某型双机身飞机水上迫降数值模拟

飞机水上迫降过程是一个跨介质过程,即飞机从空气跨越到水的过程。探索和研究物体跨介质过程的物理现象和动态特性,对飞机水上迫降和跨介质飞行器入水砰击等问题具有重要的参考价值。针对某型双机身飞机水上迫降过程展开研究,综合运用URANS(unsteady Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法、流体体积模型、动网格技术和6自由度模型对飞机水上迫降过程进行数值模拟。在三维平板水漂运动实验的验证基础上,研究俯仰角度这一关键参数对双机身飞机水上迫降过程的影响。研究结果表明:飞机在水上迫降过程中,俯仰角度越大,飞机的垂向速度峰值越大,垂向位移越大且俯仰偏转角度变化量越小;俯仰角度越小,飞机的水平速度减小得越快,飞机的水平位移越小;飞机以6°俯仰角度水上迫降时受到的水平作用力最大,可以在最短的时间内完成停靠;飞机以14°俯仰角度水上迫降时受到的垂向作用力最大,相同时刻的浸水位移最大。

相对弯度对低雷诺数流动中翼型动态气动力特性的影响

以固定翼微型飞行器为研究背景，研究了相对弯度对低雷诺数流动中翼型动态气动力特性的影响规律。采用Roe迎风差分格式和双时间步迭代方法，数值求解拟压缩性修正不可压Navier—Stokes方程组，给出了数值算法与实验数据的对比验证。以翼型弦长为特征长度，在Re=500-50000情况下，选取不同最大相对弯度和不同最大相对弯度位置的翼型，计算了其等速上仰时的动态气动力，结果表明后者对气动力的影响比较显著，把最大弯度位置布置在翼型弦向40％的地方要比布置在30％和50％两处所获得的动态升阻比大。

空化喷嘴内部流场的数值模拟

根据喷嘴的结构特点,建立了角形空化喷嘴和风琴管形空化喷嘴的三维结构模型和数值模型,选用RNGk-ε湍流模型,采用SIMPEC算法进行数值计算。结果表明,在空化喷嘴的圆柱段存在速度最大值,射流进入圆柱段后产生明显的负压,与周围介质发生强烈的空化作用,有利于空化气泡的产生。在特定参数下(圆柱段直径d=1mm、圆柱段长度S=3mm、扩散段长度L=8mm、出口扩散角=30°),角形喷嘴的空化效果优于风琴管形喷嘴。

计算气动声学中的伽辽金玻尔兹曼方法研究

为获得气动声学的高精度和低耗散特性的数值方法,发展了伽辽金玻尔兹曼方法和相应的无反射边界条件。首先,引入新粒子分布函数到格子玻尔兹曼BGK方程中并重构欧拉方程;然后,在空间上采用高精度的交点间断伽辽金有限元方法,在时间上采用显式五级四阶龙格库塔离散方法对解耦得到的对流步方程进行离散求解;最后,通过数值通量构造速度边界、声学硬壁面边界和无反射边界条件。采用包含声反射和多普勒效应的数值算例进行验证,可得模拟值与解析解吻合一致,从而证明了伽辽金玻尔兹曼方法和无反射边界条件用于气动声学计算的有效性和准确性。

钝锥超声速粘性绕流的隐式推进求解方法研究

本文提出了一种新的推进求解方法。通过对模型方程的稳定性分析和钝锥超声速绕流的数值模拟,表明该方法既克服了文献中推进格式步长有下界和稳定性差的不足,也克服了亚声速区压力不好处理的困难。文中建立的一阶、二阶隐式推进格式,稳定性好,推进步长无下界,计算结果的精度较高。

二维Rayleigh Bénard对流系统非线性特征的DSMC研究

应用发端于微观分子动力学的蒙特卡罗直接模拟(DSMC)方法实现了RB(Rayleigh Bénard)对流的数值模拟,并在此基础上得到了与线性稳定性理论分析结果相一致的RB系统第一次分叉的临界瑞利数;通过对大瑞利数下RB系统中心点处温度信号进行功率谱分析,得到RB系统通向混沌的倍周期分叉路径,同时应用现代混沌分析方法研究了RB对流系统的关联维、最大Lyapunov指数等非线性特征。

无界区域上理想绕流问题的混合有限元方程

本文讨论无界区域上理想绕流边值问题的有限元近似解。为了克服区域无界性所带来的困难,本文将传统的分析方法与有限元方法相结合,首先将问题化为一个等价的有界区域上的边值问题,然后用有限元方法求得这个等价问题的近似解。作为算例,本文计算了理想不可压缩流体的圆球绕流问题,并给出其近似解的误差分析。

不可压缩势流绕多段翼型流动的快速迭代解法

利用保角变换计算不可压缩势流绕翼型的流动,具有计算速度快和要求计算机内存小的优点,但主要用于单段翼型问题,而对于多段翼型,尤其是三段和三段以上的翼型则很难应用。本文在单段翼型的保角变换的基础上,提出了一种利用迭代算法计算任意多段翼型的不可压缩势流的绕流问题的方法。本文方法和目前常用的边界元法相比,具有计算速度快的优点。本方法还可进一步推广到考虑无粘流/边界层的迭代计算中。

锥-柱体跨声速绕流的物面侧体激波系

本文在实验结果基础上讨论了锥-柱体跨声速飞行时物面上产生的侧体激波系。分析了波系分布随来流M_∞数的变化;讨论了波系形成与流场内部流动机制的关系,进而解释了波系形成原因;建立了波系的一种模拟方法。最后,阐述了侧体波系研究在实际应用中的重要性。

钝体绕流流场分离涡的数值模拟

采用近似因式分解和特殊Jacobin系数矩阵分裂法,求解可压缩Navier-Stokes方程,数值模拟矩形柱体绕流流场中分离涡的形成和发展。给出了Ma_∞=0.3,0.8;Re=10~4,10~6的计算结果。从结果中可清楚地看到柱体非对称涡形成的非定常过程。

大迎角涡流的同步迭代算法

基于多重线涡模型(MLVM),本文建立了一种计算机时少、收敛性强的适用于大迎角涡流势流数值模拟的迭代算法。采用本文算法,首次得到了迎角直到60°的旋转体涡流的收敛解。计算出的空气动力数据与实验结果吻合。

不可压湍流平均流与拟序流的各向异性模式理论及其数值验证

使用侧偏统计平均方法理性推导了不可压湍流的封闭方程组。侧偏统计平均提供了湍流脉动量的一阶统计信息,在引入加权漂移速度对称性及正交各向异性后,导出了漂移流的连续方程、动量方程及能量方程,最后依据湍流物理的唯象论,使用动量传输链概念模化封闭了整个方程组。方程组不含任何经验系数,保留了N- S方程的均化的非线性特性。其级数形式的能量方程与非线性现象多尺度层次现象相对应,具备了描述湍流统计平均流动及拟序结构流动的双重功能。用平面射流。

大跨桥梁风致振动的三维数值仿真

基于计算流体动力学(CFD)方法,利用自有程序结合商业软件处理大跨桥梁风致振动中的流体-固体耦合问题,使用三维桥梁结构模型,进行大跨桥梁风致振动的数值仿真。仿真结果符合实际物理现象,并且所得到的结构气动参数同已有仿真方法的数值结果相比,与风洞试验结果更加接近。这些数值仿真表明,该计算流体动力学方法可以比较准确地进行大跨桥梁的气动特性分析,可以为大跨桥梁建设提供重要的设计基础。

二维粘性不可压缩流场的分块耦合求解方法

本文用分块耦合的方法，并采用Ｓ．Ａｂｄａｌｌａｈ￣［１，２］和Ｍ．Ｌ．Ｍａｎｓｏｕ￣［３］的在非交错网格上隐式求解原始变量的Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的提法和离散格式，成功地解决了二维复杂流场的数值求解问题，获得了空腔流、Ｔ型叉管流、ＮＡＣＡ００２０翼型绕流和方块钝体绕流的稳态解，并进行了讨论。此方法还可推广到三维复杂流场的计算问题。

三角形突起物后自由旋涡的稳定性

用不可压位流理论证明了三角形突起物后存在自由旋涡的驻定态位置 ,且在该处稳定的自由旋涡是中性稳定态。并提供了各种形状的三角形突起物所对应的自由旋涡驻定态位置。而在实验条件下 ,需用侧壁抽吸 。

立柱前壁旋涡

本文论述的是最近在烟流显示实验中发现的尚未见诸于文献的新现象:在平板上垂直放置的方柱和凹面柱体迎风面的中部和上部存在较大的旋涡或涡对,这些涡在前壁流动区域生成,然后绕过立柱两侧,伸向下游,整个涡带形成马蹄形。其中对方柱等具有平直迎风面的立柱,主要是生成若干个单涡;而对具有凹型迎风面的 Y,V,U 截面立柱,则形成若干个涡对。涡对在前壁区域重复着生成,增长,猝裂的过程,具有较稳定的周期,其 Strouhal 数与下游卡门涡街的 Strouhal 数接近,而单涡则基本上是前壁驻涡。实验还表明,二维长柱体也存在这类现象。这些特性将对结构物产生新的静态和动态气动力问题。

二维射流的稳定性分析与流动控制

本文在绝对 /对流不稳定性的理论框架下 ,对二维射流的稳定性进行了数值分析。研究表明射流流场各局部剖面是对流不稳定的 ,不会产生整体失稳 ,射流频率由流场中最大增长的不稳定频率确定。将一NACA0 0 1 2翼型放置于射流势流核心区中 ,改变翼型的偏转角度θ ,可使射流剪切层频率与翼型尾流频率发生共振 ,整个流场产生自激振荡 ,加强了射流与外界流场的混合 ,并使射流发生矢量偏转。

绝对不稳定性理论在尾流稳定性分析方面的研究

介绍了绝对/对流不稳定性的理论框架,并应用于钝体尾流剪切层的稳定性分析研究中.钝体尾流可以认为是局部平行流,而局部平行流的稳定性分析可以归结为Orr-Sommerfeld方程的求解.O-S方程求解化为一个复广义矩阵问题AX=ωBX,并分别约化A,B为上Hessenberg阵和上三角阵,通过Chebyshev配置法可以求出特征值.最后对于Gauss尾流计算模型,给出了其在不同Reynolds下,流动稳定性随流场位置的变化情况,找出流场整体失稳的频率,可为钝体尾流的主动控制提供理论依据.

基于高阶紧致格式的二维不可压N-S方程求解

介绍了一种基于原始变量的用于求解二维非定常不可压Navier-Stokes方程的高阶紧致格式。这种紧致格式最初是用于计算声学(CAA)的高精度格式,相对于传统的紧致格式,使用该格式的优点在于减少计算量的同时降低了边界模板的处理难度。这种方法建立在非交错网格上,空间离散具有六阶精度。压力Poisson方程基于九基点模板的四阶紧致格式进行离散,超松弛迭代进行求解。时间推进上采用四阶Runge-Kutta方法。为验证该方法的精度和有效性,利用该格式计算了一个具有解析解的问题,以及二维非定常情况下的方腔驱动流动问题,并且和传统的紧致格式进行了计算时间的对比。

多孔介质空心圆柱绕流的摄动解(英文)

本文主要讨论了绕多孔介质空心圆柱的有势流动问题。运用摄动方法,给出了速度势的四阶近似,然后得到了圆柱表面的无量纲的压力系数和阻力系数。结果发现在势流的情况下多孔介质圆柱受到附加阻力作用,并且在圆柱的喷射或吸收流体的特征速度与来流特征速度的比值是一个小量的时候,阻力系数与特征速度比成简单的线性关系。