用双时间推进法求解非定常N-S方程的有关问题讨论

对于直升机旋翼绕流、飞机机动飞行等非定常问题 ,必须采用相应的非定常运动方程予以求解。而如何提高求解非定常运动方程的计算效率 ,一直是非定常计算中亟待解决的问题。针对这一问题 ,本文简要介绍了旨在提高求解非定常 N- S方程计算效率的双时间推进方法 ,并讨论了在应用双时间推进方法时不同物理时间求导精度、不同内迭代收敛标准、不同物理时间步长对计算结果和计算效率的影响。

采用非定常N-S方程的翼型颤振特性分析研究

以非定常 N- S方程为主管方程 ,计算翼型振动的瞬时非定常气动力 ,并与颤振方程耦合求解 ,用时间推进的方法 ,计算了结构响应特性。经多个算例计算 ,研究了颤振的临界速度随马赫数的变化规律以及极限环振荡等非线性特性。计算结果与其它文献计算结果吻合很好。

基于双重网格法的非定常N-S方程POD数值模拟

利用双重网格算法求解非定常Navier-Stokes(N-S)方程得到的数值解,采用最优正交分解(POD)方法对非定常N-S方程进行数值模拟.POD方法是从大量的实验数据中提取出标准正交的特征基函数,用这些基函数对非定常N-S流进行低阶近似,从而实现对流体的预测和控制.数值实验结果表明,该方法具有较好的可行性和高效性,可进一步应用到流体的优化控制和形状优化中.

非定常N-S方程的双重网格数值模拟

本文采用全离散双重网格算法(时间变量采用Eular全隐式格式离散,空间变量采用混合有限元离散),对非定常Nayier-Stokes(N—S)方程进行数值模拟。双重网格算法的基本思想是,首先在粗网格有限元空间XH上求解一个非线性问题,然后在细网格有限元空间Xh(h《H)上求解一个线性问题。数值实验结果表明:存保持几乎相同精度的前提下,双重网格算法比标准有限元算法节省近一半的计算时间,说明了新算法求解非定常N-S方程的可行性和高效性。

求解非定常不可压N-S方程的预处理方法

应用预处理技术 ,对不可压非定常N -S方程使用双时间推进法求解 .当沿物理时间层推进时 ,连续性方程和动量方程沿伪时间方向使用隐式线Gauss Seidel迭代法求解 ,对流项采用三阶迎风差分法离散 .通过对不同Reynolds数、不同深宽比下非定常驱动腔内流动的模拟 ,数值研究了预处理法计算非定常不可压粘性流动的收敛特性 ,分析了沿伪时间层的迭代收敛速度对流场Reynolds数的依赖特征 .

非定常运动下的激波/边界层干扰分离特性研究

采用高精度数值方法求解非定常雷诺平均N-S方程和单自由度强迫俯仰运动方程,研究二维压缩拐角模型在等速抬头/低头和周期性俯仰振动等运动方式下的非定常激波/边界层干扰问题,考察角速度、振幅和频率等参数对分离区非定常变化规律的影响。结果表明,压缩拐角等速抬头运动时分离区减小、等速低头运动时分离区增大,周期性俯仰振动时分离点、再附点以及分离区大小的变化都与模型振动频率相同。与相同来流条件下定姿态计算对比分析表明,压缩拐角壁面运动产生的非定常迟滞作用使分离区大小变化减慢,俯仰振动振幅对分离区大小变化影响较大、而对变化的相位影响较小,而振动频率的改变对分离区大小变化的相位影响很大、对分离区大小影响较小。

基于两相流欧拉方法的翼型结冰数值模拟

文章通过计算流体力学的方法对翼型结冰进行了预测。针对拉格朗日法求解水滴收集特性计算工作量太大的缺点,引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。结冰计算过程中网格采用变形网格技术得到,既保证了网格质量又减少了网格生成的工作量,采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解N-S及水滴运动方程。建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型。通过对NACA0012翼型霜冰和光冰的计算验证了该方法是有效的。

一种基于动态嵌套网格的膛内弹托分离力预测方法

通过给定运动参数,采用动态嵌套网格和等位移变时间步长技术求解二维轴对称非定常N-S方程,精确模拟从发射到脱离炮口影响区的全过程。通过对某高速弹药发射过程模拟,获得了详细的瞬时非定常流场和分离力变化曲线,分析了分离力的变化规律并找出了分离力随时间/位移曲线出现二次峰值的原因;最后,对工程设计中弹托分离力阈值的确定给出了建议。

基于变步长CFD/RBD方法的旋转弹轨迹仿真

采用变步长方法实现非定常Navier-Stokes方程和刚体六自由度运动方程的耦合求解,并对美国ARL旋转弹试验模型的飞行轨迹进行了仿真。旋转弹自由飞行过程中受到空气阻力作用,转速下降,气动力变化趋缓。因此轨迹仿真时先选取较小的时间步长,随着转速的下降逐渐增大步长,这样可以减少计算时间。刚体六自由度运动方程的数值求解采用变步长Adams预估校正法。将定步长和变步长两种方法应用于旋转弹实验模型轨迹仿真,并将计算得到的旋转弹空间位置、姿态角与试验结果进行了对比,结果显示:方法能较精确地仿真旋转弹飞行轨迹。在相同初始步长条件下,变步长方法较定步长方法计算时间减半;在相同计算时间条件下,变步长方法较定步长方法精度更高。

边界条件对三维空腔流动振荡的影响

基于全隐式无分裂方法,数值求解三维非定常雷诺平均的N av ier-S tokes方程,紊流模型采用修正的B-L代数模型。运用此方法,本文数值模拟了三维开式空腔的超声速、跨声速、亚声速流动。研究了空腔口处剪切层的非定常运动现象,着重探讨了入口边界条件对三维空腔流自持性振荡的影响。数值计算结果表明,与层流速度型相比,入口条件为紊流速度型和特征边界型得到的结果能够吻合。

一种基于数值虚拟飞行技术的弹丸稳定性评估方法

基于数值虚拟飞行技术,采用动态嵌套网格,耦合求解非定常N-S方程和六自由度刚体运动方程,发展了一种能够考虑非定常气动效应的弹丸稳定性评估方法。通过对典型外挂物投放标模和BRL的M852子弹标模进行数值模拟,验证了数值方法正确、有效,可以用于数值虚拟飞行模拟。最后对某质量模拟弹丸进行了虚拟飞行模拟,给出了不同扰动情况下的落点散布和飞行稳定性评估结论。

基于大涡模拟的烟塔合一烟气排放数值模拟研究

为了更准确地预测污染物的扩散和分布特性,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法研究自然通风干式冷却塔(Natural Draft Dry Cooling Tower,NDDCT)烟塔合一烟气扩散问题,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)对流场和污染物质量分数场进行预测,并与非定常雷诺平均N-S(Unsteady Reynolds Average NavierStokes,URANS)进行对比,着重分析污染物质量分数脉动与速度脉动的关系。结果表明,采用LES方法模拟得到的冷却塔内壁污染物最大质量分数约为URANS结果的43倍,污染物质量分数与流场速度密切相关;2种方法得到的流场差别较大,特别是冷却塔出口和下风向位置。与URANS相比,LES可以捕捉到小尺度、高频率的流场脉动。