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A Conservative Pressure-Correction Method on Collocated Grid for Low Mach Number Flows
1
作者 S. M. Yahya S. F. Anwer S. Sanghi 《World Journal of Mechanics》 2012年第5期253-261,共9页
A novel extension to SMAC scheme is proposed for variable density flows under low Mach number approximation. The algorithm is based on a predictor—corrector time integration scheme that employs a projection method fo... A novel extension to SMAC scheme is proposed for variable density flows under low Mach number approximation. The algorithm is based on a predictor—corrector time integration scheme that employs a projection method for the momentum equation. A constant-coefficient Poisson equation is solved for the pressure following both the predictor and corrector steps to satisfy the continuity equation at each time step. The proposed algorithm has second order centrally differenced convective fluxes with upwinding based on Cell Peclet number while diffusive flux are viscous fourth order accurate. Spatial discretization is performed on a collocated grid system that offers computational simplicity and straight forward extension to curvilinear coordinate systems. The algorithm is kinetic energy preserving. Further in this paper robustness and accuracy are demonstrated by performing test on channel flow with non-Boussinesq condition on different temperature ratios. 展开更多
关键词 LES Non-Boussinesq low mach number TURBULENT flow
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A Low Mach Number IMEX Flux Splitting for the Level Set Ghost Fluid Method
2
作者 Jonas Zeifang Andrea Beck 《Communications on Applied Mathematics and Computation》 2023年第2期722-750,共29页
Considering droplet phenomena at low Mach numbers,large differences in the magnitude of the occurring characteristic waves are presented.As acoustic phenomena often play a minor role in such applications,classical exp... Considering droplet phenomena at low Mach numbers,large differences in the magnitude of the occurring characteristic waves are presented.As acoustic phenomena often play a minor role in such applications,classical explicit schemes which resolve these waves suffer from a very restrictive timestep restriction.In this work,a novel scheme based on a specific level set ghost fluid method and an implicit-explicit(IMEX)flux splitting is proposed to overcome this timestep restriction.A fully implicit narrow band around the sharp phase interface is combined with a splitting of the convective and acoustic phenomena away from the interface.In this part of the domain,the IMEX Runge-Kutta time discretization and the high order discontinuous Galerkin spectral element method are applied to achieve high accuracies in the bulk phases.It is shown that for low Mach numbers a significant gain in computational time can be achieved compared to a fully explicit method.Applica-tions to typical droplet dynamic phenomena validate the proposed method and illustrate its capabilities. 展开更多
关键词 IMEX flux splitting Level set method Ghost fluid method low mach number flows
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A NOVEL SLIGHTLY COMPRESSIBLE MODEL FOR LOW MACH NUMBER PERFECT GAS FLOW CALCULATION 被引量:5
3
作者 邓小刚 庄逢甘 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2002年第3期193-208,共16页
By analyzing the characteristics of low Mach number perfect gas flows, a novel Slightly Compressible Model (SCM) for low Mach number perect gas flows is derived. In view of numerical calculations, this model is proved... By analyzing the characteristics of low Mach number perfect gas flows, a novel Slightly Compressible Model (SCM) for low Mach number perect gas flows is derived. In view of numerical calculations, this model is proved very efficient, for it is kept within thep-v frame but does not have to satisfy the time consuming divergence-free condition in order to get the incompressible Navier-Stokes equation solution. Writing the equations in the form of conservation laws, we have derived the characteristic systems which are necessary for numerical calculations. A cell-centered finite-volume method with flux difference upwind-biased schemes is used for the equation solutions and a new Exact Newton Relaxation (ENR) implicit method is developed. Various computed results are presented to validate the present model. Laminar flow solutions over a circular cylinder with wake developing and vortex shedding are presented. Results for inviscid flow over a sphere are compared in excellent agreement with the exact analytic incompressible solution. Three-dimensional viscous flow solutions over sphere and prolate spheroid are also calculated and compared well with experiments and other incompressible solutions. Finally, good convergent performances are shown for sphere viscous flows. 展开更多
关键词 slightly compressible flow numerical simulations low mach number flow calculations Newton iteration relaxation algorithm
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圆柱及切割圆柱低Mach数绕流气动声辐射
4
作者 蔡建程 余梦瑶 +2 位作者 陈超倩 夏文俊 鄂世举 《声学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第5期978-988,共11页
以柱体绕流声辐射为研究对象,探讨低Mach数流动气动声定量预测方法。首先,理论分析Lighthill声类比理论与基于流体动力学压力对时间求导的扰动分离模型之间内在联系。其次,利用计算流体动力学对圆柱及其尾部切割后的亚临界流态绕流进行... 以柱体绕流声辐射为研究对象,探讨低Mach数流动气动声定量预测方法。首先,理论分析Lighthill声类比理论与基于流体动力学压力对时间求导的扰动分离模型之间内在联系。其次,利用计算流体动力学对圆柱及其尾部切割后的亚临界流态绕流进行二维数值求解,分析两种湍流模型的流场计算效果。最后,分别使用声类比理论FW-H方程及扰动分离模型进行柱体绕流气动声辐射定量预测,分析声指向性及频谱特性。数值结果表明声类比理论与扰动分离模型预测的声辐射频谱相似,但前者的幅值略高;圆柱尾部切割使尾流脉动增强,导致声辐射变大。 展开更多
关键词 声类比 声扰动方程 mach数流动 柱体绕流
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A simple lattice Boltzmann scheme for low Mach number reactive flows
5
作者 CHEN Sheng1,2, LIU Zhaohui2, ZHANG Chao2, HE Zhu2, TIAN Zhiwei2, SHI Baochang 2 & ZHENG Chuguang2 1. Technology Center of Wuhan Iron and Steel (Group) Company, Wuhan 430080, China 2. State Key Laboratory of Coal Combustion, Hua Zhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2006年第6期714-726,共13页
For simulating low Mach number reactive flows, a simple and coupled lattice Boltzmann (CLB) scheme is proposed, by which the fluid density can bear significant changes. Different from the existing hybrid lattice Boltz... For simulating low Mach number reactive flows, a simple and coupled lattice Boltzmann (CLB) scheme is proposed, by which the fluid density can bear significant changes. Different from the existing hybrid lattice Boltzmann (HLB) scheme and non-coupled lattice Boltzmann (NCLB) scheme, this scheme is strictly lattice Boltzmann style and the fluid density couples directly with the temperature. Because it has got rid of the constraint of traditional thought in lattice Boltzmann scheme,on the basis of the equality among the particle speed c, the time step △t and the lattice grid spacing △x held, both c and △t can be adjusted in this scheme according to a "characteristic temperature" instead of the local temperature. The whole algorithm becomes more stable and efficient besides inheriting the intrinsically outstanding strong points of conventional lattice Boltz-mann scheme. In this scheme, we also take into account different molecular weights of species, so it is more suitable for simulating actual low Mach number reactive flows than previous work. In this paper, we simulated a so-called "counter-flow" premixed propane-air flame, and the results got by our scheme are much better than that obtained by NCLB. And the more important thing is that the exploration in this work has offered a kind of brand-new train of thought for building other novel lattice Boltzmann scheme in the future. 展开更多
关键词 LATTICE Boltzmann low mach number flows REACTIVE flows simulation.
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Extension of the pressure correction method to zero-Mach number compressible flows
6
作者 HE YaLing HUANG Jing +1 位作者 TAO YuBing TAO WenQuan 《Science China(Technological Sciences)》 SCIE EI CAS 2009年第6期1583-1595,共13页
In the present paper,the classical pressure correction method was extended into low Mach number compressible flow regime by integrating equation of state into SIMPLE algorithm.The self-developed code based on this alg... In the present paper,the classical pressure correction method was extended into low Mach number compressible flow regime by integrating equation of state into SIMPLE algorithm.The self-developed code based on this algorithm was applied to predicting the lid-driven cavity flow and shock tube prob-lems,and the results showed good agreement with benchmark solutions and the Mach number can reach the magnitude of as low as 10-5.The attenuation of sound waves in viscous medium was then simulated.The results agree well with the analytical solutions given by theoretical acoustics.This demonstrated that the present method could also be implemented in acoustics field simulation,which is crucial for thermoacoustic simulation. 展开更多
关键词 THERMOACOUSTIC engine pressure correction METHOD low mach number COMPRESSIBLE flow
原文传递
三维可压缩Boltzmann模型及其在低Mach数湍流中的应用(英文)
7
作者 国岛雄一 梶岛岳夫 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2016年第12期1296-1307,共12页
改进了有限差分格子Boltzmann方法(FDLBM),以直接数值模拟气动噪声.基于LB求解器特性,采用动力学方程中的恒定对流速度以实施高阶迎风差分,提高了声波和湍流的分辨率.通过建立一个新的三维粒子模型,计算得到了任意比热容的三维可压缩Nav... 改进了有限差分格子Boltzmann方法(FDLBM),以直接数值模拟气动噪声.基于LB求解器特性,采用动力学方程中的恒定对流速度以实施高阶迎风差分,提高了声波和湍流的分辨率.通过建立一个新的三维粒子模型,计算得到了任意比热容的三维可压缩Navier-Stokes系统.此外,利用Bhatnagar-Gross-Krook(BGK)碰撞算子,通过引入热流量修正,实现了Prandtl数的可变性.在激波管内弱声波以及伴随有温度梯度的Taylor-Couette层流的验证计算中,提出的新方法结果良好.此外也对NACA0012翼型绕流进行了三维模拟.其中,Reynolds数、Mach数和攻角分别取2×105,8.75×10-2以及9°.计算发现,在机翼前缘附近的分离气流位置,以及表面压力波动强度的Mach数依赖性方面,数值计算结果与实验结果相吻合. 展开更多
关键词 有限差分格子Boltzmann方法 mach数流动: 湍流
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SPECTRAL METHOD FOR FLUID FLOW WITH LOW MACH NUMBER
8
作者 郭本瑜 曹卫明 《Chinese Science Bulletin》 SCIE EI CAS 1986年第16期1081-1086,共6页
The fluid flow with low Mach numberm is governed by the following differential eqnations:
关键词 UN SPECTRAL METHOD FOR FLUID flow WITH low mach number Za 丝兰
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声波衰减的数值模拟 被引量:8
9
作者 黄竞 何雅玲 李茹 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第2期202-204,共3页
为了采用计算流体力学方法对热声制冷机进行数值模拟,以突破热声热机现有计算方法的限制,基于压力修正算法的基本思想开发了用于模拟非稳态小马赫数可压缩流动的数值程序,并将其应用于声波衰减的数值模拟.对一维及二维声波衰减过程的模... 为了采用计算流体力学方法对热声制冷机进行数值模拟,以突破热声热机现有计算方法的限制,基于压力修正算法的基本思想开发了用于模拟非稳态小马赫数可压缩流动的数值程序,并将其应用于声波衰减的数值模拟.对一维及二维声波衰减过程的模拟显示,数值计算的结果与声学理论的预测符合良好,说明了方法的正确性. 展开更多
关键词 声波衰减 低马赫数可压缩流动 SIMPLE算法
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低马赫数流动数值模拟方法的研究 被引量:3
10
作者 向大平 邓小刚 毛枚良 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2002年第4期373-378,共6页
在文献[1,2]提出的一种低马赫数流动数值模拟新方法的基础上,本文作者进一步优化了算法,确定了该方法适用的马赫数范围,讨论了参数σ对计算的影响。大量的定常/非定常、低雷诺数/高雷诺数流动的计算结果表明这种方法具有计算精度高。
关键词 马赫数 计算方法 数值模拟 空气流动 压力场
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低耗散TVD格式及叶轮机内低马赫数流动模拟 被引量:4
11
作者 李雪松 徐建中 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期442-447,共6页
推导了条件化预处理矩阵在守恒变量下的形式,以及三维任意曲线坐标系下的相应的系统特征值与特征矩阵。根据预处理技术修正了任意曲线坐标下的H arten-TVD格式,得到低耗散TVD格式,并讨论了抑制了压力速度失耦的方法。分别使用修正后低... 推导了条件化预处理矩阵在守恒变量下的形式,以及三维任意曲线坐标系下的相应的系统特征值与特征矩阵。根据预处理技术修正了任意曲线坐标下的H arten-TVD格式,得到低耗散TVD格式,并讨论了抑制了压力速度失耦的方法。分别使用修正后低耗散格式与未修正的格式,对高负荷低压涡轮叶栅T 106内低速流动:进口马赫数分别为0.1,0.01和0.001,进行数值模拟。计算表明,未修正格式不能得到有意义的结果,而修正后的低耗散格式,即使在极低的马赫数流动下,也工作良好。同时可以注意到:对于无粘流动,三种进口马赫数条件下,流场内等压线分布几乎是一致的。 展开更多
关键词 航空 航天推进系统 预处理 低耗散 Harten-TVD 叶轮机 低马赫数流动
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微可压缩模型预处理技术研究 被引量:1
12
作者 丛成华 邓小刚 毛枚良 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期775-779,共5页
微可压缩模型(slightly compressible model,SCM)是求解低马赫数流动的一种有效模型,SCM在求解过程中不必满足速度散度为零的条件,可直接应用时间推进方法求解得到不可压缩N-S方程的解.深入研究了该模型的效率和精度;为了提高收敛速度... 微可压缩模型(slightly compressible model,SCM)是求解低马赫数流动的一种有效模型,SCM在求解过程中不必满足速度散度为零的条件,可直接应用时间推进方法求解得到不可压缩N-S方程的解.深入研究了该模型的效率和精度;为了提高收敛速度将预处理技术引入到该模型中,推导了预处理后的控制方程和特征系统,并构造了预处理后的通量.通过对圆柱绕流、方腔流动、NACA0012翼型和6:1椭球的数值模拟,一方面,进一步展示了SCM的可行性与健壮性,表明SCM适合于低马赫流动的数值模拟;另一方面,充分验证了预处理技术在微可压缩模型中的作用,一定程度上解决了低马赫数流动的收敛问题,并提高了求解的准确性和精度.这为SCM应用于工程实际创造了一定的条件. 展开更多
关键词 低马赫数流动 微可压缩模型 数值模拟 预处理 收敛加速
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低马赫数流动分区并行计算研究 被引量:1
13
作者 向大平 邓小刚 毛枚良 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第z1期77-81,87,共6页
在由文献 [1]提出的低马赫数流动数值模拟方法的基础上 ,本文开展了该方法的分区并行计算研究 ,发展了一套通用性较好的低马赫数流动分区并行数值模拟程序。该程序在MPP并行计算机上获得了正确的计算结果和较好的收敛速度 ,取得了很好... 在由文献 [1]提出的低马赫数流动数值模拟方法的基础上 ,本文开展了该方法的分区并行计算研究 ,发展了一套通用性较好的低马赫数流动分区并行数值模拟程序。该程序在MPP并行计算机上获得了正确的计算结果和较好的收敛速度 ,取得了很好的加速比。 展开更多
关键词 低马赫数流动 区域分解法 并行计算
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全速度Roe格式低速性质解析证明 被引量:1
14
作者 李雪松 顾春伟 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第3期395-398,共4页
全速度Roe格式是一种新型的可压不可压统一计算格式,这一格式表达了这样一个新观点:有别于预处理方法,可以直接修正标准Roe格式耗散中的非线性特征值,从而使Roe格式耗散性质满足低速流动的要求.为了更好地支持这一新观点,需要有数学上... 全速度Roe格式是一种新型的可压不可压统一计算格式,这一格式表达了这样一个新观点:有别于预处理方法,可以直接修正标准Roe格式耗散中的非线性特征值,从而使Roe格式耗散性质满足低速流动的要求.为了更好地支持这一新观点,需要有数学上的证明。通过摄动法,本文在理论上证实了这一观点.首先证明了低速Roe格式的性质与连续的方程一致,这一证明较为简单;随后证明了在低马赫数条件下,全速度Roe格式是低速Roe格式的有限放大,从而说明用全速度Roe格式离散的方程的低速性质,也与连续的方程一致.证明过程中,还得到了速度压力失耦现象的解释. 展开更多
关键词 激波捕获格式 全速度Roe格式 低马赫数流动 摄动证明
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半离散Jacobi-球面调和谱格式用于流体低马赫数流动 被引量:2
15
作者 黄伟 郇庆虎 《应用数学与计算数学学报》 2008年第1期31-45,共15页
本文提出了一种用于解决流体在球内以低马赫数流动问题的半离散Jacobi-球面调和谱格式,并证明了它的稳定性和收敛性.所用技巧也可应用于球形区域上其它非线性问题.
关键词 半离散Jacobi-球面调和谱格式 流体低马赫数流动 球形区域
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低马赫数流动噪声的计算预测分析
16
作者 李军华 陈双桥 杨琼方 《机电设备》 2013年第4期32-36,共5页
梳理了低马赫数流动噪声计算预测的因素,采用不可压缩流体流动的大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)积分方法耦合对某非流线体绕流发声进行了数值计算与校验,并采用Lilley方程源项对声源特征进行了分析。结果表明,计算值与实测... 梳理了低马赫数流动噪声计算预测的因素,采用不可压缩流体流动的大涡模拟与Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)积分方法耦合对某非流线体绕流发声进行了数值计算与校验,并采用Lilley方程源项对声源特征进行了分析。结果表明,计算值与实测值相吻合。 展开更多
关键词 流噪声 数值计算 声类比公式 低马赫数流动 FW-H积分模型 Lilley源项
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涡流发生器和附面层抽吸相结合对于低速压气机叶栅性能的影响 被引量:5
17
作者 马姗 楚武利 +1 位作者 张皓光 旷海洋 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第3期515-524,共10页
为了分析微型涡流发生器(MVG)和附面层吸气(BLS)相结合的方法对高负荷轴流压气机流动特性的影响,将一种弯曲的微型涡流发生器与缝式吸气槽进行不同组合,共组成五组控制模型进行对比。其中,微型涡流发生器安装在叶片上游端壁上,缝式吸气... 为了分析微型涡流发生器(MVG)和附面层吸气(BLS)相结合的方法对高负荷轴流压气机流动特性的影响,将一种弯曲的微型涡流发生器与缝式吸气槽进行不同组合,共组成五组控制模型进行对比。其中,微型涡流发生器安装在叶片上游端壁上,缝式吸气槽位于叶片吸力面靠近尾缘处。计算结果说明:在设计攻角下,COM控制方法在使总压损失明显减小的同时增加静压系数,性能优于单独使用MVG,却不及只使用BLS的控制方法。在失速攻角下,MVG产生的尾涡将位于叶片吸力面-端壁角区之间的低能流体和主流充分混合,使得总压损失大幅度减小了11.54%。在吸气量为1.5%时,COM控制方法可以使总压损失减小达14.59%。 展开更多
关键词 低马赫数 轴流压气机叶栅 微型涡流发生器 附面层抽吸
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微型涡流发生器控制压气机叶栅二次流的数值研究 被引量:3
18
作者 马姗 楚武利 +2 位作者 张皓光 旷海洋 李相君 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2641-2651,共11页
二次流对压气机叶栅的性能有很大影响,为了探究微型涡流发生器(MVG)对于低马赫数来流叶栅的二次流控制情况,以一进口来流Ma<0.1的高负荷轴流压气机叶栅为研究对象,用数值方法分别对设计攻角(-1°)以及失速攻角(8°)下的流场... 二次流对压气机叶栅的性能有很大影响,为了探究微型涡流发生器(MVG)对于低马赫数来流叶栅的二次流控制情况,以一进口来流Ma<0.1的高负荷轴流压气机叶栅为研究对象,用数值方法分别对设计攻角(-1°)以及失速攻角(8°)下的流场进行损失分析,并借鉴失速因子对不同组合形式的MVG进行对比。得出在-1°攻角下,大部分MVG具有延缓分离的作用,但都会引起损失增加;在8°攻角下,所有MVG都具有延缓分离、减少损失的作用。损失减少最多的一组VGdvg3达到6.3%,失速系数减小了46%,因此认为MVG对于大分离区域的控制较为有效。MVG主要控制0%~30%叶高方向损失,并且MVG的叶片间距以及安装位置也存在一个最佳范围,不易过大或过小。 展开更多
关键词 低马赫数 轴流压气机叶栅 微型涡流发生器 二次流
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穿孔管消声器声学特性预测的单向耦合计算方法 被引量:4
19
作者 黄虹溥 季振林 +1 位作者 陈志响 刘晨 《天津大学学报(自然科学与工程技术版)》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期367-372,共6页
基于流场与声场之间的单向耦合方法,研究了低马赫数非均匀流对穿孔管消声器声学特性的影响.首先使用CFD方法获取速度场分布,然后通过声学有限元计算得到声压场分布,最后利用基于非线性最小二乘法的曲线拟合进行平面波分解计算得到消声... 基于流场与声场之间的单向耦合方法,研究了低马赫数非均匀流对穿孔管消声器声学特性的影响.首先使用CFD方法获取速度场分布,然后通过声学有限元计算得到声压场分布,最后利用基于非线性最小二乘法的曲线拟合进行平面波分解计算得到消声器的传递损失.对于直通和横流穿孔管消声器,传递损失数值计算结果和实验测量结果吻合良好.计算结果表明,在入口马赫数低于0.2的条件下,气流对于直通穿孔管消声器在平面波范围内的声学性能影响较小,而在高频范围内气流的影响作用应当引起重视;横流穿孔管消声器的声学性能对于气流速度的变化更加敏感. 展开更多
关键词 穿孔管消声器 单向耦合 有限元法 低马赫数 非均匀流
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求解欧拉方程的预处理隐式无网格算法 被引量:1
20
作者 曹骋 陈红全 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第7期161-169,共9页
发展出一种用于求解欧拉方程的预处理隐式无网格算法.该算法对守恒型欧拉方程进行Weiss-Smith型矩阵预处理,并在无网格点云上离散求解.求解大体是基于传统无网格算法展开的,为此,先对矩阵谱半径、人工耗散项、远场边界条件等受预处理影... 发展出一种用于求解欧拉方程的预处理隐式无网格算法.该算法对守恒型欧拉方程进行Weiss-Smith型矩阵预处理,并在无网格点云上离散求解.求解大体是基于传统无网格算法展开的,为此,先对矩阵谱半径、人工耗散项、远场边界条件等受预处理影响的部分进行了具体的讨论.接着,结合LU-SGS算法,通过点云重排与分割,给出了预处理隐式无网格算法的具体实施过程.典型翼型和机翼算例与文献或实验结果进行了验证比较,表明所发展的隐式算法比相应显式算法收敛更快,已从单纯模拟可压缩流动拓展到模拟几乎不可压的低马赫数流.最后,给出了翼身组合体的低马赫数绕流算例,进一步展示出算法处理实用三维气动外形的潜力. 展开更多
关键词 无网格算法 预处理 隐式算法 三维欧拉方程 低马赫数绕流
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