弱重力场中的平面活塞运动

本文分析了弱重力场中等速活塞运动驱动恒星大气的气体动力学过程.在活塞前面,气体被压缩.压缩气体利用其部分内能,以及有些情况下其动能,以克服外加重力.当逃逸速度与等离子体速度之比值为一小参数时,所有量可对小参数展开,基态解给出均匀流,如同没有重力场的气体动力学所讨论的那样.一阶关系给出外加引力场对流场的影响,即激波强度变化不大而气体内能不断耗散.对于强激波和活塞附近,近似得到的分析解有类似的特征.由于外加重力场在天体物理和大气物理过程中的重要性,这些结果对于恒星和行星大气中瞬变过程的机制会有启发.     

强引力场中的一维活塞过程

本文在直角坐标系、柱坐标及球坐标系中研究一维匀速活塞在强引力场中的动力学过程.用特征线法数值求解流体力学方程组,得出符合活塞速度条件及联结条件的解.分析讨论了不同坐标系对压缩区,常流区,稀疏区流场、激波传播速度及活塞面上声速的影响.     

相对论欧拉方程组一维活塞问题经典间断解的整体存在性

利用一阶拟线性方程组Cauchy问题及自由边值问题的经典解理论,通过引入Riemann不变量将方程组对角化,证明了当活塞的运动速度及气体的初始状态均为常数的小扰动时,相对论欧拉方程组的一维活塞问题的整体经典间断解存在唯一,且其解与未扰动情况下的解只相差小的扰动,激波速度与匀速情况下的激波速度也很接近,同样也不会出现真空.同时,还给出了解的一阶偏导数在t趋于无穷大时的衰减估计.     

压差方程一维活塞问题激波解的整体存在性

双曲守恒律方程组的活塞问题可被视为一阶拟线性双曲组的一种特殊的混合初边值问题,运用一阶拟线性双曲组经典间断解的结果,通过拼接子问题的经典解,以构造的方式证明了当活塞的运动速度及气体的初始状态均为常数的扰动时,相应的压差方程组一维活塞问题只包含一个激波的整体经典间断解存在唯一,而且证明了其解与未扰动情况下的解之间也只相差小的扰动,激波速度与匀速情况下的激波速度也很接近,同样也不会出现真空.不仅如此,还给出了解的一阶偏导数在t趋于无穷时的衰减估计.     

计算空气动力学中一个新的激波捕捉法——耗散比拟法

在空气动力学方程的求解时,改进在激波附近数值解的分辨率是一重要研究课题.通常,人们通过差分方程的微分近似来研究差分格式的特性.本文通过启示性的分析方法讨论了在激波附近数值解的行为,分析了在一些格式的数值解中产生振荡的原因.参照差分方程的第一微分近似,定义了耗散比拟系数,构造了耗散比拟方程,给出了克服数值振荡的新方法.耗散比拟法不单启示了在激波附近数值解中产生振荡的原因,还预示了克服的办法.文中给出了四种改造耗散类比系数的方法.与流行的高分辨率格式相比,新发展的方法简单、直观、计算量小和有较强的激波捕捉能力.     

含灰气体激波沿平壁传播时诱导的边界层流动*

本文研究合灰气体激波沿平直壁面传播过程中在壁面附近形成的层流边界层流动。我们依照双连续介质双向耦合模型处理含灰气体激波的波后流动及其诱导的边界层问题,控制方程采用有限差分方法数值求解,给出了激波下游两相流场特性并考虑了含灰气体激波的松弛结构对边界层流动的影响。     

求解双曲型方程的一致二阶守恒型差分格式的构造及数值实验

由于TVD格式具有激波分辨率高与非物理振荡小的特点,在气体动力学问题的求解中得到了广泛的应用.但现有的TVD格式受其构造方式所限,在解的局部极值点附近只能达到一阶精度. 考虑以下单个双曲型方程:     

数学年刊第28卷B辑第3期(2007)目次和提要

一维等熵流方程组的反活塞问题李大潜王利彬对一维等熵流方程组的反活塞问题进行了研究,并且获得了在一定条件下,活塞的速度能由活塞右端气体的初始状态和前向激波的位置唯一决定．一个多项式问题产生的线性方程组及其应用马文秀Boris SHEKHTMAN对一个逼近论中的多项式问题产生的线性方程组进行了研究,给出了解存在和唯一的充要条件．结合一类行列式恒等式,应用建立的理论显式确定了相应的多项式问题的唯一解．其它应用的结果包     

凹形双级楔的超音速绕流

讨论均匀的超音速气流对凹形双级楔物体的绕流问题.由于外激波与凹角处产生的内激波的相互干扰,将有一个疏散波在外激波与物面之间无限次反射,且外激波发生弯曲.在弱激波以及双级楔的两个斜率充分小的假定下,证明了整体解的存在性,并对数值计算中常用的关于解的极限性态的事实给出了一个严格的证明.     

位势流方程初等波的相互作用

讨论了空气动力学中不定常位势流方程初等波的相互作用.在初等波强度充分弱的假定之下,对于单波与单波、单波与激波、激波与激波相互作用的各种情形都给出了解的构造。从而获得了二阶位势流方程弱初等波相互作用的完整结果。     

二维超音速混合层中小激波的存在及其对流场结构的影响

在二维超音速混合层入口处引入T-S波及其亚谐波,对扰动的空间演化进行了数值模拟.研究了由扰动引发的小激波(shocklet)的强度与入口处扰动幅值的关系.分析了激波前后扰动速度剖面的变化,发现小激波的存在对扰动速度剖面有显著影响,而高速层和低速层中激波对扰动速度作用不同.     

p方程组的激波生成与构造

讨论p-方程组的激波生成与构造.精细地刻画了从光滑解到激波产生的转变过程,并给出了在激波生成点附近奇性结构与解的估计.     

稀相气固悬浮体越过沿平面匀速运动激波后的流动结构*

本文给出气固悬浮体中激波感生边界层的渐近数值分析,其中计及了作用于固体粒子的Saf-fman升力.研究结果表明粒子横越边界层的迁移导致了粒子轨道的交叉,因此对目前通用的含灰气体模型应做相应的修正.本文利用匹配渐近展开方法得到了匀速运动激波后方的两相侧壁边界层方程,详细描述了在Lagrange坐标下计算颗粒相流动参数的方法,并给出了粒子浓度很低情况下的数值结果.     

波前为运动气流的激波-激波扰动关系式

本文首先把Whitham的波前为静止均匀气体的激波-激波扰动关系推广到波前为静止非均匀气体的情况,然后在此基础上导出波前为运动气流条件下的激波-激波扰动关系的三维矢量表达式,进而给出二维和轴对称条件下的表达式.至此,加上Chester,Whitham以及作者的工作,波前为运动气流的激波动力学方程组的完整体系已基本建立.     

径向基函数参数化翼型的气动力降阶模型优化

基于小扰动和弱非线性假设,提出了一种基于气动力降阶模型和径向基函数参数化的翼型优化方法.其主要方法是用径向基函数参数化翼型扰动;通过CFD辨识参数扰动对翼型气动力影响的降阶模型核函数;基于叠加法建立了参数变化对翼型气动力影响的降阶模型;最后基于该气动力降阶模型计算并优化翼型升阻特性.NACA0012翼型优化的结果表明基于气动力降阶模型的优化方法是可行的,可以极大地提高翼型优化速度.     

具有分数导数型本构关系的粘弹性柱的动力稳定性

研究简支的受轴向周期激励的粘弹性柱动力稳定性,柱的材料满足分数导数型本构关系.建立了描述粘弹性柱动力学行为的弱奇异性Volterra积分-偏微分方程,利用Galerkin方法将其化归为弱奇异性Volterra积分-常微分方程.利用平均化方法的思想给出了粘弹性柱运动稳定状态的存在性条件.给出一种新的计算方法,克服了存储整个响应历史数据的困难,并给出了数值算例,计算结果与解析方法的结论比较吻合.     

带激波的一维非定常两相流动的数值模拟

本文将处理带激波的单相气体非定常流动问题的两种高分辨数值方法(随机取样法和二阶GRP有限差分法)推广应用于气固悬浮体(亦称含灰气体)两相情况,计算了含灰气体激波管中两相激波特性、波后流场结构及气固两相流动参数随时间的变化.数值结果表明:这两种方法均能给出带有尖锐间断阵面的两相激波松弛结构.二阶GRP方法在计算精度和机时耗用等方面优于随机取样法.     

低超声速绕球流动的数值模拟

本文选择对不同Mach数M_∞都适用的曲线坐标和转换函数,将物理平面上的控制方程变换到计算平面上去,并使计算流场的范围都落在脱体激波、物面和声速线附近。这样在M_∞→1的低超声速下脱体激波远离物体时大大地缩小了计算流场的范围。本文用高精度的TVD差分格式求解了低超声速圆球绕流,所得结果如脱体激波、声速线位置等与实验结果吻合极好,解决了多年来在1.3≥M_∞>1范围内一些圆球绕流介的矛盾结果。本文得到的M_∞=1.05下的绕球流场结果是目前尚未见到的。     

非凸单个守恒律初边值问题的整体弱熵解的构造

本文研究具有两段常数的初始值和常数边界值的非凸单个守恒律的初边值问题.在流函数具有一个拐点的条件下,由相应的初始值问题弱熵解的结构和Bardos-Leroux-Nedelec提出的边界熵条件,给出初边值问题整体弱熵解的一个构造方法,澄清弱熵解在边界附近的结构.与严格凸的单个守恒律初边值问题相比,非凸单个守恒律初边值问题的弱熵解中包括下列新的相互作用类型:一个接触或非接触激波碰到边界,边界弹回一个非接触激波.     

功能梯度压电空心圆柱中分数阶热弹导波的频散和衰减特性

基于分数阶热电弹性理论和Legendre多项式方法,构建了功能梯度空心圆柱中导波传播的数学模型.讨论了分数阶次、压电效应、径厚比等对导波传播,特别是对其衰减的影响规律.数值结果表明,压电效应对衰减的影响主要集中在截止频率和突变频率附近,并使得突变频率发生前移;分数阶对热波模态相速度和衰减的影响较大,且热波相速度存在模态交叉,在交叉频率点附近分数阶对相速度的影响相反;热波衰减随着分数阶增大而逐渐减小;第一阶纵向模态衰减受到了压电效应的抑制,其余模态衰减都显著增大,并且电开路受到的影响要比电短路状态大.