基于参数化降阶模型的非线性气动弹性高效分析

针对非线性气动弹性分析时需要在时域求解多个流场参数条件下结构运动方程而造成的计算消耗过大的问题,提出了一种适用于参数变化时非定常流场高效计算的参数化降阶模型,不仅可以应用于计算机翼等结构的总体气动力还可以得到每个时刻的结构表面的流场数据分布,并成功应用于典型机翼的跨声速颤振边界的计算,大大地提高了计算效率.结果显示,单流场条件时降阶模型的计算速度比直接使用时域分析方法提高了3倍;在计算多流场参数条件下,参数化降阶模型相比于使用单流场降阶模型计算速度提高了3.5倍,相较于时域分析方法提高了10倍.

离散速度方法及其在跨流域问题中的应用研究进展

往返大气层跨流域飞行器的气动力和气动热计算一直是当前流体力学研究的难点和热点之一。由于该类飞行器面临的流动场景不再是单一的连续流或稀薄流,采用Navier-Stokes方程求解器或DSMC方法均不能获得全流域的准确结果。近年来,以不依赖于连续性假设的Boltzmann模型方程为基础,通过在位置空间和速度空间同时离散求解该方程,实现了跨流域问题的统一求解。本文对该类算法的研究进展进行回顾和分析,着重介绍气体动理论统一算法(Gas kinetic unified algorithm,GKUA)、统一气体动理学格式(Unified gas kinetic scheme,UGKS)和改进离散速度方法(Improved discrete velocity method,IDVM)3种数值途径,分析它们的基本假设和实现方式,关注它们目前取得的进展和应用情况。同时,本文还将IDVM进一步扩展到非定常情形,以便用于非定常跨流域问题求解。最后,本文对该类算法存在的一些问题进行讨论,期望在后续的研究中能予以解决。

运载火箭热分离仿真参数化建模及动网格技术研究

针对多级火箭级间热分离过程的特点,提出了三维模型参数化建模及分离仿真过程中的动网格技术。通过提取级间分离模型的主要设计参数变量,在此基础上构建参数化网格模型,使得仿真模型能够适应设计变量变化,从而实现自动化快速建模,同时在仿真过程中采用弹簧近似光滑法和局部重新划分法的动网格技术,实现了动态分离过程仿真并对仿真结果进行了分析。

基于UDF二次开发黏弹性流体数值研究

针对目前工业上对黏弹性流体数值模拟计算存在计算复杂、收敛状况较差等缺点,课题组基于商业软件FLUENT中二次开发模块UDF,提出了一种基于FLUENT软件核心求解器数值计算黏弹性流体流场的程序编制方法。该编程思路及方法具有普适性,可被推广至具有不同本构关系的黏弹性流体的数值计算。课题组通过多个实例验证了该编程方法的可行性及所编制程序的可靠性,同时提出了"定常问题的非定常化计算"的数值计算方法以提高黏弹性流场数值计算的稳定性与收敛性。结果表明:使用此种方法不仅具有计算方便、可靠等优点,且可以实现不同种类黏弹性流体模型的数值模拟研究。选用合适的时间步长、定常问题非定常算法可以有效加快收敛速度,增强收敛的稳定性。