N-S流程图分析及其在算法描述中的应用

N-S流程图结构元素简单,其描述算法的能力却值得进一步探讨。本文讨论分析了N-S流程图描述算法时的规范化,提出了N-S流程图的层次原则、相邻原则、内涵原则,指出了N-S流程图的引申性表现为:包含性、语义规划、用语规范和特殊说明,实例演示了N-S流程图在算法描述中的用途及其优越性。

N-S方程在非结构网格下的求解

在Ｒｏｅ的矢通量差分分裂的基础上，吸收了ＮＮＤ格式的优点，提出了一种非结构网格下求解Ｅｕｌｅｒ方程和Ｎ－Ｓ方程的高分辨率高精度迎风格式．这种格式具有捕捉强激波和滑移线的良好性能．在时间方向上采用了显式和隐式两种解法．文中还给出了自适应技术．最后，成功地完成了ＧＡＭＭ超音速前台阶绕流、二维平板无粘激波反射、三维Ｈｏｂｓｏｎ叶栅流动、ＶＫＩ叶栅流动、Ｃ３Ｘ叶栅流动的数值模拟。

基于N-S方程的翼型双设计点双目标优化设计

在使用N-S方程和尾迹面积分技术较精确地计算翼型气动阻力的基础上,对翼型进行参数化建模,应用Powell和目标组合方法讨论了翼型的双设计点双目标优化设计,并与单设计点单目标优化和单设计点双目标优化进行了对比.在给定设计条件下,2种翼型RAE2822和“类全球鹰”翼型的计算结果表明,针对翼型设计状态,合理选择目标优化函数是必要和重要的;所采用的双设计点双目标设计方法可以兼顾多种设计状态,其优化翼型相对原始翼型具有更好的压强分布,有效提高了升力系数和降低了阻力系数;相对单设计点单目标优化和单设计点双目标优化翼型也具有更高的综合气动性能.

基于N-S方程和离散共轭方法的气动外形设计

快速准确的目标函数梯度计算方法是基于梯度信息的优化设计的关键技术之一。采用离散共轭方法计算目标函数关于设计变量的梯度,流动控制方程为三维N-S方程。对于离散共轭方程和流动控制方程均采用LU-SGS方法时间推进求解。检验了离散共轭方法计算梯度的准确性,利用该方法进行了机翼的优化设计与反设计,都获得了较好的结果。算例证明了本文方法可靠性好,效果令人满意。

带副翼三维机翼绕流的N-S方程解

提出了一种求解带副翼偏转三维机翼绕流的Ｎ－Ｓ方程计算方法。采用对接分区网格与分区求解算法的结合，有效地求解绕此外形的复杂流动。提出了一种满足通量守恒的内边界耦合条件。数值方法中选用ｖａｎＬｅｅｒ分裂格式离散无粘通量项，并构造了一种Ｌｉｍｉｔｅｒ函数以保证ＴＶＤ性质，采用中心差分格式来离散粘性通量项。数值算例表明该方法是求解带操纵面偏转的机翼绕流的有效方法。

基于N-S方程的翼型气动优化设计

本文简要回顾了气动优化设计的最新发展 ,并采用连续伴随方法对粘性条件下的翼型气动外形进行了优化设计。设计过程中 ,采用B样条曲线的控制顶点作为设计变量 ,通过求解伴随方程得到目标函数关于设计变量的梯度 ,最后用最速下降法和BFGS变尺度法对二维翼型进行了外形优化 ,验证了本方法直接、快速的设计能力。

用任意不规则网格求解N-S方程

引入辅助点法开发了新的通量近似计算方法,建立了采用任意不规则畸变网格作为控制体积的单元中心有限体积求解Navier-Stokes的方法。它以同位网格作为变量布置方式,压力-速度耦合采用SIMPLE方法。数值算例表明,该算法对高度不规则的畸变网格适应性强;其改进了传统算法在不规则网格下计算的困难,保证了模型在高扭曲度的网格下的整体计算精度不受网格拉伸畸变和剪切畸变的影响。

跨声速机翼抖振初始迎角N-S方程定常计算分析

应用代数法和椭圆型方程优化相结合的方法生成翼身组合体块结构网格。采用有限体积空间离散法和五步Runge-Kutta显式时间推进法求解N-S方程。基于雷诺平均N-S(RANS)方程,选用Spalart-Allma-ras(SA)一方程模型模拟紊流。根据N-S方程定常计算结果,采用升力曲线、俯仰力矩曲线、后缘压力发散、跨声速激波位置以及机翼表面极限流线等几种判据,对跨声速机翼的抖振初始迎角进行了合理的预测分析。

真空羽流场的 N-S 和 DSMC 耦合数值模拟

根据调姿发动机真空羽流场的特点，采用差分求解Ｎ－Ｓ方程数值模拟喷管内流场，用ＤＳＭＣ方法数值模拟喷管外羽流场，得到了符合流动规律的数值模拟结果。为姿控发动机喷管设计提供了参考，并为真空羽流污染研究打下了良好的基础。

基于N-S方程的翼型结冰数值模拟

为了研究结冰对翼型气动性能的影响 ,采用计算流体力学的方法对 NACA0 0 1 2翼型前缘的结冰进行了预测。在流场计算中 ,对二维可压粘流的时均 N- S方程进行离散求解 ;采用四步龙格-库塔法求解水滴轨迹运动方程 ;建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型并假定冰沿着与当地翼型表面法向一致的方向增长来预测结冰的形状。分析了网格数和冰层时间步长对最终冰形的影响和结冰对翼型气动性能的影响 ,最后将计算的结果与文献中的实验值和计算值进行比较 ,结果一致。

二维定常不可压缩粘性流动N-S方程的数值流形方法

将流形方法应用于定常不可压缩粘性流动N-S方程的直接数值求解,建立基于Galerkin加权余量法的N-S方程数值流形格式,有限覆盖系统采用混合覆盖形式,即速度分量取1阶和压力取0阶多项式覆盖函数,非线性流形方程组采用直接线性化交替迭代方法和Nowton-Raphson迭代方法进行求解。将混合覆盖的四节点矩形流形单元用于阶梯流和方腔驱动流动的数值算例,以较少单元获得的数值解与经典数值解十分吻合。数值实验证明,流形方法是求解定常不可压缩粘性流动N-S方程有效的高精度数值方法。

基于非定常N-S方程的三维机翼颤振特性研究

本研究采用N S方程为控制方程 ,求解三维机翼的非定常气动力 ,并与颤振方程耦合迭代计算 ,求解机翼广义坐标响应的时间历程 ,根据广义坐标的时间历程的衰减、等幅和发散振荡等情况确定机翼颤振临界条件。以某导弹翼面作为算例 ,计算结果与实验结果和理论分析相吻合。

基于N-S方程的尾迹面法翼型气动阻力计算

研究了计算翼型阻力改进的方法——尾迹面法及尾迹面积分的位置和相应的积分技术．在亚跨声速时分别采用了表面积分和尾迹积分求得给定翼型RAE2822的阻力．结果显示，2种方法具有相同的结果，表明尾迹面积分方法是有效的，与实验值吻合较好．尾迹面法中，尾迹面位置应处于离后缘相对弦长距离0．6-1．0之间．尾迹面积分方法中积分结果不依赖于物体的详细几何外形，可以预计对曲率变化大的三维复杂外形，该方法有更大的优势．

N-S共掺杂金红石相TiO_2电子结构与光学性质的第一性原理研究

采用基于第一性原理的平面波超软赝势方法研究N和S单掺杂以及N和S共掺杂金红石相TiO2的能带结构,态密度和光学性质.结果表明:N掺杂导致禁带宽度减小为1.43 eV,并且在价带上方形成了一条杂质能带;S掺杂导致费米能级上移靠近导带,直接带隙减小为0.32 eV;N和S共掺杂导致能带结构中出现了两条杂质能带,靠近导带的一条杂质能级距离导带底约0.35 eV,靠近价带的一条杂质能级距离价带顶约0.85 eV,杂质能级主要由N原子的2p轨道和S原子的3p轨道组成.N和S掺杂后不但使TiO2的吸收带产生红移,而且在可见光区具有较大的吸收系数,光催化活性增强.

将非结构化的流程图转化为结构化的N-S流程图的通用算法框架

介绍了将非结构化流程图等价的转化为结构化的N-S流程图的通用算法框架。

旋翼近地飞行时诱导速度的 N-S 方程计算

采用有限体积法用三维Ｎ－Ｓ方程对旋翼近地飞行时的速度场进行了数值计算，对旋翼桨盘处的诱导速度进行了分析。旋翼对流场的作用由分布在特定区域内的动量源项模拟，动量源项的强度由旋翼的几何尺寸，叶片剖面的空气动力特性及当地流场的性质迭代定出。本文讨论了旋翼近地飞行时，在不同前进比及不同离地高度情况下的诱导速度随径向距离及方位角的变化，并将数值计算结果与实验结果进行了比较。

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。

基于N-S方程的剪刀式尾桨前飞状态气动力计算研究

建立了一个适用于计算剪刀式尾桨前飞状态气动力的数值方法。在该方法中,采用惯性坐标系下的非定常Navier-Stokes方程作为主控方程,使用低数值耗散的Roe格式进行空间离散,并应用高效的隐式LU-SGS格式进行时间推进;采用双时间法以模拟尾桨前飞时的非定常现象;使用运动嵌套网格方法以计入尾桨桨叶的旋转运动。应用建立的方法,首先对有试验数据可作对比的Lynx直升机尾桨悬停状态气动性能进行了计算,验证了所建立方法对尾桨气动性能计算的有效性;同时,针对Helishape 7A旋翼进行了前飞状态气动载荷计算,验证了该方法对旋翼(尾桨)前飞气动载荷计算的有效性。最后,对剪刀式尾桨前飞状态进行了气动力计算,并分析了构型参数对剪刀式尾桨气动力的影响。计算结果表明,前飞状态时,相同总距下剪刀式尾桨的平均拉力要大于常规尾桨,且剪刀式尾桨在90°-180°-270°方位角内的桨-涡干扰现象较常规尾桨严重。

共轴式双旋翼流动的 N-S 方程模拟

通过数值求解带有动量源项的三维不可压缩Ｎ－Ｓ方程，模拟了共轴式双旋翼的流动。通过与单旋翼流场的下洗速度分布的比较，探讨了两旋翼间相互干扰的特性，并讨论了双旋翼的旋翼间距、前进比及桨根安装角等参数对流动的影响。

复杂流道内N-S方程的非交错网格数值求解

本文试图用非交错网格求解二维曲线坐际系下的N-S方程,文中对压力修正方程进行了改造,导出了曲线速度分量的修正表达式,作为计算方法的检验,本文针对90°弯曲管道和波瓣喷管混合器三维流动进行了两个算例分析,结果表明该方法是稳定收敛的。