三维大钝头体简谐振动绕流的数值模拟

用数值模拟方法研究了大钝头体外形（双子星座飞船）在超声速下俯仰振动的绕流特性，数值模拟的出发方程为三维全Ｎ－Ｓ方程，格式为二阶迎风ＴＶＤ格式，研究结果给出了物体在俯仰振动过程中激波、分离结构和物面压力分布等非定常特征。     

二阶迎风TVD数值格式在非平衡高超声速钝体绕流中的应用

将Ｈ．Ｃ．Ｙｅｅ所发展的一种二阶迎风ＴＶＤ格式运用于半球的高超声速化学非平衡黏性绕流的数值计算，详细介绍了流体力学方程组和化学组元守恒方程组全耦合求解的过程，以前这一研究领域中仅仅运用一阶格式及松散耦合的方法。化学松弛气体考虑了七组元（Ｏ，Ｏ＿２，ＮＯ，Ｎ，ＮＯ￣（＋），Ｎ＿２，ｅ￣（－））和主要的七反应，在驻点线上的计算结果与前人结果比较表明，本文有较大改进。     

一类具有自适应性质的组合TVD格式的构造

本文分析比较了些典型的ＴＶＤ格式，发现各种ＴＶＤ格式对解的分辨能力有差别，格式中存在耗散性和压缩性的矛盾。在分析了格式的构造以及产生耗散、压缩作用的原因后，本文提出了一种具有自适应能力的ＴＶＤ格式的组合形式，该格式在解的剧烈变化区域，有较高的分辨能力；在解的光滑区域避免了由于压缩性过强造成的失真，数值试验表明该格式具有良好的性质．     

高分辨率格式值计算爆轰问题的优越性

高分辨率总变差不增格式（ＴＶＤ）应用于一维，二维反应流体力学Ｅｕｌｅｒ方程线取得了成功，特别是通过ＴＶＤ格式与经典Ｇｏｄｕｎｏｖ格式，对化学反应流气本爆轰问题数值实验突出了高分辨率格式计算化学反应的流的优越性。     

TVD格式中压缩波判别的人工压缩法

提出了ＴＶＤ格式中的一种新型人工压缩技术和ＭａｘＥｔａ 方法,并以此对平面冲击波传播反射问题以及三维冲击波的坑道扩散问题进行了数值模拟,取得了很好的结果。     

对“二阶迎风TVD数值格式在非平衡高超声速钝体绕流中的应用”一文的讨论

为了方便讨论，将我们于1994年3月在《力学学报》第2期上发表的“M阶迎风TVD数值格式在非平衡高超声速钝体绕流中的应用”一文列为本文参考文献［6］．IYee．Harten二阶迎风TVD格式粘性流场计算结果的可靠性问题文［6］和本文所提到的Yee～HartenTVD格式的二阶精度是指一维标量偏微分方程离散的差分格式的计算精度（此处引用文献［1］原文作者的提法Second－OrderUnwindTVDSCheme）根据Yee；H．C．（见文献［1］）和国内学者（见文献［7～10，12］）研究表明Yee－HartenTVD格式直接推广到多维情况下，计算结果分辨率高并具有足…     

三角翼的双襟翼控涡作用的数值模拟研究

对装有“前端襟翼”和“前缘襟翼”的７４°后掠三角翼的不可压缩流场作了数值模拟,以研究襟翼的旋涡控制作用．数值模拟是用拟压缩性方法求解一般曲线坐标系下的三维不可压缩Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,时间离散用向后Ｅｕｌｅｒ差分,空间无粘项的离散用二阶迎风ＴＶＤ格式,所得的离散方程用对角化形式的近似隐式因子分解格式求解．湍流模型用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数模式．计算了三种平面形状的机翼在迎角范围为１０°～５０°的绕流和气动特性．计算和实验的比较表明,襟翼向下偏转可以推迟旋涡破裂,且对提高机翼的减阻能力、升阻比和改善失速前后的气动特性有明显效果,双襟翼具有更佳的控涡效果．     

细长体背风面横向非对称分离的研究

用数值模拟方法研究了超声速情况下，无限长细长体背风面的涡结构。数值模拟的出发方程和计算格式分别为全Ｎ－Ｓ方程和二阶空间精度的ＴＶＤ格式。数值结果给出了圆锥、半球柱体和椭圆锥在不同攻角下的流场结果。结果表明圆锥在攻角α＝１５°，２０°和２５°时背风面呈现明显的稳定非对称横向分离，而半球柱体和椭圆锥在３２．５°和２５°时背风面均未出现非对称的横向分离结构。     

TVD格式在超音速喷管三维粘性流动求解中的应用

详细给出了任意三维曲线坐标系中Ｎｏｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的对流项ＴＶＤ格式的构造过程，建立了数值求解三维粘性流动的计算方法，应用该方法对三维超音速喷管中有激波及无激波情况下的两种工况的层流流场进行了数值求解，并与实验做了对比。结果表明本文建立的计算方法具有较高的精度，同时也证明ＴＶＤ格式具有分辩率高，稳定收敛等优点，为进一步开展叶栅流场及紊流的研究打下了基础。     

对流扩散方程的摄动有限体积(PFV)方法及讨论

在有限体积(FV)方法的重构近似中,引入数值摄动处理,即把界面数值通量摄动展开成网格间距的幂级数,并利用积分方程自身的性质求出幂级数的系数,同时获得高精度迎风和中心型摄动有限体积(PFV)格式.对标量输运方程给出积分近似为二阶、重构近似为二、三和四阶迎风和中心型PFV格式,这些PFV格式的结构形式及使用基点数与一阶迎风格式完全一致,迎风PFV格式满足对流有界准则;二阶和四阶中心PFV格式对网格Peclet数的任意值均为正型格式,比常用的二阶中心格式优越.用一维标量输运和方腔流动算例说明PFV格式的优良性能,并把PFV方法与性质相近的摄动有限差分(PFD)方法及相关的高精度方法作了对比分析.     

有限厚度流体层界面运动Rayleigh-Taylor不稳定性的数值模拟

采用二阶ＴＶＤ格式及ＬｅｖｅｌＳｅｔ方法计算了二维可压缩有限厚度流体层Ｒａｙｌｅｉｇｈ Ｔａｙｌｏｒ流体不稳定性。计算结果与Ｔａｙｌｏｒ的线性解和Ｏｔ的薄层非线性解析解符合很好。     

高超声速三维热化学非平衡流场的数值模拟

对三维高超声速热化学非平衡流场进行数值模拟,采用双温度热化学非平衡、11组元空气模型,考虑振动-离解耦合．差分格式采用沈清博士提出的“迎风型NND”格式,用熵修正方法消除了高超声速流数值模拟中的“carbuncle现象”．与LU-SGS方法结合,提高了单步计算效率和收敛性．数值模拟结果与文献结果进行了对比,并在弹道靶中进行了钢质圆球的弓形激波位置实验验证．计算结果与文献、实验的对比说明,三维热化学非平衡流计算程序可以精确地捕捉到强弓形激波,得到合理的空气动力系数．     

基于比拟理论的翼型扰流声场数值模拟

从二维模型方程的全离散形式出发,重点分析了差分格式的色散特性和各向异性效应,证实迎风紧致格式比对称格式有更好的色散和各向同性特性,故有利于声场的数值模拟,并采用三阶迎风紧致格式（ＵＣＤ３）和四阶对称紧致格式（ＳＣＤ４）计算了绕ＮＡＣＡ００１２翼型的可压缩非定常流场,并将此流场作为近场声源,运用声学比拟理论对气动声进行模拟。     

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，得到了满意的结果     

对流扩散方程的迎风变换及相应有限差分方法

本文提出所谓迎风变换,将对流扩散方程分解为对流迎风函数和扩散方程,并构造相应的有限差分格式。对流迎风函数以简明的指数解析形式反映对流扩散现象的迎风效应,原则上消除了源于不对称对流算子的困难,能够便利对流扩散方程的数值求解。有限差分格式具有二阶精度和无条件稳定性,算例表明其准确性、收敛速度及对边界层效应的适应能力均明显优于中心差分格式和迎风差分格式。     

对“二阶迎风TVD数值格式在非平衡高超声速钝体绕流中的应用”一文的意见

看了《力学学报》第26卷第2期（1994年3月）发表的胡光初[1]等同志的论文“M阶迎风TVD数值格式在非平衡高超声速钝体绕流中的应用”一文以后，关于计算精度和结果可靠性问题。我们提出以下不同的意见．在文问中多处讲到关于格式的精度问题，并一再强调以前这项研究工作别人用的     

高超声速三维化学非平衡流动N－S方程数值解

详细地叙述了模拟三维高超声速电离空气化学非平衡粘性流全流场（前体和底部近尾迹）的数值方法，化学反应粘性流求解是基于带有化学源项的Ｎ－Ｓ方程的守恒形式，总的连续方程由组元守恒方程组所代替．对于高温电离空气流动，存在如下７个主要组元，它们依次为Ｎ＿２，Ｏ＿２，ＮＯ，ＮＯ￣＋，Ｎ，Ｏ和ｅ￣－．研究发展了求解完全耦合的，与时间相关的偏微分方程组的数值方法．利用一类新的迎风ＴＶＤ激波捕捉有限差分格式求解守恒形式的控制方程组，对高超声速层流有攻角钝锥体绕流流场，在非催化壁条件下、对包括底部近尾迹在内的全流场各参数，如组元浓度，电子密度和温度，以及物面压力分布和热流率分布得出了计算结果．对化学反应气体和完全气体模型的计算结果进行了比较，计算的流场电子密度与飞行实验结果符合很好．     

高超声速三维化学非平衡流动N－S方程数值解

详细地叙述了模拟三维高超声速电离空气化学非平衡粘性流全流场（前体和底部近尾迹）的数值方法，化学反应粘性流求解是基于带有化学源项的Ｎ－Ｓ方程的守恒形式，总的连续方程由组元守恒方程组所代替．对于高温电离空气流动，存在如下７个主要组元，它们依次为Ｎ＿２，Ｏ＿２，ＮＯ，ＮＯ￣＋，Ｎ，Ｏ和ｅ￣－．研究发展了求解完全耦合的，与时间相关的偏微分方程组的数值方法．利用一类新的迎风ＴＶＤ激波捕捉有限差分格式求解守恒形式的控制方程组，对高超声速层流有攻角钝锥体绕流流场，在非催化壁条件下、对包括底部近尾迹在内的全流场各参数，如组元浓度，电子密度和温度，以及物面压力分布和热流率分布得出了计算结果．对化学反应气体和完全气体模型的计算结果进行了比较，计算的流场电子密度与飞行实验结果符合很好．     

数值求解Navier—Stokes方程的迎风紧致差分格式

从迎风紧致逼近^[1]出发,提出数值求解可压Navier-Stokes方程的一种高精度的数值方法。利用Steger-Warming的通量分裂技术^[2]将守恒型方程中的流通向量分裂成两部分,在此基础上据风向构造逼近于无粘项的三阶迎风紧致有限差分格式。对方程中的粘性部分采用通常的二阶差分逼近。所建立的差分格式被用来数值求解了三维粘性绕流问题。     

高精度边界格式的研究

利用有精确解的Ｒｉｎｇｌｅｂ流动，构造了对流场数值解精度进行检验的“Ｒｉｎｇｌｅｂ机器”．重点讨论了边界格式对流场数值解的影响及高精度边界格式的建立．计算表明，在场内应用二阶精度格式情况下，采用二阶精度的边界格式所得到的流场解精度将大大高于采用一阶边界格式所得到的精度．为提高流场解的精度，不仅需要高精度的边界格式，还必须注意边界格式与场内格式的匹配．计算还表明，采用特征线修正的方法能有效地提高边界处理的精度