AUSM+格式的改进

为了提高AUSM+格式对流场计算中激波和剪切流的分辨率,减小数值振荡和激波后数值过冲问题,本文在原有AUSM+格式的基础上经过数值研究分析,对AUSM+格式进行了声速、特征马赫数的处理方式,对网格界面马赫数等进行了改进,并用改进后的AUSM+格式求解了含有脱体激波、斜激波、剪切流、膨胀扇、及湍流边界层等流动特征的复杂流动。经典型算例检验证实,改进后的AUSM+格式对激波和剪切流的分辨率得到了加强,求解的准确性和收敛性有一定的提高。改进后的AUSM+格式继承了原AUSM+格式优点,计算处理问题能力增强,可以有效地应用于亚声、跨声和高超声流动的工程实际问题中。

AUSM^+-up格式在无网格算法中的推广

将AUSM+-up格式推广运用到了无网格算法中。在点云离散的基础上,运用曲面拟合和AUSM+-up格式求得数值通量;采用四步龙格-库塔方法进行时间推进,并引入当地时间步长和残值光顺等加速收敛措施。为了验证本文方法的计算精度和鲁棒性,对NACA0012翼型跨声速流动、某三段翼型低速绕流、平行错位NACA0012双翼超声速、高超声速流动进行了数值模拟。

基于Van Leer+AUSM混合格式超声速流场的并行数值算法研究

基于CLUSTER集群并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,开展了超声速流场的并行数值算法研究。计算网格采用多块对接粘性结构网格,控制方程为积分形式的Navier-Stokes(N-S)方程,空间离散采用基于Van Leer+AUSM混合格式的有限体积法,粘性项采用中心格式离散并利用格林定理计算粘性通量中的导数项,时间推进采用五步R-K法,应用一方程S-A模型计算湍流的粘性。并行计算采用分区并行的思想,设计了满足负载平衡要求的区域分解和通讯方法,编程上采用单控制流多数据流(SPMD)模型以及Master/Slave并行模式。最后,通过对某弹丸和某制导火箭弹超声速流动的数值模拟,验证了并行算法的准确性、高效性和处理复杂几何外形的能力。

新型上风格式(AUSM+)的性能分析及其应用

研究了新型上风格式ＡＵＳＭ＋的分辨率、效率等性能，并用它与Ｒｏｅ、ｖａｎＬｅｅｒ上风格式数值模拟了前向台阶激波反射流动，通过对激波、膨胀波、接触间断及其间相互干扰的复杂波系的模拟对比，分析探讨了ＡＵＳＭ＋格式的低数值耗散、间断高分辨率等特性。

应用压力间断解析解修正AUSM^+-up格式

AUSM+-up格式是近年来发展的AUSM类格式,通过在对流通量中引入压力耗散,同时在压力通量中引入速度耗散,使之在各种马赫数下均有良好的收敛性和稳定性。然而,通过对格式的分析,我们发现当马赫数为零时,在压力间断位置会出现质量通量无穷大的非物理现象。为了克服这一缺陷,采用特征线法获得了压力间断问题的解析解;以此为基础,对对流通量中的压力耗散项进行修正,发展出新的AUSM+-up格式。以新的格式对不同速度驱动下的冲击波发展、不同强度压力间断问题和激波衍射问题进行了仿真,计算结果与理论解吻合得较好。

基于Van Leer+AUSM混合格式求解三维N-S方程

基于多块粘性结构网格,开展了三维N-S方程数值算法的研究。控制方程的空间离散采用有限体积法,在前人工作的基础上,发展了Van Leer+AUSM混合格式并应用到对流通量的离散中,粘性项采用中心格式离散并利用格林定理计算粘性通量中的导数项,时间推进采用五步R-K法,湍流模型为S-A一方程模型。最后,以M6机翼和某超声速弹丸的粘性流场作为数值算例,计算表明:发展的数值算法对跨声速、超声速流场均具有较高的分辨率,适用于跨、超声速流场的数值模拟。

RK-AUSM^+混合格式在跨声速Euler方程计算中的应用

首先在一维AUSM＋格式的基础上，推导出了AUSM＋格式在任意曲线坐标下的二维形式，并将其与Runge-Kutta格式结合，对跨声速Euler方程进行求解。最后，为了验证RK-AUSM＋混合格式的有效性，将典型双圆弧叶栅无粘跨声速流动作为算例。本文计算结果和文献结果符合很好。

一种基于AUSM分裂的真正多维HLL格式

文章给出了一种真正多维的HLL Riemann解算器.采用AUSM分裂将通量分解成为对流通量和压力通量,其中对流通量的计算采用迎风格式,压力通量的计算采用HLL格式,且将HLL格式的耗散项中的密度差用压力差代替,从而使得格式能够分辨接触间断.为了实现数值格式真正多维的特性,分别计算了网格界面中点和角点上的数值通量,并且采用Simpson公式加权组合中点和角点上的数值通量得到网格界面的数值通量.为了减少重构角点处状态时的模板宽度,计算中采用基于SDWLS梯度的线性重构获得2阶空间精度,而时间离散采用2阶保强稳Runge-Kutta方法.数值实验表明,相比于传统的一维HLL格式,文章的真正多维HLL格式具有能够分辨接触间断,以及更大的时间步长等优点.与其他能够分辨接触间断的格式(例如HLLC格式)不同,真正多维的HLL格式在计算二维问题时不会出现激波不稳定现象.

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.

AUSM格式在二维浅水方程求解中的应用

引入空气动力学中发展起来的AUSM格式,在三角形网格上采用有限体积法,对二维浅水控制方程进行数值求解;引入过程中,对浅水问题中的源项及露滩问题等采用了相应的特殊处理。通过对二维计算常用的溃坝算例及扎龙湿地实际算例的计算结果分析可知:二维浅水问题中引入该计算格式后,计算结果较好且保持了原格式的优良特性,同时也验证了该格式在二维浅水方程中应用的可行性及可靠性。

AUSM系列算法对比研究及背景太阳风初步应用

磁流体力学数值模拟是研究日地物理学现象的一个重要手段.对比三种AUSM算法,即AUSM,AUSM+和AUSMPW+,结合HDC磁场散度消去方法计算多维MHD问题的性能.通过分析三种算法计算Rotor算例和Orszag-Tang vortex算例的结果发现,AUSM+算法的性能最好.进一步使用AUSM+算法基于6片网格构造模拟了日冕结构,计算结果表明这种算法能够正确计算出日冕的大尺度结构.对于日冕结构模拟块,HDC方法能够较好地控制磁场散度误差.

AUSM+格式在高超声速进气道数值模拟中的应用

基于开源计算流体力学软件OpenFOAM中的密度基求解器rhoCentralFoam植入典型混合格式AUSM+。求解器通过两组算例进行验证:二维圆柱绕流数值模拟和二维高超声速进气道数值模拟。与圆柱绕流模型相似的高超声速进气道钝化前缘,是高超声速进气道典型流动特征。数值计算结果分别与商业软件CFD++计算结果和试验结果进行对比,结果表明,基于OpenFOAM植入的AUSM+格式可以精确捕捉脱体激波、准确构建流场结构,并得到可靠的流场参数,与商业软件CFD++计算结果和试验结果均具有良好的一致性,满足高超声速进气道流场计算需求。

AUSM类格式在热流数值模拟中的比较研究

系统分析了AUSM类空间离散格式中AUSM+、AUSMDV及AUSMPW三种格式的构造方法及特点,并分别对钝锥、钝双锥的高超粘性绕流流场进行了数值模拟,重点分析了格式对热流数值模拟结果的影响。数值结果表明:AUSM类格式在高超音速流动模拟中具有高间断分辨率和数值稳定性,其中AUSM+和AUSMPW格式更适用于热流数值模拟,而AUSMDV格式可能会出现"红玉"现象。

高超声速稀薄流场AUSM分裂式DSMC-IP方法研究

针对直接模拟蒙特卡洛(DSMC)方法统计耗散较大而传统的信息保存(DSMC-IP)方法难以有效模拟强激波的问题,采用对流迎风分裂(AUSM)通量计算格式对IP方法进行改造。以局部马赫数为标准重构控制方程中的关联项通量,使计算更加准确的符合激波两侧的流动特征,从而形成一种具有较高统计精度和高超声速流动模拟能力的新型DSMC-IP方法。采用该方法对超声速圆柱和带扩张角的喷管高超声速流动进行数值模拟,结果显示,该方法与DSMC方法的计算结果相比,其流场结构基本相符,而前者的统计耗散明显更低,且流动特征更清晰,表面特征系数与实验值或参考值相差在5.5%以内,证明了该方法在高超声速稀薄流场模拟中的准确性和有效性。

AUSM+格式在亚音、跨音和超音速流动数值模拟中的应用

在任意曲线坐标系下,采用有限体积法计算可压缩流动。利用AUSM+格式替换传统的Rhie-Chow动量插值方法,给出有限体积界面的速度和压力求解方式。为了适用于亚音速流动,通过预处理的方法给出了速度-压力耦合的表达式。算例考核结果表明,该算法在不可压流动到超音速的全范围内都有良好的适用性,而AUSM+格式的计算结果均优于Rhie-Chow动量插值方法。

基于AUSM分裂的二维通量分裂格式

基于对流迎风分裂思想构造的AUSM类格式具有简单、高效、分辨率高等优点,在计算流体力学中得到了广泛的应用.传统的AUSM类格式在计算界面数值通量时只考虑网格界面法向的波系,忽略了网格界面横向波系的影响.使用Liou⁃Steffen通量分裂方法将二维Euler方程的通量分裂成对流通量和压力通量,采用AUSM格式来分别计算对流数值通量和压力数值通量.通过求解考虑了横向波系影响的角点数值通量来构造一种真正二维的AUSM通量分裂格式.在计算一维算例时,该格式保留了精确捕捉激波和接触间断的优点.在计算二维算例时,该格式不仅具有更高的分辨率而且表现出更好的鲁棒性,可以消除强激波波后的不稳定现象.此外,在多维问题的数值模拟中,该格式大大地提高了稳定性CFL数,具有更高的计算效率.因此,它是一种精确、高效并且强鲁棒性的数值方法.

Spalart-Allmaras湍流模型在高超声速气动加热计算中的应用

将AUSM+格式与LU SGS隐式迭代相结合,采用一方程的Spalart Allmaras湍流模型和二阶迎风MUSCL格式,研究了火星"探路者号"实验模型在10马赫来流条件下的气动热问题。采用量热完全和热完全两种气体模型的计算结果与实验数据进行了比较。热完全气体模型模拟的热流分布规律与实验吻合较好,但是对分离区的热流估计过高。在网格合理划分,尤其是满足近壁面的网格分辨率要求的前提下,该方法能够合理反映高超声速流场除分离区以外的气动热特性。

超音速子母弹分离激波干扰特性研究

超音速子母弹分离伴随着复杂的激波干扰,采用数值方法对超音速子母弹分离流场中激波与激波干扰特性进行了研究,数值计算结果与实验研究结果符合较好,表明利用AUSM+格式求解采用k-ωSST湍流模型的雷诺平均Navier-Stokes方程,能较好地模拟超音速子母弹分离激波干扰。子母弹分离过程中不仅存在激波与激波碰撞、部分激波发生多次反射,而且由于干扰使气流方向发生变化,并形成变化复杂的压力、速度分布区域。通过对特定分离状态干扰流场结构的分析,探讨了子母弹分离激波干扰特性及其形成机理。

上风格式的若干性能分析

采用理论分析和数值试验相结合的方法,对上风格式的三个典型代表:FDS、FVS及AUSM格式的性能进行了分析比较:FDS格式具有高的间断分辨率但可能出现非物理解;FVS格式捕捉强非线性波的能力很强,计算效率高,但耗散比较大;AUSM格式兼有高间断分辨率和高计算效率且克服了两者的弱点。以一维无粘激波管流场为算例考察了这些格式性能与间断分辨率。

激波碰撞干扰流动非定常效应的数值研究

将AUSM +上风格式应用于数值模拟半球绕流激波碰撞干扰的流动中 ,揭示了该流动在定常来流条件下的非定常本质 .分析弓形激波后超音速“喷流”的流动结构及其非定常效应的形成机制 ,提出一种新的激波碰撞干扰流动的非定常形成机理 .