ格式数值求解三维全ＮＳ方程和薄层三维ＮＳ方程的方法，对绕带座舱的再入飞行器高超声速粘性流动进行数值模拟。物体的形状由钝头前体和２０°倒锥后接一个圆柱体构成。在马赫数为７和１０，攻角为１０°和２０°的自由流条件下，得出了层流流场数值结果，对飞行器前体给出了物面压力分布和加热率分布。数值结果证实了本数值方法对研究再入物体的气动加热率的精确性，以及物体周围流场详细的三维流动分离结构是适用的。

NS方程和体渲染结合的火焰实时模拟

针对目前真实感火焰的实时模拟难以实现的问题,提出一种基于物理模型和体渲染的GPU加速火焰实时模拟方法.首先,在火焰建模方面,采用不可压缩NS(Navier-Stokes)方程组计算火焰的速度、密度等物理属性,真实地模拟火焰运动,并得到火焰的物理模型;然后,在火焰渲染方面,引入基于光线投射的直接体绘制方法,将火焰的物理模型作为体数据,混合相同光线上体数据点的颜色值并输出,利用光线之间的并行性加速渲染;最后对以上两步分别进行GPU加速,从而使计算速度得到了较大的提高;通过实验验证,本文工作能实时模拟真实感火焰.

飞行器复杂外形流场NS方程数值模拟

本文采用分块对接和"O"型网格技术,首先在飞行器表面长出"一层"分块结构网格来,再将计算区域用若干分块结构网格填充,这样既保证了网格的质量和模拟复杂外形的能力,又大大提高了计算效率。在计算中,采用有限体积法,MUSCL型迎风差分格式求解NS方程,根据多块网格的排序,研究了计算方法。最后,对某飞行器外形进行了亚跨超流场数值计算,计算结果与试验符合较好。

三维低速NS方程的并行计算

本文在求解低速NS方程的串行程序基础上 ,针对分布式存贮网络异构的并行编程环境建立了隐式并行计算软件 ,并行计算的方法采用区域分解法。并行软件对高速列车进行了气动特性计算 ,并对并行效率和并行可靠性进行了研究 ,结果表明 :并行计算结果与串行计算吻合良好 。

扩散抛物化(DP)NS方程组的意义及其在计算流体力学中的应用

本文首先讨论扩散抛物化(DP)NS方程组的早期研究工作:它的提出、数学性质、意义和在CFD中的应用,然后讨论扩散抛物化理论的一些新发展。这些新发展是对NS方程组数值计算进行物理分析的基础上得到的,其中包括NS方程组差分计算时,粘性剪切流对网格间距和格式精度的要求;粘性项只保留剪切粘性项的广义扩散抛物化(GDP)NS方程组,它的性质和应用。由于高Re数流动在NS方程组的差分计算中,网格Re数彼此相差悬殊的特点,产生了计算离散单元守恒方程组的新的算法思路,即离散流体力学(DFD)算法。在DFD算法中需要同时计算三种不同的守恒方程组(Euler,DPNS和NS方程组)。本文讨论了DFD格式的构造、它的优点和应用。并以超声速绕前后台阶流动为算例,来说明GDPNS方程组的用处和DFD算法的优点。DPNS方程组、GDPNS方程组、DFD算法是高智提出的,对这些问题,他和合作者从理论、算法、数值验证和某些应用又作了系统的研究。

非平衡化学反应流场NS方程计算研究

介绍一种新的与化学问题相耦合的ＮＳ方程数值方法，用来计算有限速率化学反应再入流场采用迎风ＴＶＤ差分格式的激波捕捉法，求解控制方程。本项研究针对轴对称流动。然而，可以直接推广到三维流动和其它的化学反应系统。所采用的整个泰氟隆空气化学反应模型是由２３个化学组元和３５个化学反应所组成。对钝头球锥体全流场（包括前体和近尾迹）进行了数值模拟，获得了充分收敛的数值解。

适用于可压缩和不可压缩流动的NS方程预处理数值解法

该文在多块耦合隐式求解方法的基础上,在不可压缩流动NS方程求解器中引入了双层一时间迭代的预处理计算方法,使离散方程组的各个特征值之间互相平衡,降低了可压缩流动NS求解器中低速流动时的刚性,提高了数值方法对低速流动的适应能力,通过Re=20,40时圆柱绕流的计算结果与试验数据验证,得到了数值结果误差小于5%的工程允许范围。

二维分离流中的NS方程数值计算方法

本文采用显式多步龙格－库塔方法求解了二维可压非定常完全ＮＳ方程，为了使计算适用于一股的网格，采用了有限体积法进行几何离散。研究了定常问题计算中的一些加速收敛措施，如：当地时间步长、残值光顺技术等。讨论了模拟分离流问题中的技术问题，计算结果表明本文的计算结果与国外文献是吻合的。

高温真实气体底部流动的NS方程数值计算

本文数值模拟了高超音速飞行时钝锥的底部流动。采用轴对称NS方程并考虑真实气体效应。湍流模型采用修正的Baldwin-Lomax涡粘性代数模型,数值方法空间离散对流项采用显式NND格式,粘性项采用中心差。时间离散采用三阶的龙格-库塔法。真实气体模型采用考虑七种组分四种反应的汉森模型。给出了底部流场的压力和温度分布及各组分的浓度分布。可以看出在近底部区域高速流一绕过拐角就产生一回流旋涡区。由于温度变化很大,气体的热力学特性受气体离解、复合和振动能激发的影响。所以整个流动过程变得十分复杂。

LU－TVD混合格式在跨声速NS方程计算中的应用

本文采用ＬＵ－ＳＳＯＲ隐式推进方法，并结合ＴＶＤ格式，计算了跨声速翼型的湍流解。文中采用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ模型，对ＮＡＣＡ００１２翼型给出了马赫数０．７～０．９５的结果，并将部分计算结果与Ｈａｒｒｉｓ的实验作了比较，二者符合较好。

NS方程在隧道通风工程中的应用

在隧道通风工程中,为了研究通风过程中风压风速度的变化情况,将隧道中空气的流动看成流体力学中所研究的粘性不可压缩流体的非定常流动。用NS方程作为隧道通风的数学模型,采用三次插值伪质点法求解NS方程。以浙江台州104国道黄土岭隧道通风改建工程为研究对象,对不同长度和高度的引洞通风状况给出计算机数值模拟,并进一步分析通风过程中风压风速的变化情况。从达到通风要求、提高通风效率的角度出发,可根据本文的计算结果与数据分析,选择最优化的通风方案。

基于定常NS方程的飞行器滚转阻尼力矩系数导数计算方法

文中在物面无滑移边界条件的基础上施加物面绕体轴的切向速度,通过求解定常NS方程对飞行器滚转进行模拟。基于滚转力矩对滚转角速度的展开,发展了一种基于求解定常流场的滚转阻尼力矩系数导数计算方法。该方法物理意义比较明确,由于避免了求解非定常流场,计算量小,速度快。通过对导弹标模的计算值与实验值的对比分析表明,计算结果均在实验值的误差带之内,变化趋势比较一致,因此该方法可以用于工程设计。

用高分辨差分格式解SNS方程

本文从Sweby的显式TVD格式[2,3]出发,构造发一个推进方向一阶精度、侧向二阶精度的隐式TVD差分格式,并用于解可压缩流定常简化Naviev-Stokes(SNS)方程。对不出现流向分离的平板边界层和激波—边界层相互干扰两个问题的数值计算表明,方法可以有效捕捉流场中的间断。

多段翼型NS方程快速模拟方法

多段翼型设计一直以来是飞机气动设计中的重点与难点,其设计优化工作所采用的工具的效率直接影响到整个设计流程的进度。针对多段翼型设计校核与优化计算过程中的网格生成、计算收敛、计算耗时与人工干预等方面的难点,基于自编的网格生成程序与商用计算软件,形成了一套解决网格自动生成、网格与计算软件无缝集成、计算过程自动运行以及计算收敛加速等技术难题的方法与工具体系。

基于Ansys Fluent的离心空化发生器数值模拟研究

离心空化发生器是水力空化发生器中的一种,现阶段,离心空化发生器的结构特征和工况对空化效率的影响尚不明确,因此,本文对离心空化发生器在多结构多工况下进行数值模拟研究,得到空化效率较高的结构和工况,用以指导离心空化发生器实际应用。利用Solidworks进行多结构建模,并将模型导入Ansys Fluent中进行网格划分和边界条件的设置,控制方程选择雷诺时均ns方程,空化模型选择Schnerr-Sauer,湍流模型选择标准k-ε两方程模型进行有限元仿真分析,建立不同结构和不同工况下空化效率变量分析图。结果表明:空化发生的主要区域在转子内孔底部;转子内孔为75°的离心空化发生器模型的空化效率明显优于70°和80°时的离心空化发生器;不同的转子转速和水流入口速度对空化效率有影响,转子转速越快空化效率越高,空化效率随着水流入口速度的增大先升高后下降,在0.5m/s时达到峰值。