可压缩流大涡模拟耦合概率密度函数方法中的滤波压力模型

亚格子组分-温度关联项显著影响反应流大涡模拟精度。利用概率密度函数方法中概率等效的特点,发展一种新的滤波压力模型,可以良好封闭亚格子组分-温度关联项。介绍概率密度函数及其耦合求解方法,在已有模型基础上推导建立新的滤波压力模型,并在三维超声速氢气/空气时间发展反应混合层中对不同的滤波压力模型进行数值测试。结果表明,与传统的滤波压力模型相比,新的滤波压力模型可以明显改善反应混合层的模拟准确度。特别地,基于新的滤波压力模型,大涡模拟耦合概率密度函数方法可以较好地模拟链式反应中间微小组分如超氧化氢基等,有望更有效地再现自点火等复杂现象。

基于MPI+CUDA的异构并行可压缩流求解器

在CPU/GPU异构体系结构计算集群上,建立了基于MPI+CUDA的异构并行可压缩流求解器。讨论了异构结构上的可压缩流并行算法的并行模式,在CPU上执行计算密集度低、指令复杂的计算任务,在GPU上执行计算密集度高、指令单一的计算任务。通过数个算例,对比了异构并行计算和传统CPU并行计算计算结果和计算效率。将该算法运用于高超声速流动的数值模拟中,数值结果显示,基于MPI+CUDA的异构并行可压缩流求解器鲁棒性好,计算效率较CPU同构并行计算提高10倍以上。

间断伽辽金方法在可压缩流数值模拟中的应用研究综述

本文对近三十年来,国内外对于高精度数值方法研究中的热点——间断伽辽金方法在可压缩流数值模拟方面的应用研究进行了综述。首先对间断伽辽金方法的基本概念和特点作了简单介绍,然后对应用该方法解决双曲型及椭圆型问题的发展历程进行了回顾,并重点梳理了其在计算流体力学领域可压缩流数值模拟方面的应用发展以及研究现状,之后对该方法在对应的网格技术、激波捕捉方法、湍流流动模拟以及计算量需求方面目前仍然存在的研究难点和可能的发展趋势做出了总结和分析。最后给出了间断伽辽金方法在可压缩流数值模拟中的若干应用实例。

一维可压缩流的有限元状态空间模型

通过引入位置交错的两种有限控制体积单元——状态单元和速度单元，对其分别应用质量、能量守恒方程和动量守恒方程， 建立了一维可压缩流的有限元状态空间模型， 模型单元边界条件的处理方式简单有效， 适用于处理任意的物理边界条件。

连续激光内通道传输的弱可压缩流模型

分析了激光在气体中传输时采用等压近似线性方程求解流场密度分布的优缺点,在高低速流场统一计算模型的基础上提出了基于压力原变量的分步求解的弱可压缩流计算模型,并分析了该模型的特点。采用该模型结合标量衍射理论对连续激光在封闭充气管道中受到的气体热效应影响进行了数值仿真。仿真结果与实验结果的对比表明,弱可压缩流计算模型能更精确地反映非自由边界热对流对气体密度分布的影响,进而反映流场对光束的影响。这说明弱可压缩流计算模型能较好地适应内通道光传输问题的仿真研究。

嵌边法出流条件在可压缩流直接数值模拟中的应用

以嵌边法为出口边界条件试算了亚、超声速平板边界层扰动波的演化、超声速流中涡的传播、亚声速平板边界层尾缘扰动的演化等,以验证嵌边法作为出流条件在可压缩流中的有效性。然后,探讨了嵌边法有关参数的选取问题。

粘性不可压缩流动三维复杂流场分块耦合求解

提出了一个粘性不可压缩流动三维复杂流场的分块耦合求解方法。可解决科学和工程计算中的各种稳态和瞬态粘性不可压缩流动计算问题。

浅水流动的可压缩流数学模拟

利用浅水流动的可压缩流比拟来认识浅水方程组的特性及其有关物理现象,过去的讨论多限于矩形断面棱柱形明渠的最简单情况。本文首先将该模拟推广到任意断面非棱柱形明渠的一般情况,给出了等价绝热指数公式γ=H(?)h.(H为水力水深,h_c为形心水深),并指出γ=2为矩形断面的特例.然后着重阐明这一数学模拟对计算水力学具有普遍实用价值,并将计算气体动力学中的两种通量向量分裂(FVS)算法通过比拟应用于浅水流动计算。最后,本文讨论了浅水流动可压缩流模拟与一般完全气体可压缩流物理特性的异同点,据此提出正确应用这一模拟所应遵循的原则。

不可压缩流中二元翼运动的分支问题

考虑两个自由度的机翼在不可压缩流作用下运动的分支问题 ,弹簧的非线性刚度考虑为立方项。化方程为四维一阶微分方程 ,解析求出了系统发生叉式分支与Hopf分支的临界流速值 ,研究了在两个参数平面上的平衡点和极限环的稳定性及其个数。

二维多介质可压缩流的RKDG有限元方法

应用RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法、Level Set方法和Ghost Fluid方法数值模拟二维多介质可压缩流,其中Euler方程组、Level Set方程和重新初始化方程的空间离散采用DG(DiscontinuousGalerkin)有限元方法,时间离散采用Runge-Kutta方法.对二维的气-气和气-液两相流进行了数值计算,得到了分辨率较高的计算结果.

利用开源CFD程序计算可压缩流场

针对可压缩流动问题,在开源CFD程序OpenFOAM上开发相应的求解程序.采用绝对坐标系下的Favre平均Navier-Stokes控制方程组和标准k-ε湍流模型.数值计算时,对流项和扩散项分别采用二阶精度TVD格式和二阶中心差分离散,求解离散后的方程组采用SIMPLER算法.通过对不同的马赫数下凸包流动和带有湍流模型的平面叶栅流动的计算表明,程序能够有效地模拟可压缩流动的流场.

简支梁在无限大不可压缩流体和声学流体中的固有振动问题

本文用边界积分方程描述无限大声学流体,从而得到了控制圆截面简支梁在该流体中固有振动的积分-微分方程。在此方程基础上,分别用摄动法和有限元与摄动展开相结合的方法,计算了简支梁在无限大声学流体中的固有频率。当声速趋于无穷大时,得到了无限大不可压缩流体中简支梁的固有频率。本文的方法可推广到较为复杂的结构声辐射系统的固有频率的计算上。

三维非定常/定常不可压缩流动N-S方程基于人工压缩性方法的数值模拟

基于人工压缩性方法提出—中心与迎风混合的算法,以数值模拟N-S方程的定常/非定常解。对半离散方程的左端采用中心差分,方程右端数值流量采用迎风Roe近似算法,其精度可达三阶。湍流模式利用Baldwin-Lomax代数模式。计算例子包括二维平板、机翼剖面、扁椭球、颅动脉瘤等。计算结果表明,压力和摩擦系数与实验符合,在分离涡旋区计算值与实验有差别,这或许是由于湍流模式不够精确的缘故。

不可压缩流的晶格玻耳兹曼模型的讨论

从分析研究"计算流体动力学"(CFD)的有关实验数据出发,讨论不可压缩流的晶格玻耳兹曼模型.内容包括:不可压缩流的Navier Stokes方程、稳定流(Poiseuille流)、不稳定流(Womersley流).

基于天然气管网的可压缩流模型与应用

基于天然气管道网络的实际数据,通过改进的最小费用流规划模型,提出并构建了一种“以销定产”的天然气管网优化输送模型,并计算得出优化输送方案。研究过程发现,“近似模拟”和“类比优化”是一般常用的两类可压缩流优化方法,计算结果表明了应用规划模型解决可压缩流问题的有效性,同时也有别于一般常用方法。

用可压缩流涡方法模拟叶轮机动静叶的相互作用

本课题组发展了一种扰动涡方法,用以研究叶轮机内动、静叶相互作用[1,2]。其优点是物理图画清楚,计算收敛快。它采用了一个重要假设:扰动胀量为零,从而大大简化了计算过程。文章的目的是研究此假设的影响,并取消此假设,使扰动涡方法建立在完全严格的数学基础上。由于取消了“扰动胀量为零”的假设,需要耦合求解扰动质量方程、扰动涡量输运方程和扰动能量输运方程。这是文章与文献[1,2]的主要区别。文献[1,2]对NASA67压气机第一级内由于动、静叶间的相互作用引起的非定常流动过程作了数值模拟,并与试验结果作了对比。文章也作了同样的算例,以研究扰动胀量为零的影响。数值模拟结果表明,在引入了扰动胀量后,用扰动涡方法模拟动静干涉仍保持较好的收敛性和收敛速度,且与试验的符合程度更好。文章强调指出,即使对于非定常可压流,为满足无渗透边界条件所需的运动分量也是用椭圆类的拉普拉斯方程描述,而不是用双曲类的方程描述。“扰动胀量为零”

求解可压缩流动的低耗散E-CUSP迎风格式性能分析

采用对比分析的方法,对求解可压缩流动的低耗散E-CUSP(LDE)迎风格式的性能进行测评,目的是进一步更好地将其用于分离涡数值模拟。对比格式采用广泛使用的Roe格式。控制方程为Euler和雷诺平均Navier-Stokes方程耦合Spalart-Allmaras一方程湍流模型,采用全隐式无分裂Gauss-Seidel线松驰时间推进方法。结果表明,LDE格式具有强的捕捉激波能力,计算结果与Roe格式一致,和实验数据吻合良好。相对于Roe格式,LDE格式具有较快的收敛速度。

视频压缩流简化帧处理中若干问题研究

数据压缩技术主要用于减小视频数据的大小 ,以满足存储和传输的需要 ,但现有的图象处理技术必须先将视频压缩流完全解压后才能进行处理 .本文讨论了不需要完全解压缩或仅需很小的解压就能直接对视频压缩流进行处理的方法 ,例如 MPEG压缩视频流中 P帧和 B帧以及常用的压缩域处理方法以及存在的问题 ,最后证明了在半象素运动矢量情况下 MPEG简化帧抽取的准确性问题 .视频压缩流在压缩域处理的特点是不仅减少了解压缩所需要的计算时间 。

实时MPEG-2压缩流分析仪的设计

在分析压缩视频流结构的基础上,设计高性能软件解码器内核和可视化界面,实现一个实时MPEG-2视频码流分析仪。它是视频编码研究、质量分析的理想辅助工具,此方法也适用于其它基于运动补偿/DCT框架的压缩码流分析仪的设计。

有限雷诺数情况下微槽道可压缩流动滑移流模型稳定性的数值模拟

通过对微槽道一阶滑移流模型稳定性的理论研究,发现在不可压缩流和雷诺数趋于零的情况下,当Knudsen数Kn大于1 9时,会出现不稳定现象.这一理论结论在可压缩流和有限雷诺数情况下是否成立,尚不清楚.采用成熟的计算方法,用数值计算来研究可压缩流和有限雷诺数情况下一阶滑移流模型的稳定性,发现随着雷诺数的减小,不稳定的临界Knudsen数也不断减小,逐渐趋近于在不可压缩流和雷诺数趋于零的情况下得到的理论分析结果.