改进的三阶WENO-Z+格式及其应用

为改善三阶WENO格式的耗散特性,提高其对流场结构的分辨率,在三阶WENO-Z+格式（WENO-Z+3）基础上,构造不同形式的全局光滑因子,提出一种改进的WENO-Z+3格式（NWENO-Z+3）.选取Sod激波管、双爆轰波碰撞、激波与熵波相互作用、双马赫反射等经典算例,考察该格式的计算性能,结果表明：NWENO-Z+3格式具有更低耗散性和更高的分辨率.数值研究柱形高压气体爆炸波在单舱室和连通舱室内部的传播过程及波系演化.结果表明：改进格式NWENO-Z+3能够较好地模拟包含高压比、高密度比的爆炸波系结构.     

激波诱导混合增强数值研究

基于三阶ENN格式,通过引入权函数,构造了一种具有四阶或五阶精度的WENN高阶格式,并用此格式数值研究了激波诱导混合增强问题.结果表明,激波诱导方法能进一步加强燃料与空气的混合,这种高阶WENN格式能高分辨地捕捉流场细节.     

三点强紧致加权高分辨率高阶格式及其应用

本文分别给出了采用有限体积计算时采用高阶格式遇到的网格单元体界面上三阶、四阶与五阶格式精度下的数值通量表达式,并且给出了确定权函数过程中所遇到的光滑因子表达式．文中首先对模型方程进行了格式分辨率方面的检验,然后将格式用于某涡轮级的实际流场计算．数值结果表明:所给出的高分辨率、高阶格式具有较高的激波分辨率并且具有较高的数值精度,在计算流场时,它可以用较少网格点去取代普通低阶精度格式下所采用的较密网格．     

高精度非定常激波装配法

为正确模拟高超声速绕流中,来流小扰动与弓形激波之间的干扰对流动特征的影响,将弓形激波作为动边界,利用非定常特征关系处理激波处的边界条件.应用五阶精度迎风紧致格式和六阶精度的对称格式与三阶精度的R-K方法相结合,建立高精度非定常激波装配方法.采用该方法数值模拟钝锥高超声速定常流场和二维抛物外形高超声速边界层流动的感受性问题,数值模拟来流小扰动与弓形激波干扰激波后非定常扰动流场,研究扰动波进入边界层产生边界层不稳定波的特征.     

采用Power限制器的PNND和PWNND格式

为高精度捕捉激波等流场结构,引入一种Power限制器,对NND格式和WNND格式进行改进,分别得到二阶PNND(Power NND)格式和三阶PWNND(Power WNND)格式.该Power类型格式通过Power限制器对相邻待选模板上的一阶导数进行限制,改善了NND格式和WNND格式在间断附近的耗散效应.对各种格式的分析表明,在间断附近采用Power限制器的格式比原格式的表现要好,耗散小且捕捉间断精度高,其中PNND格式虽然只有二阶精度,但在所有算例中与三阶WNND格式的计算结果比较接近,在个别算例中甚至优于WNND格式.最后将PWNND格式应用到二维NACA0012翼型的强迫俯仰振动的数值模拟,计算结果与实验值、参考计算值吻合较好.     

多车种LWR交通流模型的半离散中心迎风格式

对多车种LWR交通流模型,给出一种半离散中心迎风格式,该格式以五阶WENO-Z重构和半离散中心迎风数值通量为基础.WENO-Z重构方法的引入提高了格式的精度,并保证格式具有基本无振荡的性质.时间的离散采用保持强稳定性的Runge-Kutta方法.通过数值算例验证了格式的有效性.     

高分辨率熵相容格式及其在激波流动中的应用

为解决熵守恒格式在激波附近出现数值振荡的问题,本文将熵相容格式与MUSCL格式相结合,提出一种既能适合于激波问题、又不依赖于传统人工黏性经验模型的高分辨率熵相容格式,通过对多个激波问题的数值计算,并对比二阶中心格式、熵守恒格式、熵相容格式和高分辨率熵相容格式的计算结果,发现:熵相容格式具有较好的激波捕捉能力,有效解决了熵守恒格式在激波附近的数值振荡问题;MUSCL重构格式进一步提高了熵相容格式的数值模拟能力,既能精确捕捉激波附近的流动细节,又在光滑区保持二阶精度;在对比的四种格式中,本文提出的高分辨率熵相容格式对激波问题的预测性能最佳。该项工作对发展激波湍流相互作用模型、提高跨/超音速叶轮机械流动预测精度具有理论价值和应用潜力。     

叶栅激波流场的数值模拟与高分辨率差分格式

一、前言 近年来,激波流场数值模拟技术的一个重要进展,是各种高分辨率总变差减小(TVD)格式的建立和发展。这类格式与常用的中心差分方法相比,其突出的优点在于,不需要人为地在差分方程中附加耗散项就能给出激波上、下游无波动的数值解,保证了数值流场具有很高的空间分辨率。目前这种方法已引起人们的高度重视,并逐渐发展成为应用计算中的流行格式。本文的目的,是探讨TVD格式在叶栅激波流场数值分析     

黏性激波管的有限体积WENO格式数值模拟

本文采用OpenFOAM软件下实现的一种可实现任意阶数,可应用于非结构网格的有限体积WENO格式对黏性激波管问题进行模拟。模拟中对流项离散采用3阶精度、4阶精度该类WENO格式,网格形式采用结构网格和三角形非结构网格。结果表明,采用该类格式,三角形非结构网格的算精度、效率优于结构网格,3阶精度格式计算效率优于4阶精度。该工作表明OpenFOAM下采用3阶精度该类格式及非结构网格对叶轮机械内部流动等复杂流场的模拟更具优势与应用潜力.     

非结构网格下非定常流场双时间步长的加权ENO-强紧致杂交高分辨率格式

针对三维非定常、可压缩流场的Navier-Stokes方程组,本文提出一种新的双时间步长高精度快速迭代格式。该格式在时间上具有二阶精度,在空间离散上不低于三阶。在对流项与粘性项的处理上,本格式分别采用了加权ENO-强紧致格式与紧致四阶精度格式的思想。几个典型算例的实践表明:计算结果与相关实验数据比较吻合,初步表明了该算法可以在非结构网格下具有高效率与高分辨率的特征。     

高分辨率激波捕捉格式及其CFD应用

在曲线坐标下将高分辨率AUSMPW激波捕捉格式扩展到三维问题。为了提高计算精度,采用三阶MUSCL格式,将AUSMPW格式与隐械时间推进法LU－SGS方法结合,应用于可压缩无粘和有粘流动的数散模拟,计算结果与文献中计算结果和实验数据相符,并将该格式与CD、TVD、FVS和FD格式进行了比较。     

rGFM和level-set方法在水柱群和喷管流场计算中的应用

计算平面运动激波和水柱群相互作用以及喷管流场.在Descartes网格中利用level-set方法分别追踪气/水和气/固界面,采用rGFM方法处理气/水和气/固界面边界条件.将喷管内壁简化为气/固界面并施加固壁边界条件,内壁型线数据拟合采用三次样条插值.采用5阶WENO格式分别求解Euler方程、level-set方程和界面重新初始化方程.给出激波和水柱群相互作用流场密度纹影图和指定点p-t曲线以及喷管流场压力、密度云图和速度场.改进界面法线确定方法可提高Riemann问题构造精度.可分辨运动激波和水柱群作用产生的复杂激波波系,表明激波在各水柱界面的透射和反射、在列和行水柱界面的多次反射和透射.水柱群下游区域的激波波后压力下降,表明激波加热水柱群附近气流和反向运动的反射激波造成了激波衰减.喷管流场数值解和理论解相符.     

三角翼涡破裂的高精度数值模拟

采用5阶精度的加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)数值模拟65°后掠角尖前缘三角翼的大攻角跨声速绕流流场,考察低耗散、高分辨率的WCNS-E-5格式对于三角翼涡破裂模拟的适用性,及激波旋涡干扰对涡破裂点位置的影响,重点研究三角翼大攻角旋涡破裂点的突然前移.通过求解任意坐标系下的非定常雷诺平均N-S方程,采用WCNS-E-5和SST两方程湍流模型,与试验结果和文献计算结果对比,表明既有高阶精度又能光滑捕捉激波的WCNS格式在模拟三角翼旋涡破裂方面具有一定优势,其数值结果与试验结果吻合较好,三角翼大攻角旋涡破裂点的突然前移是由于跨声速流场的激波旋涡干扰.     

超黏性激波捕捉技术在激波/火焰相互作用问题中的应用

本文基于时空三阶精度的两步泰勒伽辽金有限元高阶格式(TTGC)上实现了一种超黏性激波捕捉技术.该激波捕捉技术通过引入网格相关的体积黏性项和剪切黏性项以提高对激波/湍流相互作用过程的捕捉精度和可靠性.利用经典的一维SOD激波管算例和一维Shu-Osher算例对此激波捕捉技术进行了数值验证。并将该技术用于模拟了激波与火焰的相互作用问题,分析了火焰的演化过程及激波/边界层相互作用过程,揭示了分叉结构对火焰传播特性的影响.研究表明超黏性激波捕捉技术能够有效捕捉超声速反应流中的激波、湍流和边界层等复杂流动信息,同时能很好地控制激波附近的数值耗散现象.     

一类新型激波捕捉格式的耗散性与稳定性分析

高超声速流动是高复杂性的可压缩黏性流动, 其中存在激波、剪切层、激波/激波干扰、激波/边界层干扰、旋涡与分离流动等复杂流场结构. 对其进行准确模拟需要使用低耗散、强鲁棒性的激波捕捉方法. 本文基于一类新型的通量项分裂方法, 提出了一种耗散低且鲁棒性好的激波捕捉格式K-CUSP-X. 对该格式的耗散性和激波稳定性进行了详细的理论分析, 得到了格式激波稳定的数值条件. 推论认为, 迎风格式激波稳定的充分条件为速度扰动量具有衰减性, 数值实验验证了该推论. 研究表明, 该格式与Toro提出的通量分裂格式K-CUSP-T相比, 在保证精确捕捉接触间断的同时, 又具有更好的稳定性, 在激波处不会产生“红玉”现象.     

多级风扇/压气机三维粘性流场的数值分析

采用叶排间掺混面模型,研究了多级跨音速风扇及压气机三维粘性流动数值模拟问题,利用ＬＵ－ＳＧＳ隐式算法使计算过程快速收敛,通过高分辨率格式改善跨音速流场中激波的分辨率。对某双级跨音速风扇及五级压气机流场进行了计算,双级风扇各状态的计算结果与实验数据吻合较好。     

面向高超声速飞行器的激波智能预测方法

高超声速飞行器激波位置的准确预测能够有效提升数值模拟的精度和效率。一方面, 对高超声速飞行器激波附近网格进行正交和加密处理, 可有效提升数值计算精度; 另一方面, 使用高超声速飞行器激波位置对计算网格进行修正, 能够加速CFD计算收敛过程。提出了一种基于机器学习的高超声速飞行器激波智能预测方法, 对典型高超声速飞行器外形进行激波位置的高效准确预测。首先, 针对典型高超声速飞行器外形和典型飞行状态, 使用数值模拟方法获得收敛的流场, 并采用基于Mach数等值线的激波提取方法, 从流场中判别激波面并提取构成激波面的关键点位置, 形成训练数据; 然后采用有监督学习算法, 学习关键点位置, 并利用二次曲线沿流向拟合关键点形成初步的激波线族; 最后, 基于剖面压力云图, 构造基于投影压力图像的智能预测神经网络, 对初步形成的激波线族进行修正, 并获得三维激波面。大量的实验结果表明, 激波预测模型能够对高超声速飞行器激波位置做出准确预测, 预测的激波面与CFD数值计算结果中提取的激波面误差在10-4量级。      

膨胀不足超音速自由射流的数值模拟

激波自喷管口出射到低压滞止大气中所形成的流场可简化为轴对称定常流动问题。本文采用二阶精度迎风ＴＶＤ格式对膨胀不足超音速自由射流进行了数值模拟。     

激波与SF6球形气泡相互作用的数值研究

本文基于大涡模拟方法, 采用高阶精度格式对平面入射激波以及不同反射距离条件下的反射激波与SF₆重气泡相互作用过程进行了三维数值模拟. 数值结果清晰地显示了SF₆重气泡在激波作用下诱导Richtmyer-Meshkov不稳定性过程, 揭示了入射激波以及反射激波在气泡界面聚焦诱导射流的过程, 详细分析了不同反射距离条件下反射激波与SF₆重气泡作用过程及流场结构.     

用高分辨差分格式解SNS方程

本文从Sweby的显式TVD格式^[2,3]出发,构造发一个推进方向一阶精度、侧向二阶精度的隐式TVD差分格式,并用于解可压缩流定常简化Naviev-Stokes(SNS)方程。对不出现流向分离的平板边界层和激波—边界层相互干扰两个问题的数值计算表明,方法可以有效捕捉流场中的间断。