高压SF_6断路器总变差减小方法流场求解研究

该文在对高压SF6 断路器气流场N S方程和k ε方程求解研究的基础上 ,根据边界层理论 ,将断路器复杂的流场问题分为边界层内及边界层外两个区域 ,并提出采用中心差分格式和改进的总变差减小方法分别进行求解的新方法。通过对 5 0 0kV单断口SF6 断路器跨音速、可压缩、复杂流路、变边界条件的气流场求解 ,证明本方法具有较准确的激波捕捉能力和高分辨率的流场求解能力 ,可以较准确地描述断路器气流场中气流参数的分布及变化规律 ,为更有成效地进行高压断路器开断过程的仿真研究及理论分析奠定基础。

双曲型线性方程三阶和四阶TVD格式的新构造

利用 Taylor级数理论和总变差减小 ( TVD)格式的充分条件构造了时间二阶、空间五点三阶和四阶新 TVD格式 .给出了新 TVD格式与传统 TVD格式及近期建立的二阶新 TVD格式用于线性双曲型方程的计算结果 ,表明本文新格式特别是四阶 TVD格式具有比二阶新 TVD格式和传统 TVD格式峰值衰减更慢、间断更陡 ,而计算工作量具有与传统二阶

扩展型Boussinesq水波方程的混合求解格式

为高效求解扩展型Boussinesq水波方程,建立了基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。将一维控制方程写为守恒形式,方程中通量部分采用有限体积方法求解,剩余部分采用有限差分方法求解。其中,有限体积方法采用Godunov类高分辨率格式,并结合HLL(Harten-Lax and van Leer)式黎曼问题近似解求界面数值通量,黎曼问题界面左右变量通过高精度状态插值方法(MUSCL)构筑。有限差分方法则采用具有二阶精度的中心差分公式进行。采用具有TVD(Total Variation Diminishing)性质的三阶龙格-库塔多步积分法进行时间积分。对数值模式进行了验证,数值结果同解析解或实验数据吻合良好。

管道内高温火团诱导H_2-O_2-N_2爆轰波传播特性研究

为研究管道内H2-O2-N2爆炸特性,高温火团点火诱导的预混气体的爆轰形成过程及其流场变化,基于改进的全耦合总变差下降格式和简化的基元化学反应模型,建立可燃预混气体爆轰波传播过程的二维数值模型,模拟H2-O2-N2爆轰形成和传播过程,以及初始混合气体积分数比、点火温度对爆轰传播的影响。结果表明,点火初期燃烧加速形成的爆轰波发生反射,反射波不断向前移动。高温火团初始温度和压力越高,H2-O2-N2混合气燃烧加速形成爆轰所需的诱导时间越短;初始混合气中氢气与氧气的体积分数比接近2时,其爆轰波传播速度更快,波后压力更高。

大功率16缸柴油机采用相继涡轮增压系统的模拟计算与研究

作者新近开发了内燃机进排气系统一维非定常流动高精度计算模型有限体积法总变差减少 (Finite Vo-lume Method-Total Variable Diminish,简称 FVM-TVD)程序。为了适应对某 1 6缸大功率柴油机采用相继涡轮增压系统进行模拟计算与研究的需要 ,在 FVM-TVD程序的基础上 ,加入了相继增压系统、进排气旁通系统及高工况放进气系统的计算程序 ,利用此新编制的程序对该柴油机进行了模拟计算 ;其计算结果对该机何时启用相继增压系统、进排气旁通系统或高工况放进气系统提供了初步的预测 。

任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法

为提高S2流面计算方法对涡轮复杂几何的适应性和计算能力,详细推导了任意正交曲线坐标系下应用于流道中心S2流面计算的Euler方程,提出了任意曲线坐标系Euler方程S2流面的计算方法,发展了适用于三阶精度总变差减小的差分格式的数学模型,结合了隐格式时间推进、Riemann问题求解等技术。在应用于带弧形凸起的流道及某直叶栅气动参数计算,并对某三级低压涡轮进行性能预测的结果表明:所提方法对激波具有较高的捕捉精度,能够较准确地获得叶栅气动参数分布,且与实验结果吻合良好;对于多级涡轮总性能参数和气动参数分布均有较高的计算精度,是一种可为涡轮设计提供快速、可靠的计算方法。

一种径向基函数插值的ENO格式

将ENO格式和径向基函数插值相结合,提出了求解双曲型偏微分方程的径向基函数插值的ENO方法。该方法依据ENO思想建立自适应模板,在选定的模板上利用径向基函数进行逼近,能够很好地处理具有间断解的问题,消除间断点处数值振荡现象。以一维双曲型偏微分方程为例,对该方法进行了验证,并通过与多项式ENO格式比较,表明该方法更具有优势。

溃坝洪水演进的数值模拟

开发了溃坝洪水演进数值模型,对模型控制方程采用有限体积法进行空间离散,采用具有总变差减小特性的MacCormack预测-校正格式进行时间离散.采用非规则局部不连续网格划分计算区域,增强了模型对复杂地形的适应能力;具有总变差减小特性的数值格式使模型具备了强大的间断波捕捉能力,并消除了模型稳定性对人工黏性的依赖;基于单元属性与基于界面属性的动边界处理技术使模型能合理地模拟非恒定性强、干湿变动剧烈的水陆边界.实际算例表明:模型在强非恒定流状态下具有稳定性及守恒性,可作为溃坝洪水预报及其灾害防范的有力工具.

气体离心机支臂附近流场的数值研究

为研究气体离心机中取料支臂附近的流动状况,采用矢量分裂的有限体积法求解不同出流条件下的Euler方程。为了更好的捕捉激波,计算中采用二阶TVD(totalvariationdiminishing)原理。将支臂外部和内部的流动结合起来进行计算,主要讨论不同的工作状况是如何影响流场,特别是如何影响激波形状的。计算得到了不同工况下的流场分布图像。计算结果表明:不同的工况对流场的分布有很大的影响。当没有取料时,支臂前方形成强的脱体激波;随着背压的减小,激波的位置将向下游移动,在取料管内部形成激波;最终激波将在流场内消失,转变成弱的附着激波。

三维太阳风结构的Ulysses观测和MHD模拟的比较研究

Ulysses从1994年9月到1995年6月第一次对日跨极飞行期间,发现除赤道附近±20°的区域为300～450km/s的低速太阳风以外,其余为中高速太阳风,而在±40°以上为700～870km/s的高速太阳风,而且低速太阳风与高速太阳风之间的过渡面很陡本文用三维磁流体力学(MHD)数值模型对Ulysses在太阳活动极小期观测到的太阳风大尺度结构进行了模拟这一模型将计算区域分为1～22Rs和18Rs～1 AU两部分,并将具有总交差减小(TVD)特性的Lax-Friedrich格式和MaccormackⅡ型格式结合起来.我们根据太阳光球磁场的视向分量观测确定初始磁场,并在MHD方程组中加入体积加热项,进行三维MHD模拟数值结果再现了上述观测到的大尺度太阳风结构的主要特征,与Ulysses观测基本相符这一工作说明初始磁场以及体积加热可能控制着高低速太阳风的分布。

强旋转流场中的激波捕捉

为研究离心机内部的流动状况 ,采用矢量分裂的有限体积法对强旋转流场中激波进行计算。通过选用二阶总变差减小 (TVD)格式 ,很好地捕捉到了障碍物前方的激波。讨论了在不同气体介质及不同强度的旋转流场中障碍物对激波性质的影响。计算表明 :在障碍物附近 ,随着速度的升高 ,激波强度增强。激波在障碍物两侧有延伸 ,在侧壁高密度区域的激波强度在高马赫数时减弱 ;中心低密度区域由于存在回流 ,使得这一部分气体密度急剧升高。通过数值计算可以为离心机设计提供参考。