一种求解不可压N-S方程的非结构化网格方法

将Date压力修正算法推广到非结构化网格中来处理压力与速度的耦合,用具有二阶精度的迎风最小二乘格式离散对流项,用梯度投影法离散扩散项,得到了一种在非结构化网格上求解N-S方程的同位网格法.它充分利用了单元梯度,避免了利用顶点信息计算交叉扩散通量的麻烦,所有界面速度都采用线性插值,克服了Rhie＆Chow动量插值法的缺点.算例表明,该算法精度较高且健壮稳定,收敛特性也比较好.

带有库仑力可压缩磁流体方程组的衰减估计

在假设密度有上界的情况下,对带有库仑力的多维可压缩等熵磁流体方程组构造出了一个李亚谱诺夫能量函数,并证明弱解在L2范数下指数趋于平衡态.

旋转坐标系N-S方程无网格/网格混合算法

为了模拟涡桨发动机等绕固定轴旋转的桨叶流场,发展了一种求解旋转体非定常黏性绕流的无网格/网格混合算法。算法基于求解旋转坐标系纳维尔-斯托克斯方程展开,避免了旋转角速度特征物理量的插值运算;计算域采用整体网格和物面附近局部无网格离散,通过引入无网格和网格对偶点,实现了混合算法绕流信息的跨区交换,并给出了一种对偶点调整选取的方法;基于无网格点云空间导数逼近方法离散控制方程,并结合隐式LU-SGS算法,给出了混合算法求解非定常问题的双时间步隐式推进格式。结果表明:所提算法通过2维振荡翼型非定常绕流、旋转圆柱黏性绕流和模拟发动机桨叶旋转运动的3维悬停旋翼绕流进行了考核,所得升力系数等重要气动数据的变化趋势与文献试验或计算值一致,典型截面处所示的激波强度和位置亦与文献值吻合,展现出算法在模拟旋转部件绕流问题方面具有广阔的工程应用前景。

轴流压气机转静二维非定常薄层N-S数值模拟

采用非定常薄层Navier Stokes紊流运动方程来描述一跨声轴流压气机中径处的二维转 静非定常流场 ,速度脉动的相关分析表明转子尾迹对静子的势流流场几乎没有什么影响 ,而粘性的影响取决于叶片排之间的轴向距离。

基于GPU带有复杂边界的三维实时流体模拟

在GPU(graphicsprocessingunit)上求解了复杂场景中的三维流动问题,充分利用了GPU并行能力以加速计算.与前人的方法不同,该方法对于边界条件的处理更为通用.首先,通过在图像空间生成实心的剖切截面构成整个障碍物信息图,算法使得流体计算与整个几何场景的复杂度无关,通过对各体素进行分类并结合边界条件,根据障碍物形成修正因子来修改对应的值;另外,采用更为紧凑的数据格式,以充分利用硬件的并行性.通过将所有标量的运算压缩到纹元的4个颜色通道并结合平铺三维纹理,减少了三维流场计算所需要的绘制次数.实验结果显示出算法的有效性和高效率.该算法可以实时计算并显示一个采用中等规模离散的复杂场景.

多级火箭级间分离流动特性的数值模拟

针对某型号研制提出一种级间分离设计方案 ,从三维薄层近似N S方程出发 ,对多级火箭级间分离发动机喷流与超声速外流形成的复杂流动进行了数值模拟 ,比较了栅栏构架和排焰孔两种设计方案级间段流场 ,从流动形态分析三维排焰孔模型更为稳定。研究给出不同分离距离下火箭的轴向力系数 ,发现在较近分离距离内 ,后体受到的作用力随距离不是单调减小 ,与分离喷流参数有密切关系。

大小叶片轴流压气机转子流动特性分析

采用全三维粘性数值模拟手段 ,通过与按常规设计转子对比的方法 ,分析研究了大小叶片轴流压气机转子流动特性。分析结果表明 :大小叶片转子流场在叶根亚声速区的流通能力增强、在叶尖跨声速区可以产生更加有利的激波体系 ;小叶片可以有效地控制叶栅槽道中气流扩散 ;在较高负荷和相同喘振裕度的条件下 ,大小叶片转子可以比按常规设计的转子在更高的压比。

分离流动对矢量喷管性能的影响

采用有限体积法计算了轴对称矢量喷管三维粘性流场,通过改进人工粘性及其边界条件提高了计算的收敛性和数值模拟的精度。利用数值模拟研究了矢量喷管的分离流动对矢量推进性能的影响,通过同实验结果对比,验证了数值模拟的精度。研究表明,分离流动对矢量喷管的性能参数尤其是有效矢量角具有较大影响。

斜切喷管欠膨胀超声速射流的数值模拟

采用三阶MUSCLTVD格式解三维可压缩平均雷诺纳维尔 斯托克斯方程组,湍流模型为Spalart Allmaras代数模型,数值模拟了两种斜切角喷管在喷口压比为2 0,2 8,3 4和4 0条件下的欠膨胀超声速射流场,获得了射流场流谱和参数分布,计算结果和实验数据符合良好,并给出了喷管斜切角和喷口压强比与射流偏转角和扩张角的分布曲线。

前缘对进气道性能影响的数值模拟

应用质量平均的N—S方程和B—L代数湍流模型,在不同压缩面前缘半径条件下,对高超声速进气道的 流场进行了数值模拟,对比研究了进气道压前缘半径对流场结构及性能的影响。在计算过程中,对方程中的对流项 采用了空间为二阶精度的TVD格式,扩散项则采用了二阶中心差分离散。

微射流作动器外流场数值模拟

采用隐式高阶紧致差分格式结合 Beam- Warming近似因式分解法求解全 N- S方程 ,对二维、粘性、非定常、可压微作动器外流场进行数值模拟。内置似牛顿子迭代用来消除因近似因式分解、线性化、显式边界条件及隐式一边采用低阶空间离散所带来的误差 ,以提高精度。隐式高阶紧致差分格式具有高的精度和强的稳定性。与其它人工粘性方法相比 ,隐式高阶数值过滤方法 ,尤其对马赫数很低的流场计算有明显优越性。计算结果揭示了微射流的特点及其产生、发展与耗散的过程。

某型导弹尾喷流形状的数值模拟

从三维薄层近似N-S方程出发,采用ENO差分格式,对某型导弹尾流场进行了数值模拟。计算模拟了飞行马赫数Ma=0.8～1.6,海拔高度H=2km～15km,燃烧室总压为20MPa和40MPa条件下导弹的尾流场。计算结果表明与飞行速度相比,海拔高度和燃烧室总压对尾流宽度有显著影响。通过对流场结构的分析与测量,建立了尾流宽度与上述参数的拟合公式,为工程估算这一类型导弹尾流影响边界提供参考。

微射流作动器三维外流场数值模拟

采用有限体积法求解Faver平均N S方程,对三维、粘性、非定常、不可压微作动器外流场进行数值模拟。计算结果揭示了微射流产生、发展与耗散的过程,和实验中观察到的现象比较吻合。旋涡对沿展向的不稳定性是涡环破裂、旋涡对的相干性消失的主要原因。二次涡的发现为以后研究微射流旋涡对的细微结构打下良好的基础。

涡轮级叶片弦向弯曲与周向弯曲的应用研究

通过对涡轮叶片弦向弯曲与周向弯曲各自机理的分析并结合实际的设计经验和数值模拟方法 ,对涡轮级静叶采用弦向弯曲和周向弯曲所应该各自遵循的设计原则进行了研究 ,结果表明两种弯曲规律均可以控制叶栅的二次流动 。

带有结构刚度非线性的跨音速翼型颤振特性研究

以非定常纳维尔 -斯托克斯方程为主管方程 ,计算翼型振荡的瞬态非定常气动力 ,并与带有结构刚度非线性的颤振方程耦合求解 ,用时间推进的方法 ,计算了带有结构刚度非线性的结构响应特性 ,及带有三次型刚度和间隙型刚度非线性的跨音速翼型颤振特性。计算研究表明 ,由于同时具有结构和气动非线性 ,导致了振荡极限环极为复杂的特性。

轴对称阶梯型面管道内流场数值分析研究

文中的控制方程为雷诺平均的可压缩纳维尔 -斯托克斯 (Navier-Stokes)方程 ,湍流模型采用k-ε两方程模型 ,为二阶迎风格式。该文数值模拟了 3种收敛—扩张—圆管复杂型面管道内流场 ,得到了流场结构变化规律。研究表明 ,在喷管后端 ,由于圆管存在 ,会使喷管效率降低 ,表现为圆管出口的流体速度降低 ,压力增高。计算分析显示 ,通过调整喷管几何形状和降低扩张比 ,使喷管出口处压力增大、出口面积减小 ,可以达到降低推力损失的目的。

含裂纹固体推进剂装药的内流场数值模拟

利用"N S方程+粒子仿真"方法来计算含裂纹翼柱型装药内流场。计算结果表明:环形裂纹内的流动对主流的影响大于纵向裂纹,环形裂纹内上游位置流动对主流的影响较下游位置的大,并可保持到喷管喉部,翼槽附近环形裂纹内的流动对主流的影响相对较弱。

微射流改变绕流圆柱气动性能的数值模拟

采用有限体积法求解Faver平均N-S方程,对微射流改变绕流圆柱的气动性能进行数值模拟。计算结果显示了在微射流作用下绕流圆柱的气动性能发生改变,揭示了微射流产生的低压回流区是绕流圆柱气动性能发生改变的根本原因,该结果和文献[1]中实验观察到的现象比较吻合。

三维多段机翼复杂流场的计算和分析

采用中心差分的有限体积方法和分区技术求解了N S(Navier Stokes)方程 ,在分区求解技术中采用了满足通量守恒的内边界耦合条件 .分析讨论了三维襟翼的绕流流场 ,对“剪刀差”处的三维分离进行了探讨 ,初步揭示了绕流的主要特征及对附近物面压强的影响 .同时 。

关于流体力学方法论问题

力学是以实验为基础的科学.流体力学中绝大多数重要的概念和原理都源于实验.对于流体力学问题,数值模拟与物理实验的本质区别并未消失;数值模拟不能代替物理实验,大规模数值模拟的结果仍需由巧妙设计的物理实验来检验其正确性.