福建海岸带地质环境背景与海水入侵的形成条件探讨

提出一种新的网格自适应方法：在需要加密的网格单元中心加入新结点,并对加密后的相邻 三角形网格单元进行公共边变换, 构成新的网格单元. 与传统的在网格边界中点加入新节点的自 适应方法相比,新方法可以更加灵活地控制网格密度,加密后的网格继承原先的网格质量不 发生畸变,并且算法编程简便,容易实现. 将自适应网格生成方法和基于特征线方程的分离 算法相结合,对空腔内不可压缩黏性流动进行了计算. 在特征线方向上进行时间步离散,动 量方程求解过程中采用非增量型分离算法. 计算中,把求解变量梯度值作为判定准则,在 变化剧烈的区域进行网格局部加密. 计算结果表明该组合算法有很好的计算精度,并有效减 少了计算时间和存储量.     

二维稳定流形的自适应推进算法

稳定和不稳定流形是研究动力系统全局特性的重要工具. 一般系统的稳定和不稳定流形的曲率在全局范围内会有明显变化,应根据流形曲率的变化采用不同尺寸的网格单元计算全局流形. 然而在现有二维流形算法中,流形网格单元的尺寸在全局范围内是统一的. 为持续有效地计算全局稳定流形,提高计算网格对流形曲率变化的适应性. 本文在偏微分方程算法的基础上提出一种二维稳定流形的自适应推进算法. 该算法的基本思想是根据稳定流形曲率的变化自适应地调整网格单元的尺寸. 该算法首先在系统的稳定特征子空间中确定稳定流形的一个初始估计,该初始估计的网格单元尺寸设置为初始大小. 然后根据稳定流形网格前沿的曲率特点自适应地产生新的备选网格单元,继而根据相切性条件更新备选点的坐标,并将距离平衡点最近的备选点接受为已知点,最后更新稳定流形网格的前沿并自适应地产生新的备选网格单元,通过这个迭代过程使流形网格自适应地向前推进. 本文算法通过引入流形单元尺寸自适应,成功实现了洛伦兹流形和类球面流形的计算,并与偏微分方程算法进行了对比,结果表明自适应推进算法的流形计算单元的尺寸可在全局范围内根据流形曲率自适应地调整. 利用自适应推进算法计算二维稳定流形,可实现稳定流形的自适应推进.      

二维稳定流形的自适应推进算法

稳定和不稳定流形是研究动力系统全局特性的重要工具.一般系统的稳定和不稳定流形的曲率在全局范围内会有明显变化,应根据流形曲率的变化采用不同尺寸的网格单元计算全局流形.然而在现有二维流形算法中,流形网格单元的尺寸在全局范围内是统一的.为持续有效地计算全局稳定流形,提高计算网格对流形曲率变化的适应性.本文在偏微分方程算法的基础上提出一种二维稳定流形的自适应推进算法.该算法的基本思想是根据稳定流形曲率的变化自适应地调整网格单元的尺寸.该算法首先在系统的稳定特征子空间中确定稳定流形的一个初始估计,该初始估计的网格单元尺寸设置为初始大小.然后根据稳定流形网格前沿的曲率特点自适应地产生新的备选网格单元,继而根据相切性条件更新备选点的坐标,并将距离平衡点最近的备选点接受为已知点,最后更新稳定流形网格的前沿并自适应地产生新的备选网格单元,通过这个迭代过程使流形网格自适应地向前推进.本文算法通过引入流形单元尺寸自适应,成功实现了洛伦兹流形和类球面流形的计算,并与偏微分方程算法进行了对比,结果表明自适应推进算法的流形计算单元的尺寸可在全局范围内根据流形曲率自适应地调整.利用自适应推进算法计算二维稳定流形,可实现稳定流形的自适应推进.     

网格自适应技术在复杂外形流场模拟中的应用

建立了一套适用于非结构混合网格自适应方法,针对激波和涡的不同特征采用不同加密探测器,各向异性加密棱柱单元并沿物面法向方向剖分所有棱柱层,各向异性剖分四面体单元,并保证四面体与棱柱交界面上网格协调。构造Hermit插值近似投影物面新加网格点和基于Laplacian光滑方法对空间网格进行优化。通过网格自适应加密,使用Roe格式计算高超声速球头绕流的红玉现象得到明显减轻。F16飞机含激波和脱体涡的流场自适应计算表明,网格加密集中在激波面和涡核附近区域,激波和涡计算更准确。     

基于自适应直角网格的二维全速势方程有限体积解法A finite volume method for 2D Full-Potential equation on adaptive Cartesian grids

为满足亚声速和跨声速飞机概念设计中快速气动计算的需求,研究和发展一种基于自适应直角网格的非线性全速势方程有限体积解法。要点如下。（1）在几何自适应直角网格的基础上,使用结合单元融合的网格切割算法处理物面边界,提出一种修正非贴体切割网格的方法。（2）采用隐式格式结合GM RES算法求解该非线性位流方程,针对流场的自适应来捕捉激波。（3）采用镜像法处理物面边界处的无穿透条件,并提出解析的方法来修正镜像单元的值。（4）针对直角网格的特点,提出在库塔线上插入库塔单元的方法施加库塔条件。NACA0012翼型绕流的算例结果表明,该方法用于亚声速和跨声速气动计算能得到令人满意的结果,且自动化程度高、收敛速度快。     

基于无网格稳定化方案求解非稳态强对流问题的自适应节点加密技术

无网格Taylor最小二乘(MFLS)稳定化方案可有效地消除无网格Galerkin方法求解对流占优问题时产生的数值伪振荡,但当对流作用很强或纯对流时,它的求解效果不尽人意.因此,本文基于MFLS稳定化方案给出了一种自适应节点加密技术.该技术将无网格方法中背景积分单元作为自适应节点加密时物理量梯度指标的控制单元,并计算该控制单元上的物理量梯度指标;然后将其与给定的物理量梯度指标限进行比较,标识出大梯度区域从而进行自适应节点加密.数值实验表明,当求解对流作用很强的问题或纯对流问题时,这种基于MFLS稳定化方案的自适应节点加密技术不仅能有效地标示出数值振荡区域,而且可以彻底地消除数值伪振荡.     

基于自适应直角网格的二维全速势方程有限体积解法

为满足亚声速和跨声速飞机概念设计中快速气动计算的需求,研究和发展一种基于自适应直角网格的非线性全速势方程有限体积解法。要点如下。(1)在几何自适应直角网格的基础上,使用结合单元融合的网格切割算法处理物面边界,提出一种修正非贴体切割网格的方法。(2)采用隐式格式结合GMRES算法求解该非线性位流方程,针对流场的自适应来捕捉激波。(3)采用镜像法处理物面边界处的无穿透条件,并提出解析的方法来修正镜像单元的值。(4)针对直角网格的特点,提出在库塔线上插入库塔单元的方法施加库塔条件。NACA0012翼型绕流的算例结果表明,该方法用于亚声速和跨声速气动计算能得到令人满意的结果,且自动化程度高、收敛速度快。     

三维各向异性叉树网格流场自适应算法研究

建立了三维叉树形网格的数据结构,并将结构网格的有限体积法引入到叉树网格中,建立了相应的NS方程求解方法。在此基础上完善了包括各向异性自适应判别、合并/分裂、网格优化等步骤的算法,并提出了对流场结构进行“保护”性加密的优化加密方式。基于自适应叉树网格对高超声速横向喷流流场进行了数值模拟,捕捉到细致的流场结构,并将壁面压力系数计算值与文献试验值比较,得到了很好的模拟效果,具有较高的流场分辨精度。     

基于双重自适应的六面体网格再生成方法

提出了一种以栅格法为基本方法,基于几何特征和物理场量双重自适应的六面体网格再生成方法。首先,依据旧网格的表面曲率和几何特征,采用基于栅格法的几何自适应网格再生成方法,生成密度受控的基础网格;然后,将旧网格的物理场量传递到基础网格中;最后,采用有限元误差估计方法对新网格单元的计算误差进行估计,对误差较大的单元进行加密,减...     

对流占优问题的无网格自适应布点方案

应用常规数值方法求解对流占优的对流扩散方程时会出现非物理的数值伪振荡现象.因此本文提出了一种基于无网格径向点插值法的自适应布点方案,并成功地解决了对流占优时的数值伪振荡问题.在自适应布点的实施过程中,该方案将无网格方法中的背景积分单元作为自适应控制的梯度计算单元,并将该控制单元场函数梯度的大小作为自适应的梯度控制指标,然后给定相应的梯度控制限,通过控制指标和梯度限的比较来指示高梯度区域进行自适应中心加点和梯度计算单元的分解.数值结果表明:这种基于无网格径向点插值法的自适应布点方案不仅能有效地消除对流占优时的数值伪振荡现象,而且它还具有计算精度高、数值稳定性好、算法实施简单、前后处理方便的优点.     

一种快速稳健的并行多块结构动网格方法

为解决传统网格处理方法不能满足复杂外形在大设计空间内进行优化时对网格质量的要求的问题,提出了一种并行多块动网格方法,该方法基于初始外形的多块结构网格,根据优化过程中个体外形与初始外形拓扑结构相近的特性,利用体样条插值方法来拟合多块结构网格各块顶点的位移,得到几何外形变化后的拓扑结构,再利用无限插值方法并行地移动初始外形多块结构网格的边、面和块内的网格点,进行光顺处理后得到变形后几何外形的空间网格;该方法在保证网格质量的同时,可以极大地提高网格生成效率,本文以某翼身组合体为例结果表明,该方法在大设计空间的复杂外形设计问题中具有很强的实用性。     

A new numerical algorithm for viscoelastic fluid flows : The grid-by-grid inversion method

We present a new algorithm for solving viscoelastic flows with a general constitutive equation. In our approach the hyperbolic constitutive equation is split such that the term for the convective transport of stress tensor is treated as a source. This allows the stress tensor at each grid point to be expressed mainly in terms of the velocity gradient tensor at the same point. Then, the set of six stress tensor components is found after inverting a six by six matrix at each grid point. Thus we call this algorithm the grid-by-grid inversion method. The convective transport of stress tensor in the constitutive equation, which has been treated as a source, is updated iteratively. The present algorithm can be combined with finite volume method, finite element method or the spectral methods. To corroborate the accuracy and robustness of the present algorithm we consider viscoelastic flow past a cylinder placed at the center between two plates, which has served as a benchmark problem. Also considered is the investigation of the pattern and strength of the secondary flows in the viscoelastic flows through a rectangular pipe. It is found that the present method yields accurate results even for large relaxation times.     

采用Poisson方程生成曲线网格时源项P、Q选择的研究

采用 Poisson方程进行曲线网格生成时 ,如何确定合适的调节因子 P、Q函数是网格生成技术中的一个重要的研究内容。本文提出一种新的构造 P、Q函数的方法 ,该方法直接利用边界网格节点的分布信息来控制区域内部网格节点的分布 ,生成的正交曲线网格令人满意。该方法可应用于河道、湖泊等一类复杂边界的二维流速场的数值模拟中。     

Numerical simulation of fluid flows using an unstructured finite volume method with adaptive tri‐tree grids

A tri‐tree grid generation procedure is developed together with a finite volume method on the unstructured grid for solving the Navier–Stokes equations. A hierarchic numbering system for the data structure is used. The grid is adapted by adding and removing cell elements dependent on the vorticity magnitude. A special treatment is developed to ensure good quality triangular elements around the cylinder boundary. The adopted finite volume method is based on the cell‐centred scheme. The pressure–velocity coupling is treated using the SIMPLE algorithm. A modified QUICK scheme for unstructured grids is derived. The developed method is used to simulate the flow past a single and multiple cylinders at low Reynolds number. The obtained results are in good agreement with the published data. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于混合网格的低声爆反设计方法研究

低声爆设计方法已成为新一代军民用超声速飞机研制过程中必须解决的关键难题之一。针对传统SGD低声爆外形反设计方法无法对声爆近场非线性效应进行描述和分析的缺点,提出了利用CFD方法求解得到的声爆近场压力分布代替F函数进行低声爆反设计的方法。声爆近场预测采用点-点对接的结构/非结构混合网格,充分利用非结构网格对复杂外形适应性强和结构化网格计算效率高的优点。结果分析表明,基于改进后的低声爆反设计方法得到的方案在声爆超压以及感觉噪声级等方面都比基于原始SGD方法得到的方案有较大改善。     

Grid Method for Microscale Discontinuous Deformation Measurement

The objective of this paper is to explore both grid method and Digital Image Correlation (DIC) technique for microscale and discontinuous displacement measurements, such as those associated with crack tips. First, the principle of the grid method is revisited. The grid method and DIC technique are then applied to computer generated images to calculate the displacement field around crack tips. Finally, the grid method is applied to actual experimental images of fracture tests which are conducted inside a Scanning Electron Microscope (SEM) chamber. A new technique is developed to generate microscale pattern that is suitable for both grid method and DIC technique. The displacement fields calculated from grid method are compared with those from DIC technique to identify the strengths and weaknesses of each technique for the microscale and discontinuous displacement measurements. It has been determined that grid method can obtain data closer to the discontinuity than DIC; however, DIC produces smoother displacement fields at the far field. Using this new pattern generation technique, both grid method and DIC technique can be applied to the fracture test at the microscale to complement with each other to achieve the best experiment results.     

High-order overset grid method for detecting particle impaction on a cylinder in a cross flow

An overset grid method was developed to investigate the interaction between a particle-laden flow and a circular cylinder. The method is implemented in the Pencil Code, a high-order finite-difference code for compressible flow simulation. High-order summation-by-parts operators were used at the cylinder boundary, and both bi-linear Lagrangian and bi-quadratic spline interpolation were used to communicate between the Cartesian background grid and the body-conformal cylindrical grid. The performance of the overset grid method was assessed to benchmark cases of steady and unsteady flows past a cylinder. Results show high-order accuracy and good agreement to the literature. Particle-laden flow simulations were performed, with inertial point particles impacting on a cylinder. The simulations reproduced results from the literature at a significantly reduced cost. Further, an investigation into blockage effects on particle impaction revealing that the previously published DNS data is less accurate than assumed for particles with very small Stokes numbers.     

基于SVM的结构可靠度分析响应面方法

响应面法是解决隐式极限状态方程结构可靠度分析问题比较理想的方法,其关键问题是响应面函数的重构。根据响应面方法经验点集的小样本特点,利用支持向量机(SVM)对小样本数据良好的学习和泛化能力,用SVM重构结构响应面方程,建立了基于SVM的隐式极限状态方程结构可靠度分析的响应面方法。在此基础上,文中提出了改进SVM响应面方法,改进的方法充分利用每次有限元计算成果,大幅减少了有限元计算次数。算例表明本文方法具有很好的计算精度和计算效率。     

A new point-locating algorithm under three-dimensional hybrid meshes

When particles are traced individually in a numerical simulation of particle-fluid flow, a point-locating scheme is necessary to relate the coordinates of a given point to the grid cell containing it. A new point-locating scheme combining the advantages of the existing ones is presented in this paper. The new method is first explained in detail. Then its performance under three-dimensional hybrid meshes is compared with the existing approaches in the literature. The results show that the proposed method is efficient, multifunctional and easy to implement in a structured/unstructured fluid flow solver.