平面叶栅气膜冷却流动的数值模拟

为了能够准确地对透平叶栅气膜冷却效率进行数值预测,本文采用了FNM形式的结构化网格,对一个平面叶栅中的气膜冷却流场进行了数值模拟。计算中采用了包括LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的MUSCL TVD格式的时间推进算法求解三维RANS方程以及低Reynolds数q-ω双方程湍流模型。计算结果表明本文采用的模型及方法在低吹风比的条件下可以较准确地对气膜冷却效率进行数值预测。     

MUSCL格式TV性质的非线性分析

分析求解非线性双曲型守恒律的MUSCL类格式的TV性质。首先从该类格式的一般形式出发,提出和证明了该类格式实现TVD的需求。所提TVD需求直接表示为对变量变差符号和量值限制,体现了双曲型方程解的依赖域原理,为分析MUSCL格式的TV性质提供了理论工具。同时提出了基于TVD需求再构数值解分布,以降低数值耗散从而提高接触面及膨胀波头/波尾分辨率的基本思路。     

双曲守恒律的Taylor-Galerkin有限元方法

利用双曲守恒律的Hamilton-Jacobi方程形式,应用Taylor公式与Galerkin有限元给出了求解双曲守恒律的计算方法。采用TVD差分格式的构造思想,对数值通量作修正,在等距网格情形下有限元方法得到的计算格式满足TVD性质,并给出了数值例子。     

非均匀网格泊松方程高阶紧致离散及加速方法

本文将非均匀网格直接离散的高阶紧致格式从二维推广到三维,结合附加修正多重网格方法提高了传统迭代方法的收敛效率,并且验证了该格式在不同边界条件的数值表现。结果表明:该方法可以有效的求解NS方程中的压力泊松方程.     

一种基于多矩的有限体积浸入边界法

基于多矩VSIAM3格式及浸入边界法,提出一套在复杂计算区域内求解不可压缩流动的数值格式.不可压N-S方程使用VSIAM3格式进行离散,引入浸入边界法处理复杂、移动边界,使用虚拟网格方法计算动量方程修正项,同时还考虑了对连续方程的修正.使用标准算例对数值模式进行验证.     

旋转回流的一种多重交错网格计算方法

针对圆柱坐标系下原始变量Navier Stokes方程,在有限控制容积法和压力修正的基础上,引入多重交错网格算法及非线性方程的FAS全近似格式,并对封闭圆柱空腔内的旋转流动进行数值模拟.     

径向压气机动叶中三元流动的计算

本文采用以MacCormack法为基础的时间相关有限体积法,对径向压气机动叶中三元流动进行了数值计算.文中上风格式和交错网格的运用保证了求解的稳定性并给方程的离散求解带来了很大的好处.计算结果和实验数据的吻合程度是令人满意的.     

基于CFD/CSD的舵面控制气动弹性数值模拟方法

在动态网格上通过耦合求解流动控制方程和结构动力学方程, 发展了一种舵面控制下飞行器运动响应过程中气动弹性数值模拟研究方法.流动控制方程采用N-S方程, 结构动力学采用线性模态叠加方法, 其中流动控制方程空间离散采用基于非结构网格的有限体积方法, 对流通量采用计算HLLC格式, 非定常时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法.模拟中, 气动运动和结构变形在双时间步长方法推进过程中采用改进松耦合方法, 气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法实现, 飞行器的运动和变形采用基于重叠网格和Delaunay图映射变形网格相结合的方法进行处理.采用多个考核算例对发展的数值方法进行考核验证, 结果表明该方法可以高效精确模拟舵面开环控制下飞行器运动响应过程中的气动弹性特性.      

湍流模式对转捩的初步研究

采用二阶时间精度的LU-SGS-τTS目的进行时间推进求解Navier-Stokes方程组,用基于Roe的六阶对称TVD格式离散对流项,并采用Baldwin-Lomax和Spalart-Allmaras模式对平板边界层、Aerospatial A-profile翼型低速大迎角及RAE-2822翼型跨声速激波/边界层干扰流动进行数值分析,自动捕捉流动的转捩过程,获取了有意义的结果.     

曲率相关的爆轰波在非结构四边形网格上的数值方法

假设爆轰波阵面的法向速度是曲率的线性函数,在非结构四边形网格上采用水平集方法模拟爆轰波阵面的运动过程.水平集方程的曲率无关项采用正格式离散,曲率项采用伽辽金等参有限元方法空间离散,时间离散采用半隐格式.在笛卡儿网格和随机网格上,含曲率的水平集方程的离散格式为强一阶精度,重新初始化方程的离散格式精度为近似一阶精度.曲率收缩的不光滑界面和多个爆轰波阵面相互作用的算例说明格式可有效地模拟爆轰波与曲率相关的运动.     

采用高分辨率高精度格式求解跨音压气机转子内三维粘性流场

采用一种新型的ＬＵ隐式算法及４－５阶高分辨率ＴＶＤ格式求解了叶轮机械内的三维Ｎ－Ｓ方程和ｑ－ｗ湍流模型。应用几何法与ＰＤＦ方法混合的网格生成程序,得到了ＲＯＴＲＯ３７跨音速压气机转子内的Ｈ型网格,并将数值模拟的结果同ＬＤＶ实验值进行了比较。     

透平级非设计工况气动性能的数值模拟

采用新型 ＬＵ隐式格式和改良型高阶 ＭＵＳＣＬ ＴＶＤ格式求解全三维雷诺平均的 Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和 ｑ－ｗ低雷诺数双方程湍流模型,对一台ＮＡＳＡ跨音单级透平在不同工况下的内部流场进行了详细的数值模拟,并与可能得到的实验结果进行了对比。总结了小流量工况下动叶内部流动的分离模式。     

叶栅内定常及非定常粘性流动数值模拟

本文给出了一个模拟叶栅内准三维定常和非定常粘性流动的数值方法。对于定常流动,采用ＴＶＤ Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式和代数湍流模型求解雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程,使用当地时间步长和多网格技术使计算加速收敛到定常状态;对于非定常流动,使用双时间步长和全隐式离散,采用与求解定常流动相似的多网格方法求解隐式离散方程。文中给出了ＶＫＩ透平叶栅内的定常流结果和１．５级透平叶栅内的非定常数值结果。     

Sixth order compact scheme combined with multigrid method and extrapolation technique for 2D poisson equation

We develop a sixth order finite difference discretization strategy to solve the two dimensional Poisson equation, which is based on the fourth order compact discretization, multigrid method, Richardson extrapolation technique, and an operator based interpolation scheme. We use multigrid V-Cycle procedure to build our multiscale multigrid algorithm, which is similar to the full multigrid method (FMG). The multigrid computation yields fourth order accurate solution on both the fine grid and the coarse grid. A sixth order accurate coarse grid solution is computed by using the Richardson extrapolation technique. Then we apply our operator based interpolation scheme to compute sixth order accurate solution on the fine grid. Numerical experiments are conducted to show the solution accuracy and the computational efficiency of our new method, compared to Sun–Zhang’s sixth order Richardson extrapolation compact (REC) discretization strategy using Alternating Direction Implicit (ADI) method and the standard fourth order compact difference (FOC) scheme using a multigrid method.     

自发凝结流动数值模拟方法及其在Laval喷管中的应用

本文对存在自发凝结的湿蒸汽两相流动建立了完全欧拉坐标系统下的数理模型。采用考虑了真实流体性质的 LU-SGS-GE隐式时间推进算法和改良型高精度、高分辨率MuSCL TVD差分格式求解存在自发凝结的汽液两相流动控制方程组。文中水及水蒸汽性质数据全部取自IAPWS-IF97国际标准公式。对某Laval缩放喷管内的湿蒸汽自发凝结流动的数值模拟结果表明,本文所采用的数理模型及计算方法是有效和可靠的。     

跨音速轴流压气机级三维粘性流场全工况数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解跨音速轴流压气机级内部流场及全工况特性。该方法以LU-SGS-GE隐式格式和MUSCL TVD迎风格式为基础,结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型,对三维可压缩雷诺平均Navie-Stokes方程进行求解。叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术。计算得到了NASA 37号低展弦比、跨音速轴流压气机级70％设计转速下的全工况性能曲线,并重点分析了其中一些典型工况下的内部流场。计算与实验结果的对比表明此方法能快速得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速轴流压气机级内的全工况三维粘性流动。     

用多重网格TVD－LW格式数值求解N－S方程

用多重网格ＴＶＤ－ＬＷ格式数值求解Ｎ－Ｓ方程刘建军，蒋洪德（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）关键词：ＴＶＤ－ＬＷ格式，Ｎ－Ｓ方程一、前言用时间推进法数值求解雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，不仅能够模拟从低亚音速到高超音速的复杂定常...     

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。     

A simple multigrid scheme for solving the Poisson equation with arbitrary domain boundaries

We present a new multigrid scheme for solving the Poisson equation with Dirichlet boundary conditions on a Cartesian grid with irregular domain boundaries. This scheme was developed in the context of the Adaptive Mesh Refinement (AMR) schemes based on a graded-octree data structure. The Poisson equation is solved on a level-by-level basis, using a “one-way interface” scheme in which boundary conditions are interpolated from the previous coarser level solution. Such a scheme is particularly well suited for self-gravitating astrophysical flows requiring an adaptive time stepping strategy. By constructing a multigrid hierarchy covering the active cells of each AMR level, we have designed a memory-efficient algorithm that can benefit fully from the multigrid acceleration. We present a simple method for capturing the boundary conditions across the multigrid hierarchy, based on a second-order accurate reconstruction of the boundaries of the multigrid levels. In case of very complex boundaries, small scale features become smaller than the discretization cell size of coarse multigrid levels and convergence problems arise. We propose a simple solution to address these issues. Using our scheme, the convergence rate usually depends on the grid size for complex grids, but good linear convergence is maintained. The proposed method was successfully implemented on distributed memory architectures in the RAMSES code, for which we present and discuss convergence and accuracy properties as well as timing performances.     

多重网格法在非结构网格中的应用

将多重网格法运用于非结构网格.网格是通过聚合法得到的,网格之间是相互关联的.方程的求解采用Jamson的有限体积法.给出了二维、三维情况的数值算例.