多体系统Lagrange方程数值算法的研究进展

Lagrange方法是建立多体系统动力学方程的普遍方法之一,其方程的形式为常微分方程组或微分 - 代数方程组,数值计算与数值分析是研究多体系统动力学特性的重要方法.本文简要介绍了多体系统动力学方程的第一、二类Lagrange方程和修正的Lagrange方程的基本形式及这些方程的正则形式,着重介绍了正则方程在数值计算中的特点,就多体系统Lagrange方程的隐式算法、辛算法和多体系统动力学特性的数值分析方法(包括数值仿真、Poincar'e映射和Lyapunov指数的计算方法)的研究现状进行了综述.     

多体系统Lagrange方程数值算法的研究进展

Lagrange方法是建立多体系统动力学方程的普遍方法之一, 其方程的形式为常微分方程组或微分-代数方程组,数值计算与数 值分析是研究多体系统动力学特性的重要方法。本文简要介绍了多 体系统动 力学方程的第一、二类Lagrange方程和修正的Lagrange方 程的基本形式及这些方程的正则形式,着重介绍了正则方程在数值 计算中的特点,就多体系统Lagrange方程的隐式算法、辛算法和多 体系统动力学特性的数值分析方法(包括数值仿真、 Poincarè映射 和Lyapunov指数的计算方法)的研究现状进行了综述。     

黏弹性模型微分型本构方程的矩阵形式

针对多个弹性元件和黏性元件以任意连接方式组成的线性黏弹性模型,本文探究了其本构方程的通用矩阵形式表述。首先将研究问题扩展为由Maxwell基本单元构成的标准模型,然后转化为有向图,根据独立路径和闭包围的形式表征出基本应力方程和应变方程,进一步推导得到了任意线性黏弹性模型的微分型本构方程的一般矩阵形式。论文最后总结并建立了一套适合计算机编程的固定范式,利用Python编程实现了该算法、获得了一些数值计算结果。     

黏弹性模型微分型本构方程的矩阵形式

针对多个弹性元件和黏性元件以任意连接方式组成的线性黏弹性模型,本文探究了其本构方程的通用矩阵形式表述。首先将研究问题扩展为由Maxwell基本单元构成的标准模型,然后转化为有向图,根据独立路径和闭包围的形式表征出基本应力方程和应变方程,进一步推导得到了任意线性黏弹性模型的微分型本构方程的一般矩阵形式。论文最后总结并建立了一套适合计算机编程的固定范式,利用Python编程实现了该算法、获得了一些数值计算结果。     

加权残数配点法解正交各向异性板的积分方程

本文推导了一般各向异性板弯曲的积分方程,运用加权残数配点法求解了正交各向异性板弯曲的积发方程,本文将部分配点取在边界上,另一部分配点取在域外,只用关于找度的基本积分方程,而不用关于转角的补充积分方程,简化了方程求解和计算程序,由于正交各向异性板没有争析形式的、实用的基本解,本文提出了两种新的近似基本解;加权双三角级数;广义各向同性板解析形式的基本解和加权双三角级数的叠加,算例表明,本文提出的解法和近似基本解适用于各类边界条件的正交各向异性板,具有简单、可靠、精度高等优点。     

推导悬浮体二相流基本方程的一种新方法

本文提出了一种从基本守恒原理出发,经过数学推导,得到悬浮体二相流基本方程的新方法。由于这组方程形式简单,而且其中各量都有简明的物理意义,因此易于被人们理解和接受,也更接近实用。     

关于Navier-Stokes方程的等价问题

本文讨论了Navier-Stokes 方程的一种等价形式:压力等价形式.首先,我们证明了用关于压力的Poisson 方程来代替连续性方程并附加适当的初始条件和边界条件后所得的新的控制方程与原始的控制方程(N-S 方程)是等价的.然后,我们利用新的控制方程求解了一个具体问题:面对无限平板的二维流动,并将计算结果与精确结果进行了比较.     

关于Navier-Stokes方程的等价问题

本文讨论了Navier-Stokes 方程的一种等价形式:压力等价形式.首先,我们证明了用关于压力的Poisson 方程来代替连续性方程并附加适当的初始条件和边界条件后所得的新的控制方程与原始的控制方程(N-S 方程)是等价的.然后,我们利用新的控制方程求解了一个具体问题:面对无限平板的二维流动,并将计算结果与精确结果进行了比较. ...     

有冲力作用时的方程

本文导出了有冲力作用时的Kane方程,并将其应用到碰撞问题中。 Kane方程[1][2]已由文献[3]推广到变质量系统,鉴于Kane方程的优越性,有必要把它应用到碰撞问题中。本文首先是从Kane方程出发建立有冲力作用时的Kane方程,顺便得出Lagrange形式的碰撞方程,并指出它们之间的关系;其次给出有冲力作用时的Kane方程在多刚体系统中的形式和在质心坐标系中的形式;最后指出方程的适用条件,给出算例。     

计算变截面梁变形的通用方程

本文根据梁内力的通用方程,推导出了适用于变截面梁变形的通用方程的两种形式:外力形式和内力形式.并且就这两种形式的通用方程在具体问题上的使用及其在编制程序时的一些技巧,举例作了说明.     

张量方程在三维粘性绕流计算中的应用

本文采用张量形式的粘性激波层方程,用空间推进的数值方法计算了球锥、椭球锥有攻角高超音速绕流问题,并计算了组合椭球锥的粘性绕流,从而说明了本文的方法可推广应用于一般外型飞行器的小攻角绕流计算问题。文中考虑了在高超音速流动条件下空气的非平衡化学反应,认为化学反应的速率是有限的     

多相流体力学的场方程及其平均

本文对多相流场方程的研究方法和理论模型作了介绍和分类,得到了欧拉型的时间平均和体平均的场方程。     

空化、超空化流动的数值模拟方法研究

基于结构化网格，运用可压缩流N—S方程及k-ε湍流模型对流场进行求解，在低压区域引入一种基于混合密度函数的空化模型对轴对称体的空化、超空化流动进行了数值模拟．通过将半球圆柱的计算结果与实验数据和前人的计算结果进行对比，验证了所发展的数值方法的可靠性．最后，采用非定常的数值方法，研究了钝头体射弹的空化、超空化流动特性，并模拟了其超空泡的发展过程．     

不可压N-S方程高效算法及二维槽道湍流分析

构造了基于非等距网格的迎风紧致格式,并将其与三阶精度的Adams半隐方法相结合,构造了求解不可压N－S方程高效算法。该算法利用基于交错网格的离散形式的压力Poisson方程求解压力项,解决了边界处的残余散度问题;同时还利用快速Fourier变换将方程的隐式部分解耦,离散后的代数方程组利用追赶法求解,大大减少了计算量。通过对二维槽道流动的数值模拟,证实了所构造的数值方法具有精度高,稳定性好,能抑制混淆误差等优点,同时具有很高的计算效率,是进行壁湍流直接数值模拟的有效方法。在数值模拟的基础上对二维槽道流动进行了分析,得到了Reynolds数从6000到15000的二维流动饱和态解（所谓“二维槽道湍流”）;定性及定量结果均与他人的数值计算结果吻合十分理想。对流场进行了分析,指出了“二维湍流”与三维湍流统计特性的区别。     

二维对流扩散方程的欧拉—拉格朗日分裂格式

本文在[1]基础上发展了一种有效的处理大P_e(R_e)数、非定常二维对流扩散方程的欧拉-拉格朗日(E-L)分裂格式,由于方法本质上与区域形状无关,且不需再分网格,因此是一种无网格的E-L方法,特别对于定常流动,E.-L.分裂格式可以导致比一阶迎风格式更精确的单调、无振荡格式,文中对于常系数、变系数和非线性的二维非定常和定常对流扩散方程的(初)边值问题进行了数值计算,数值结果与精确解的比较表明,本方法具有很好的精度,解是单调无振荡的,比通常一阶迎风格式具有较少的数值扩散,最大计算网格P-e(R-e)数可达100—500。     

高浓度固-液两相流紊流的动理学模型

采用分子动理学方法,基于固-液两相流液相分子或颗粒相颗粒的Boltzmann方程,对Boltzmann方程分别取零矩和一次矩,则得到高浓度固-液两相流紊流的连续方程和动量方程,再和较成熟的低浓度两相流连续方程和动量方程比较,取低浓度两相流控制方程中较成熟合理的有关项和高浓度时由动理学方法推导出的颗粒间碰撞项,则得到高浓度固-液两相流紊流的最终控制方程:连续方程和动量方程.     

孔隙介质中稠油流体非线性渗流方程

为揭示稠油流体在油藏孔隙中渗流特性，基于力学平衡方程，建立了描述稠油流体渗流特征的 非线性渗流方程，对油藏孔隙中稠油渗流过程及启动机理进行了深入分析，着重分析了边界层、 流体屈服应力以及表面力对渗流过程的影响.结果表明，Hagen-Poiseuille定律需经修正方能描述 稠油流体流动，边界层、流体屈服应力以及表面力对稠油渗流影响非常显著.孔隙中， 稠油启动压力梯度来源于其屈服应力、表面力，边界层加剧了渗流非线性程度， 实际稠油油藏开发中，要充分掌握稠油渗流非线性特征.     

微型管中液滴流动的三维数值模拟

对于微型设备中的低雷诺数流动，毛细力和黏性力起主导作用. 应用相场方法，引 入自由能泛函，研究了二相流体在微型管中流动问题及表面浸润现象，并给出了微型管中二 相流体的无量纲输运方程. 针对方形微管道，利用差分法给出了输运方程的数值求解方法. 最后，模拟了方形直管中的液滴流动和变形的过程，并给出了液滴前后压力差与其它主要物 理参数之间的变化关系. 结果表明，压力差随液滴半径增大而增加，而随毛细管系数的增大 而减小.     

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．     

ЧАПЛЫГИН方程的代数结构

研究非完整系统Чаплыгин方程的代数结构．首先给出Чаплыгин方程的逆变代数形式，其次证明它具有相容代数结构并给出它具有Ｌｉｅ代数结构的条件，最后举例说明结果的应用