基于Euler方程的三维自适应笛卡尔网格应用研究

本文采用非结构自适应笛卡尔网格和有限体积法求解了三维Euler方程。在网格生成过程中,采用了基于模型几何数据、模型表面曲率和流场特征为基础的网格自适应生成及加密方法,采用模型特征恢复技术保证了计算模型与原始外形的一致。在计算中,将以中心差分为基础的Jameson有限体积法在三维笛卡尔网格中进行了推广。本文中对导弹、歼击机等复杂问题进行了数值实验,计算结果与风洞实验结果符合良好,并在工程实际中成功应用。

基于有限体积格式的自适应笛卡尔网格虚拟单元方法及其应用

基于自适应笛卡尔网格,结合虚拟单元方法处理浸入边界,发展了一种有限体积格式实现模式,数值模拟了二维无粘可压缩流动。本文发展的方法相对于传统的有限差分方法具有执行效率快,易于获得守恒性等优点。最后,利用一些标准算例和多物体流场的计算问题验证了算法的有效性。

自适应笛卡尔网格超声速黏性流动数值模拟

复杂外形/流场的高质量网格的生成往往需要占用大量人力资源,而自适应笛卡尔网格方法能够自动化生成高质量网格,具有很好的工程实用价值和应用前景。基于笛卡尔网格方法,采用叉树数据结构进行数据的存储和访问,分别从几何特征和流场解特征出发进行网格的自适应加密和粗化,发展了一种二维情况下自动、高效的自适应笛卡尔网格生成方法。从浸入边界方法出发,结合虚拟镜像对称方法和曲率修正技术进行黏性物面边界条件的处理,同时建立了多值点问题的处理技术,发展了一种在笛卡尔网格下可有效模拟黏性物面边界条件的方法。针对自适应笛卡尔网格非均匀的特点,发展了悬挂网格的处理方法,并构建了适用于自适应笛卡尔网格的黏性数值求解器。通过典型算例的考核,验证了所发展的自适应笛卡尔网格生成技术和构建的数值求解器具有较高的精度和可靠性。

可压缩粘性流动笛卡尔网格虚拟单元方法研究

以二维高雷诺数可压缩粘性流动问题为背景,提出了一种全新的笛卡尔网格虚拟单元方法。基于壁面函数基本假设,构造了壁面函数-虚拟单元方法(WF-GCM),用于定义湍流壁面边界条件。引入参考点的概念计算虚拟单元上的基本变量与湍流变量值,定义了"非贴体"笛卡尔网格下的湍流壁面边界条件,并通过壁面函数模型修正近壁面单元与界面单元。基于自适应笛卡尔网格体系,采用发展的具有二阶精度的格心格式有限体积求解器,数值模拟了跨音速RAE2822翼型绕流问题与超音速圆柱绕流问题,计算结果与实验值吻合良好,显示了WF-GCM对高雷诺数可压缩粘性问题是有效的。

基于自适应笛卡尔网络之三维标模气动特性的数值模拟

应用CAD建立M6机翼、ACARD-B1标模的几何模型，应用基于自适应笛卡尔网格的CEMCFD431和CART3D平台对上述两个模型进行了亚、跨、超三音速流场的数值模拟：对欧拉方程用有限体积法进行离散，运用自动及人工干预网格细化、多重网格技术的加速收敛、选用五步RUNGE-KUTTA时间推进格式，计算得到两个模型的有关气动特性，结果与中航气动院FL-1风洞的试验结果以及由Schmitt和Charpin的试验结果作对比，两者吻合较好。

基于GKS理论与笛卡尔网格的旋翼流场数值研究

直升机的旋翼气动力模型之所以比固定翼的复杂,体现在其许多参数都是非定常的,如直升机的旋翼升力和相对气流的速度大小、方向以及桨叶的切面迎角密切相关,即使直升机在定常飞行状态下,这些因素也是随时间发生变化的。现有的欧拉方程法在模拟运动的旋翼运动时,受到网格及其变形等的诸多限制,并不能精确地模拟旋翼的实时运动,因此,本文依据Boltzmann方程,运用GKS理论,采用笛卡尔自适应网格技术来实现翼型位置的实时变化,对NASA12翼型进行运动分析,最终获得旋翼的模拟结果。通过分析模拟结果,即翼型的宏观特性,翼型的升力以及旋涡等的分布,并将数值模拟结果和经典的试验结果进行对比。对比结果表明,整体模拟结果和Caradonna-Tung试验结果误差很小,因此,本文的方法能够较为精确地模拟直升机翼型的运动。

笛卡尔网格下不同湍流模型的壁面函数方法研究

自适应笛卡尔网格湍流模拟时,网格数目呈雷诺数的指数方量级增长,带来网格规模“灾难”问题。壁面函数方法可以将壁面第一层网格尺度放宽1~2个量级,是有效的解决办法之一,然而,由于笛卡尔网格的非贴体特性,壁面函数的实现及其与不同湍流模型的匹配是关键。针对这一问题,从经典的Spalding壁面函数出发,采用显式赋初值的方式,解决了壁面摩擦速度迭代求解初值敏感及分层壁面函数速度不光滑问题;基于切应力恒定的壁面条件,构造了多层虚拟网格的切向速度和湍流粘性系数,实现了笛卡尔网格下的壁面函数方法;采用结构系综理论,通过DNS数据标定,构造了湍动能随湍流粘性比率变化的关系式,实现了壁面函数与KDO湍流模型的匹配,并以平板T3b、湍流凸包和跨音速NACA0012翼型绕流为算例,与常用的SST、SA湍流模型壁面函数方法进行了对比分析。结果表明:该文提出的KDO湍流模型壁面函数法准确、可靠,且因其形式简单、计算量相对较小,有较大的推广应用价值。

计算风工程中的网格技术对比研究

通过对比风工程数值模拟中可供选择的各种网格技术,深入分析了几种网格各自的特点。结构网格与非结构网格的优缺点基本是对立互补的,混合网格技术代表了当前和未来网格技术的主要发展趋势。自适应笛卡尔网格自动化程度高,对于各向同性流动问题极具优势。由于目前从事计算风工程的专业人员网格生成能力较差,自适应笛卡尔网格特别适合于风工程的低速复杂湍流问题的模拟。

武器内埋式飞行器空腔流动流场数值模拟研究

本文采用有限体积法、中心差分离散格式、五步Runge—Kutta显式时间推进、应用人工粘性及多项收敛技术，基于自适应笛卡尔网格解算Euler方程的方法，对绕流此类飞行器的空腔流动的流场进行数值模拟，并且进行了初步分析与探讨。