多块对接网格技术在电磁场散射问题中的应用

采用多块对接网格技术和时域有限体积法(FVTD)研究了典型目标和多体的电磁场散射问题.控制方程采用三维一般曲线坐标系下的时变麦克斯韦方程组.时间方向采用四步Runge-Kutta方法,空间离散采用基于通量雅可比矩阵特征结构的通矢量差分分裂,依赖变量采用MUSCL插值.时间方向的计算精度为2阶,空间方向的计算精度可达3阶.典型算例的雷达散射截面(RCS)的计算结果与理论解吻合很好.对于多体问题计算与文献结果相当一致,说明该算法具有对复杂拓扑结构外形(包括多体问题)进行数值模拟的能力.     

基于SNGR方法的后缘噪声数值模拟

采用随机噪声产生和传播(SNGR)方法对后缘噪声进行数值模拟.SNGR方法结合随机方法和计算流体力学,耗费较少的计算资源就可以预测噪声水平.数值模拟时采用有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程;采用有限差分法求解声学扰动方程,数值格式采用色散关系保持(DRP)格式,远场边界条件采用无反射边界条件.以二维平板和NACA0012翼型为例,编制程序,与参考结果对比表明,程序可以预测后缘噪声.     

基于特征理论的二维无粘Lagrange流体力学有限体积法

提出一个求解二维无粘Lagrange流体力学方程的中心型有限体积方法.采用特征理论求解网格节点处的速度及压力,并利用这些物理量更新节点位置及计算网格界面通量.方法适用于结构网格与非结构网格.典型数值实验的结果表明,格式具有较好的收敛性、对称性、能量守恒性及鲁棒性,且能自然地求解多物质流动问题.     

基于样条逼近有限体积法的通量分裂算法

研究了任意曲线坐标系中求解双曲型守恒律的高精度、无波动样条逼近有限体积方法,比较了三种不同的通量分裂技术在这种方法中的应用。数值实验表明,在不同的通量分裂技术下,该方法对流场中的激波和接触间断都有很高的分辨率。     

BGK方法在非结构网格上的应用

采用旋转局部坐标的方法,发展了一种针对非结构网格的BGK计算方法.该方法属于有限体积法,大致分为两个步骤:①空间离散:②通量计算及时间推进.在第①步中,采用基于最小二乘法的高阶ENO格式来获得宏观物理量的高阶导数;在第②步中,采用旋转坐标轴的方法来计算非结构网格单元各边的通量.并得出了后台阶绕流(Backward Facing Step)及翼型绕流(Flow Over an Airfoil)两个算例的计算结果.     

一种基于特征理论模拟凝聚炸药爆轰的单元中心型Lagrange方法

提出一种数值模拟凝聚炸药爆轰问题的单元中心型Lagrange方法.利用有限体积离散爆轰反应流动方程组,基于双曲型偏微分方程组的特征理论获得离散网格节点的速度与压力,获得的网格节点速度与压力用于更新网格节点位置以及计算网格单元边的数值通量.以这种方式获得的网格节点解是一种"真正多维"的理论解,是一维Godunov格式在二维Riemann问题的推广.有限体积离散得到的爆轰反应流动的半离散系统使用一种显-隐Runge-Kutta格式来离散求解：显式格式处理对流项,隐式格式处理化学反应刚性源项.算例表明,提出的单元中心型Lagrange方法能够较好地模拟凝聚炸药的爆轰反应流动.     

Lagrange坐标系下二维气动方程组的RKDG有限元方法

构造Lagrange坐标系下二维可压缩气动方程组的RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法.将流体力学方程组和几何守恒律统-求解,所有计算都在固定的网格上进行,计算过程中不需要网格节点的速度信息.对几个数值算例进行数值模拟,得到较好的数值模拟结果.     

可压缩密实介质多流体高精度欧拉算法

 从可压缩密实介质状态方程出发，推导出多介质流体在界面附近满足的动力学方程，与守恒律方程一起，采用高精度有限体积方法进行求解，物质界面用LevelSet函数捕捉。并给出了一维和二维数值算例。     

A Direct Discontinuous Galerkin Method for Nonlinear Schr(o)dinger Equation

讨论一维和二维非线性Schr(o)dinger (NLS)方程的数值求解.基于扩散广义黎曼问题的数值流量,构造一种直接间断Galerkin方法(DDG)求解非线性Schr(o)dinger方程.证明该方法L2稳定性,并说明DDG格式是一种守恒的数值格式.对一维NLS方程的计算表明,DDG格式能够模拟各种孤立子形态,而且可以保持长时间的高精度.二维NLS方程的数值结果显示该方法的高精度和捕捉大梯度的能力.     

数值模拟二维高速碰撞问题的拉格朗日任意三角形网格有限体积法

描述了一个数值模拟二维高速碰撞问题的拉格朗日任意三角形网格有限体积法,方法考虑了材料的弹性和塑性性质。文中给出两个计算例题。     

一类自适应运动网格的ALE方法

从积分形式的二维Lagrange流体力学方程组出发,使用ENO高阶插值多项式,推广了四边形结构网格下的一阶有限体积格式,构造一类结构网格下的高精度有限体积格式.结合有效的守恒重映方法,发展一类高精度的ALE方法,并结合自适应运动网格技术,进行ALE方法的数值模拟,得到预期的效果.     

求解跨音速粘性流反问题的有限体积法

1前言叶轮机械气动热力学研究的最终目的之一，是为工程师提供可用以设计高性能、高效率叶轮机械的思想与方法。而在过去叶轮机械气动热力学的研究大都集中求解正问题上，即在给定几何形状的叶片的条件下来求解流场上的气动参数。因此，为了设计出高性能的叶型，通常是凭设计者的经验，通过试验或正问题流场的分析计算，对一系列几何形状相差不大的叶型进行筛选。用这种方法是非常耗时并导致昂贵的设计费用，而且这样也并不总能得到预期的效果。所以，正问题计算虽然在预测性能和筛选试验方案等方面具有重要价值，但对于叶栅设计，应该具有…     

Cell Conservative Flux Recovery and a Posteriori Error Estimate of Vertex-Centered Finite Volume Methods

A cell conservative flux recovery technique is developed here for vertex-centered finite volume methods of second order elliptic equations. It is based on solving a local Neumann problem on each control volume using mixed finite element methods. The recovered flux is used to construct a constant free a posteriori error estimator which is proven to be reliable and efficient. Some numerical tests are presented to confirm the theoretical results. Our method works for general order finite volume methods and the recovery-based and residual-based a posteriori error estimators are the first result on a posteriori error estimators for high order finite volume methods.     

二维非线性抛物方程广义差分法/有限体积法的自适应计算

给出三角网上二维非线性抛物方程广义差分法(有限体积法)的一种基于残量估计的后验误差估计,并在此基础上设计了自适应计算方案,以适应物理解在时空的大梯度变化.提出了适合发展方程自适应计算的三角网数据结构(不是树状结构)和灵活的局部粗化算法.     

An arbitrary Lagrangian–Eulerian formulation for the numerical simulation of flow patterns generated by the hydromedusa Aequorea victoria

A new geometrically conservative arbitrary Lagrangian–Eulerian (ALE) formulation is presented for the moving boundary problems in the swirl-free cylindrical coordinates. The governing equations are multiplied with the radial distance and integrated over arbitrary moving Lagrangian–Eulerian quadrilateral elements. Therefore, the continuity and the geometric conservation equations take very simple form similar to those of the Cartesian coordinates. The continuity equation is satisfied exactly within each element and a special attention is given to satisfy the geometric conservation law (GCL) at the discrete level. The equation of motion of a deforming body is solved in addition to the Navier–Stokes equations in a fully-coupled form. The mesh deformation is achieved by solving the linear elasticity equation at each time level while avoiding remeshing in order to enhance numerical robustness. The resulting algebraic linear systems are solved using an ILU(k) preconditioned GMRES method provided by the PETSc library. The present ALE method is validated for the steady and oscillatory flow around a sphere in a cylindrical tube and applied to the investigation of the flow patterns around a free-swimming hydromedusa Aequorea victoria (crystal jellyfish). The calculations for the hydromedusa indicate the shed of the opposite signed vortex rings very close to each other and the formation of large induced velocities along the line of interaction while the ring vortices moving away from the hydromedusa. In addition, the propulsion efficiency of the free-swimming hydromedusa is computed and its value is compared with values from the literature for several other species.     

非紧凑低马赫数运动边界散射流动噪声的预测

提出了一种求解非紧凑低马赫数运动边界散射流动诱发噪声的预测方法。该方法首先基于运动坐标系下的连续性方程和动量方程推导得到该坐标系下的波动方程及其积分解,然后在该坐标系下采用边界元方法求解得到非紧凑运动边界表面的声压,最后将求解得到的壁面声压回代到静止或运动坐标系下的积分方程中实现对远场噪声的预测。推导得到的积分方程适用于流体与飞机机身、高速列车车身及旋转叶片等非紧凑结构边界作用诱发噪声的预测。     

ALE框架下几种不同Godunov型格式的数值比较

给出一种有限体积Godunov型的ALE方法,用于求解多介质大变形的可压缩流动问题.由于方法具有任意的网格移动速度,可在拉氏、欧氏和ALE之间切换,具有较强的适应性.通过数值算例对这3种框架下的数值特性进行了比较研究.同时还研究了几种不同Godunov型格式的数值行为特性,分析比较了它们对激波和接触间断的分辨效果.     

纵向受迫振荡圆柱绕流问题的数值模拟

用有限体积法对平行于均匀来流方向受迫振荡的圆柱绕流问题进行了二维数值模拟.雷诺数选取Re=200、855、4000等几种亚临界雷诺数情况.通过研究不同振幅和振动频率下的流场结构和一些重要流动参数如升阻力系数、Strouhal数等随Re数、KC数、Stokes数的变化关系,验证了实验中观察到的一定条件下发生的"频率锁定"现象,并将涡脱落方式划分为三种主要模态.文中引入网格速度,对常用的处理速度与压力耦合的SIMPLE算法作了适当的补充和修改,以适应随时间变化的网格坐标.     

Radon变换在渗流力学反问题中的应用

研究了在渗透系数相差不大的渗流场中椭圆型偏微分方程的系数反问题,通过把CT技术中的Radon变换推广到渗流力学中,给出了渗透系数的计算方法和实例。     

A Pseudo-Stokes Mesh Motion Algorithm

This work presents a moving mesh methodology based on the solution of a pseudo flow problem. The mesh motion is modeled as a pseudo Stokes problem solved by an explicit finite element projection method. The mesh quality requirements are satisfied by employing a null divergent velocity condition. This methodology is applied to triangular unstructured meshes and compared to well known approaches such as the ones based on diffusion and pseudo structural problems. One of the test cases is an airfoil with a fully meshed domain. A specific rotation velocity is imposed as the airfoil boundary condition. The other test is a set of two cylinders that move toward each other. A mesh quality criterion is employed to identify critically distorted elements and to evaluate the performance of each mesh motion approach. The results obtained for each test case show that the pseudo-flow methodology produces satisfactory meshes during the moving process.