一种适于多级粘性计算的三维网格生成方法

给出了一种适于多级叶片机粘性计算的三维网格生成方法．通过对Ｎ．Ｓ方程求解对网格特殊性要求的分析，给出了几种形式的网格在多级计算中的优缺点，发展了一种代数法与微分方程求解相结合的网格生成技术．采用本方法生成的网格在壁面附近具有Ｏ 型网格的特点，而网格的拓扑结构确是Ｈ 型的，因此该种网格不但可以方便地在级间施以加密技术，以对该区域流场进行精细描述，而且该方法可以保证网格在壁面的正交性，以及网格在近壁区域的任意划分，保证了边界条件在壁面得以准确而简单地实施，减少了壁面附近由于网格畸变所带来的数值扩散效应．同时将求解网格的Ｐｏｓｓｉｏｎ 方程的简化为方程，避免了由于源项控制不当而造成网格质量降低的问题．

面向粘性绕流计算的二维混合网格生成算法

针对粘性绕流计算,研究一类边界层网格和非结构网格同时生成的混合网格生成算法。在计算域内生成非结构网格,向内部移动非结构网格,空出的空间填充边界层网格。采用在凸角点处增加或在凹角点处合并推进方向,提高了边界层网格质量及正交性。提出结合粗化网格算法的优化策略,优化非结构网格。网格实例结果表明,该算法可保证非结构网格单元的质量,满足实际分析的需要。

基于库仑理论的粘性土主动土压力的计算

本文以库仑理论为基础,对粘性土主动土压力的计算提出了一种较为简便且适用面较广的办法。

DARPA2潜艇模型非定常流动粘性流场和水动力计算

采用基于非结构化网格的有限体积法数值求解非定常的DARPA2潜艇模型粘性流场和水动力,应用动网格技术处理含有动态边界问题的非稳态运动状态,通过调整边界条件和部分松弛因子,使初始流场变量达到收敛精度,并采用编译的UDF对模型运动进行定义。为了得到较好的非定常结果,需要对初始流场进行讨论。用model-1对实验数据的拟合效果较好,数值计算结果稳定。要取得与实验一致的模拟效果,由实验中的不确定因素产生的误差是需要加以考虑的进行非定常数值模拟。

椭球体定常流动粘性流场和水动力计算方法研究

潜艇等水下航行体粘性流场和水动力对其操纵性预报至关重要。而潜艇等水下航行体作操纵运动时,其水动力主要集中在主体部分,因此主体水动力预报的准确程度备受关注。6:1椭球体类似于潜艇等水下航行体的主体,对其流动预报的结果可以间接检验数值计算模型对潜艇等水下航行体操纵性预报的能力。论文应用CFD软件对6:1椭球体水动力进行数值模拟。采用基于非结构化网格的有限体积法离散控制方程和湍流模式,对流项采用二阶迎风格式,速度-压力耦合采用SIMPLE方法处理,得到6个攻角的水动力数值计算结果。综合比较5种湍流模型对椭球体的水动力数值计算结果,并且分析了不同计算域,不同网格密度等对数值计算结果的影响。结果表明:SA和SST模型具有较好的计算效果,并且认为以牺牲1.5%网格密度相对偏差换取百万网格的代价值得考虑。论文的计算结果和结论为后续湍流模式、计算域范围和网格密度的研究提供了参考依据。

适应复杂外形的三维粘性混合网格生成算法

提出一类适应复杂外形的粘性混合网格生成算法。表面网格由前沿推进三角形曲面网格程序获得,边界层布置各向异性的三棱柱体网格,远物面区域采用Delaunay方法生成四面体网格。针对模型的复杂几何特征,综合采用了各种网格处理技术,以保证边界层网格的质量,并避免算法失效问题。网格实例及计算结果表明了本文算法的实用性及和效性。

带楔形扩压器的跨声速离心压气机设计及内部流场计算

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统设计了带楔形扩压器的跨声速离心压气机。采用混合平面法对设计的跨声速离心压气机叶轮和扩压器内部流场进行了三维粘性计算,给出了叶轮和扩压器内部的计算结果。计算结果表明,在流量为2．45 kg/s工况下,压气机压比为6．22,压气机总效率为75％,叶轮内部出现典型的二次涡系结构。扩压器内的流场参数分布表明,扩压器前缘出现激波,在楔形扩压器内存在复杂的涡系结构,二次流动涡在扩压器内部经历了一个发生、发展和消失的过程。

离心压缩机级内三维粘性流动数值分析

本文介绍了用时间推进法进行离心压缩机级内全三维粘性流场的计算方法．该方法是作者在已完成的求解孤立叶排Ｎ－Ｓ方程的计算程序的基础上发展的，通过使用周向非均匀的叶排间隙混合平面概念来考虑离心叶轮与扩压器之间的相互影响，并依据质量守恒原则，对下游的进口气流角进行了修正，以保证了上下游叶排在相容的流动特性下工作．完成了离心压缩机级（包括叶轮与扩压器）三维粘性定常流场的计算及性能预测．应用本文所发展的程序，对某高炉鼓风机的叶轮及其叶片扩压器进行了计算．

轴流压气机级内三维粘性流动的数值模拟

考虑轴流压气机中实际气流沿径向和周向都不均匀的特点,采用亚松弛方法改进传统的混合界面模型,发展了轴流式压气机级内全三维粘性流场的数值计算程序,并以某轴流式双排对转压气机的进口导叶/转子为研究对象,将本文发展的程序与商用NUMECA软件的结果进行对比,对本文发展的程序进行了验证。对比结果表明:由于混合界面法引入了"人工掺混",商业软件计算得出的总压在通过交界面时存在一定的总压损失,而自编程序计算结果保证了总压在交界面处的一致性。流场分析结果表明:该转子叶片在设计工况下处于负攻角状态,在导叶出口轮毂处、压力面50%弦长处、吸力面靠近尾缘处均出现了轻微的流动分离现象。

激波管实验和果冻实验界面不稳定性数值计算

运用算子分裂技术,增加二阶空间中心差方法和两步Rung-Kutta时间推进方法计算动力学粘性以及热流部分对流场的影响,将可压缩多介质流体动力学高精度欧拉计算方法MFPPM发展到适用于NS(Navier Stokes)方程的可压缩多介质粘性流体计算方法MVPPM。通过与界面不稳定性实验结果的比较,来检验计算方法的正确性,并验证计算程序的有效性。主要包括一个激波管实验和两个果冻实验,即英国AWE(Atomic Weapons Establishment)激波管实验和LLNL实验室的果冻环实验以及中国工程物理研究院流体物理研究所冲击波物理与爆轰物理实验室进行的爆轰驱动下单层果冻界面不稳定性实验。研究结果表明:数值模拟结果与实验测量结果以及对应时刻的实验图象均吻合较好。

求解跨音速粘性流反问题的有限体积法

In this paper a finite volume method for solving inverse problem of transonic viscousflow is preseflted. The method is based on a timermarching finite volume method and apressure residual correction formula. The residual correction formula is an auxiliary partialdifferelltial equation that is solved for incremental changes in surface coordinates duringeach computational cycle. In the paper a transonic turbine cascade was calculated anddemonstrated. The inverse solution was agreed with the target well.

叶片弯曲程度对离心压气机性能的影响

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统设计直叶片、正弯叶片和反弯叶片3种离心压气机叶轮.对具有不同弯曲程度的叶轮内部流场进行三维粘性计算,给出了不同弯曲程度的计算结果,比较了进口中间叶高处具有1.5mm正弯和反弯叶形叶片压力面和吸力面上的熵分布.计算结果表明,进口正弯叶轮绝热效率略高于进口反弯叶轮的绝热效率;出口正弯和出口反弯叶轮绝热效率基本相同;叶形弯曲对小型离心压气机叶轮效率影响很小.

两个离心压气机叶轮的设计与性能比较

采用离心压气机计算机辅助集成设计系统,设计了两个不同子午形面和叶片角的离心压气机叶轮.对这两个离心压气机叶轮内部流场进行了三维粘性计算,给出了计算结果.计算结果表明,在一定范围内,降低叶片轮缘-轮毂方向的负荷可以提高叶轮效率,后加载方式可以改善离心压气机叶轮性能.叶轮进口尺寸相同的情况下,子午形面和叶片角的变化对叶片负荷分布有较大影响.

离心压气机内部非定常流场的数值模拟

应用NUMECA软件对跨声速离心压气机级动静叶相互干涉形成的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,给出了不同时刻叶片表面压力系数的变化曲线,不同时刻不同流向位置截面上速度沿流道宽度方向分布的变化曲线.模拟结果表明压力场和速度场的非定常特性主要表现在叶轮出口、径向间隙以及整个扩压器内.压力面上的非定常现象较吸力面上显著.

波能装置与浮式防波堤集成系统的水动力性能

为了研究波能装置与防波堤集成系统的发电与防波性能,使用粘性计算流体动力学软件Star-CCM+建立了二维数值波浪水槽模型。对比方箱在水槽中垂荡运动的实验结果,验证了数值模型,使用该模型研究了动力输出装置的阻尼为最优的情况下,方箱形、Berkeley-Wedge形、三角形和三角加挡板形4种不同底部形状对浮子防波性能和发电性能的影响。结果表明:浮子形状不对称的集成装置的防波和发电性能都要优于浮子形状对称的集成装置;三角加挡板形浮子的性能优越,具有成为理想的海岸保护与波能转换装置的巨大潜力。

CFD在潜艇外形方案比较中的应用

以水滴型潜艇为母型进行改造,提出了新型椭圆截面和碟形截面的潜艇外形设计。水滴型潜艇的型值选用“大青花鱼”号的简化型值,在船长与排水量不变的条件下通过改变截面形状给出了后两种新艇型的型值,建立了计算模型。采用有限体积法求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程数值模拟了三种艇体周围的粘性流场,通过对三者的粘性绕流和阻力性能的比较,给出了三种方案各自的优缺点。

圆碟形潜水器阻力性能研究

提出了一种新型碟形潜水器外形设计.在三维贴体坐标系下,采用有限体积法求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程,使用标准k-ε湍流模型实现方程的封闭,数值模拟了艇体周围的粘性流场.通过对不同雷诺数下的粘性绕流和阻力性能的研究,并与水池实验结果相比较,证明了数值计算在潜水器阻力性能研究方面的应用价值.

N-S EQUATION CALCULATIONS ON MULTI-ELEMENT AIRFOILS WITH ZONAL PATCHED GRIDS

For a complex flow about multi-element airfoils a mixed grid method is set up. C-type grids are produced on each element′s body and in their wakes at first, O-type grids are given in the outmost area, and H-type grids are used in middle additional areas. An algebra method is used to produce the initial grids in each area. And the girds are optimized by elliptical differential equation method. Then C-O-H zonal patched grids around multi-element airfoils are produced automatically and efficiently. A time accurate finite-volume integration method is used to solve the compressible laminar and turbulent Navier-Stokes (N-S) equations on the grids. Computational results prove the method to be effective.

基于商用CFD软件的乘波体气动外形设计方法研究

乘波体设计在超声速和高超声速飞行器设计中已经得到广泛应用,但具体设计方法仍有值得探讨之处.本文针对乘波体的工程设计,探讨了一种基于粘性流场计算的简便设计方法.这种方法以商用CFD软件为工具,首先生成锥形体的超声速粘性流场,然后采用最大压强梯度单元确定激波位置,再用圆柱面相交的方式得到乘波体上表面,利用圆柱面与激波的交线为前缘线,通过流线追踪得到乘波体的下表面,最终得到乘波体构型.本文将所用激波定位方法与存在精确解的无粘锥形流场的计算结果进行了对比,验证了该方法的可靠性.然后以马赫数M=3,设计飞行高度H=15km为设计条件,利用本文提出的方法对其气动性能进行了数值模拟和分析,并特别研究了气动性能随马赫数M和攻角的变化规律.结果表明,利用本文方法所设计的乘波体在设计点和非设计点处都具有良好稳定的气动性能.由于整个设计过程均使用现有商用CFD软件完成,既减少了自行编程所花费的时间,又具有良好的通用性,因此便于在以后的乘波体研究和工程设计中推广.

高耐波性单体船新构型及阻力性能分析

以某千吨级圆舭船型为母型生成两种深V型主船体,在此基础上应用减纵摇组合附体技术生成高耐波性单体深V复合船型。对这两种概念构型分别设计不同形式、不同尺寸的附体形成多个船型,从中优选阻力性能最优的方案。采用RANS方法对复合船型的绕流场进行计算,得到各方案的静水阻力,模型试验结果表明半潜体的形式和尺度对复合船型的静水阻力有较大的影响,采用上下表面非对称形式半潜体比上下表面对称的回转体形式半潜体具有更优的阻力性能。