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。

非定常N－S方程的线化及其差分求解

在微幅简谐振荡的假设下，对计算平面内非定常Ｎ－Ｓ方程进行了线比，并在ＭａｃＣｏｒｍａｒｋ于１９８０年提出的半隐格式的基础上，发展了一种适用于求解计算平面内线化Ｎ－Ｓ方程的差分格式．用该差分格式求解计算平面内的线化Ｎ－Ｓ方程时，可以避免求解五对角方程；且时间步长可以取得较大，计算效率高．

SIMPLE方法的敛散性

通过对轴对称突扩直管和突扩后缩环管流场的计算考察了SMPL正方法的敛散性。在源项处理、方程的非线性问题和解法等方面进行了分析。在此基础上研究了迭代初场的构成和斜壁网格的处理。提出了一种可行的算法。

小振幅振动圆柱在偏心圆域中诱导的二次定常旋涡流动

研究在充满粘性不可压缩静止流体的偏心圆柱域中当内柱在垂直于柱轴的平面内作小振幅简谐振动时诱导的二次定常旋涡流动。当为有限量时，Stokes层外的二次定常整流流动必须用N－S方程来描述。以内、外柱Stokes层外缘的切向速度为边界条件，用有限差分法数值求解二维不可压缩N－S方程，给出了不同柱径比α和偏心度β以及不同Rs下的二次定常旋涡流动，并指出由于偏心带来的流动不对称将使内柱承受使之趋向于外柱中心的定常作用力。

驱动方腔内涡流的数值模拟

本文介绍一种求解涡度流函数形式的定常不可压缩Navier-Stokes方程的半隐式指数型差分格式。涡度方程用上述格式求解,而流函数方程用多层网格法求解。这种组合求解方式具有很好的稳定性及较快的收敛速度。本文对Re=100,400,1000,3000,5000的驱动方腔及Re=400,1000的驱动长方腔进行了数值模拟,结果与现有的计算相吻合。

积冰机翼失效故障诊断

针对某型飞机机翼积冰后机翼性能改变问题,提出了一种基于流场和结构场耦合分析的机翼气动特性、结构特性故障诊断方法。该方法首先应用有限体积法对二维定常不可压粘流的时均N-S方程进行离散求解,采用四阶龙戈-库塔(RK)法求解水滴运动方程确定污染程度,然后耦合流场和结构场分析积冰后的机翼特性,通过对比未污染时的机翼气动特性和结构特性和安全飞行包线指标,判断积冰机翼是否失效。通过机翼积冰的相似实验结果表明,该方法能有效的应用于积冰机翼的性能判断和故障诊断中。

DARPA2潜艇模型定常流动黏性流场和水动力计算

为了进一步验证SA湍流模式模拟分离流动问题的能力,采用SA(Cυ=30)湍流模型,数值求解定常不可压缩的RANS方程,计算DARPA2潜艇模型定常流动黏性流场和水动力;速度-压力耦合采用SIMPLE方法处理,对流项采用二阶迎风格式,隐式迭代求解方程组。得到的数值计算结果与实验值符合较好。潜艇不同部分对水动力的贡献及受攻角的影响是不同的,升力系数随攻角的增加,艉附体的作用明显增强,而指挥台的作用不是很明显;指挥台和艉附体分别存在时,水动力系数随攻角变化的趋势与全附体时是一致的,曲线不存在奇异性变化。

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。

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。

凹型钝头体超音速粘性流场的数值模拟

本文首先从单个方程出发,根据TVD思想,比较自然地给出了二阶带通量限制器的CSCM差分方法,然后推广到方程组情形。为了验证方法和程序,将球头绕流计算结果同文献[2]作了比较,然后运用此方法模拟了轴对称凹型钝体的粘性超音速分离绕流流场,对一阶与二阶、粘性与无粘性数值结果作了比较。计算网格采用了简单、快速易行的拟正交代数生成方法。

求解复杂边界三维粘性流场的非交错网格方法

提出了三维任意曲线坐标系下的压力修正方程，利用非交错网格方法，可直接求解物理平面内的速度分量；发展了任意曲线坐标系下求解复杂边界的三维不可压缩、时均Ｎ－Ｓ方程以及ｋ－ε双方程湍流模型方程的有效数值方法．通过分析计算，表明该方法具有公式推导简便、收敛性好、解的精度高等优点，具有一定的工程应用价值．

较高雷诺数下复杂断面柱体绕流的数值模拟

To simulate numerically the flow past a cylinder, the authors use a mixing method of FEM and FDM for solving the non-steady Navier-Stokes equations in two-dimension. The mesh of computing domain which includes a cylinder with complicated section is generated by composite technique. The results about the flow pattern around the cylinder, pressure distribution on the surface of cylinder and the coefficient of lift and drag agree well with experiment data.