低耗散TVD格式及叶轮机内低马赫数流动模拟

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。

低马赫数流动分区并行计算研究

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。

半离散Jacobi-球面调和谱格式用于流体低马赫数流动

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.

低马赫数流动噪声的计算预测分析

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。

热声板叠内低马赫数流动的数值方法研究

采用AUSMDV(P)格式研究热声制冷机板叠内的低马赫数可压缩流动问题,采用二阶隐式格式进行时间推进。考察了此格式在计算全马赫数可压缩流动问题上的准确性。并在此基础上,验证了界面质量流量采用AUS- MDV(P)格式求得,可以有效改善激波的捕捉能力;验证了格式中的预处理思想,解决了由低马赫数可压缩流动引起的压力和速度的失耦问题;验证了利用格式中将压力扩散的影响考虑到界面质量流量的方法,解决了由于激波的产生而引起的数值振荡和扩散问题。同时,分析了不同时刻,板叠附近沿轴线方向的速度变化以及封闭端附近速度随时间的变化规律。由模拟结果可以看出在t=0.065s时,活塞向左移动,此时速度u(0,0.065)<0,激波从封闭端向入口方向移动。在t=0.067s时,活塞向右移动,此时速度u(0,0.067)>0,激波从人口向封闭端移动。距封闭端x/L=0.98148,y/L=0.84处,不同时刻下,激波的出现会使速度急剧增大形成一个尖峰。为进一步探讨在新型制冷技术中广泛存在的流动和换热耦合的低马赫数可压缩交变流动问题奠定了一定基础。

混合Legendre-球面调和谱方法用于流体低马赫数流动

提出了一种用于两同心球所介球形区域上流体低马赫数流动的全离散混合Legendre-球面调和谱格式,即时间方向上一阶向前差商代替时间方向导数,半径方向用Legendre正交逼近,球面方向上用球面调和正交逼近.严格证明了格式在不同参数组合下的广义稳定性,并通过数值结果显示了格式的高精度.

非紧凑低马赫数运动边界散射流动噪声的预测

提出了一种求解非紧凑低马赫数运动边界散射流动诱发噪声的预测方法。该方法首先基于运动坐标系下的连续性方程和动量方程推导得到该坐标系下的波动方程及其积分解,然后在该坐标系下采用边界元方法求解得到非紧凑运动边界表面的声压,最后将求解得到的壁面声压回代到静止或运动坐标系下的积分方程中实现对远场噪声的预测。推导得到的积分方程适用于流体与飞机机身、高速列车车身及旋转叶片等非紧凑结构边界作用诱发噪声的预测。

全速度Roe格式低速性质解析证明

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.

微可压缩模型(SCM)与可压缩NS方程数值计算对比研究

本文开展了微可压缩模型与可压缩N S方程之间的对比研究。通过对层流平板边界层和椭球高雷诺数湍流绕流的数值模拟,比较了微可压缩模型和可压缩N S方程之间的计算精度和效率。计算结果表明,微可压缩模型和可压缩N S方程具有相同的计算精度,但是微可压缩模型具有更高的计算效率,内存和CPU时间都节省20%左右。

微可压缩模型预处理技术研究

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.

声波衰减的数值模拟

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.