从分子运动论看连续介质气体动力学和稀薄气体的新特性

首先，综述了根据分子运动论对连续介质极限气体行为的最近研究．它表明：经典的连续气体动力学是不完整的；用分子运动论分析在连续介质极限时一些重要情况得到气体的正确行为是必不可免的．即，除了特殊的情况，甚至在平均自由程变为零的极限下热传导方程不能描述静止气体温度场；文中给出了根据分子运动论导出的温度场的正确方程组和边界条件及其具体应用．还用同轴圆筒间的包含气体凝聚相的气体流场的渐近分析，论证了经典连续气体动力学方程组的不完整性．其次，综述了最近几年发现的稀薄气体流动的新特性．如在凸体周围速度分布函数的不连续性及它与Ｓ层的关系，加热平板边缘周围引起的流动，有周期性温度分布的管道内产生的单方向流动．     

认识稀薄气体动力学

以通俗易懂的方式介绍了空气动力学当气体间断分子效应显著时发展起来的特殊分文——稀薄气体动力学、讨论了非平衡现象与稀薄气体动力学的关系．通过与8速度气体模型的间断Boltzmann方程的对比，解释了Boltzmann方程碰撞项的物理意义和数学困难，简要综述了其一般解法、讨论了分子在物体表面的反射和问题的边界条件，着重介绍了直接模拟Monte Carlo(DSMC)方法和为克服低速稀薄流动(如MEMS中流动)中模拟困难的信息保存(IP)方法。     

表面粗糙度对微细管内气体流动特性的影响

采用了表面粗糙度粘性系数模型对微细管内的气体流动进行数值模拟，以研究微管内壁表面粗糙度对微管内气体流动的影响。运用本文改进的表面粗糙度粘性系数模型，数值模拟与实验数据十分吻合。计算结果表明，进出口压力一定时，表面粗糙度对流场的压力、密度及温度分布的影响不大，但是对速度场的影响十分显著，表面粗糙度使气体流动速度减小，并使壁面附近的速度梯度减小，从而使通过管道的气体质量流量减小，在微管内的气体流动中，表面粗糙度的影响是不能被忽略的。     

旋涡、湍流与自由表面的相互作用

旋涡及自由表面湍流与自由表面的非定常、非线性相互作用是当前流体力学中一个十分活跃的前沿领域的研究课题,它具有深刻的理论意义和重要的实用背景．旋涡、湍流与自由表面的相互作用是一个非常复杂的非线性、非定常过程,涉及到涡－涡、波－涡相互作用,旋涡在自由表面处的断裂、重联、合并及自由表面湍流中的准拟序结构的形成、发展等复杂动力学过程．关于这一领域的研究已经取得了一些重要成果．对旋涡与自由表面的相互作用的基本过程有了较为清楚的认识;但对湍流与自由表面的相互作用中的许多基本物理过程还知之甚少．本文综述此领域的实验、理论和数值模拟研究的最新进展和主要结果,讨论若干有待解决的问题,并指出进一步的研究方向      

气体辅助注射成型气体穿透界面计算模型研究

气体辅助注射成型由于其显著的优越性得到了迅速地推广应用，对气辅成型过程的计算机模拟成为当前研究的热点课题。针对气辅成型充填模拟的关键问题－气体穿透界面的求解，首次提出了采用匹配渐近展开法求解气体穿透厚度的计算模型，初步的模拟计算获得了与实验一致的结果。     

三维气泡与自由表面相互作用的直接数值模拟

采用VOF中的PLIC界面重构方法数值模拟了三维气泡在液流中上升并与自由表面相互作用的运动.分别考察了不同初始高度,有无来流及有无再生气泡对气泡上升高度、上升速度、压力及与自由表面相互作用等的影响.结果表明:气泡初始位置越低,顶端上升的高度越大,自由面隆起的范围更广.越靠近自由表面,底部射流横向发展越窄,而向上的压力梯度,气泡上升速度,底部射流上升高度越大,反之则反;但如果底部射流均在接近自由表面以前已横向发展充分,则差别不大.气泡外形、上升高度、破裂时间以及上升速度与来流无关.产生再生气泡后,原生气泡与再生气泡相吸,相互加速对方的上升;自由表面抬升的高度增幅较大,范围拓宽,上升速度也大大增加,且再生气泡越多,自由表面隆起的范围越大.     

触摸高温气体动力学

回顾了高温气体动力学与高超声速科技相关的一些重要研究进展,探讨几个具有基础性研究意义的方向：即高超声速流动模拟;高温气体热化学反应机制;高超声速流动滞止区预测;高超声速边界层转捩和激波/激波相互作用诱导的气动热问题．这些研究方向与高温气体效应和强激波密切相关,对高超声速科技关键技术的突破起着重要作用．     

气体化学反应流动的DSMC／EPSM混合算法研究

发展了平衡粒子模拟方法(EPSM)，建立了与高温气体化学反应动力学理论相匹配的：EPSM耦合模型，并通过混合参数进行流区的自动识别，将：EPSM方法与蒙特卡罗直接模拟方法(OSMC)结合，构造了可模拟化学反应流动的DSMC／EPSM混合算法。应用该算法对汲及化学反应的二维高超音速竖板绕流流场进行模拟，将结果与DSMC方法的结果进行比较，验证了新算法对求解化学反应流动的可行性。将混合算法的计算效率与DSMC方法的计算效率进行比较，发现混合算法能够大大提高计算效率。     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟

用ＮＳ方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象．数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较．结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征．提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则     

含尘气体中的非定常激波

对含尘气体中非定常激波进行了实验研究和数值模拟。实验在垂直两相激波管中实现。气体与含尘气体之间分界平面的形成以及分界面处粉尘浓度的瞬时测定为实验研究提供了有效的手段。在双流体模型基础上，应用时间分裂法，将ＴＶＤ格式和ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ格式分别应用于气相和颗粒相方程，模拟了激波与含尘气体相互作用现象，讨论了含尘气体物理参数对激波传播行为的影响。计算结果与实验现象符合较好。     

建筑群环境风场的特性及模拟--风环境模拟研究之一

建筑风环境是研究建筑物与城市风场相互作用的一门空气动力学与大气科学的交叉学科、将空气动力学惯用的风洞实验和流场显示研究手段，直接用于城市大气边界层和建筑物周边流场变化规律的研究．充分利用数值计算的广度和深度与风洞实验相结合，相互验证、相互补充、弥补了目前实验手段尚无法实现的研究．本以北京商务中心区(CBD)为研究背景，论述了建筑风环境中大气边界层的模拟和具体建筑物风场的显示方法，并与数值计算进行对比，取得了非常一致的结果．为该地区的城市规划和环境保护，提出了科学依据．     

用代数应力模型模化型腔充填过程中的紊流流动

针对型腔充填过程中的紊流流动，用代数应力模型研究紊流流动现象．成功地将代数应力模型引入ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件中，完成了恒温流体充填过程三维时均速度和自由表面的计算模拟．与实验结果相比说明，本文基于ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件开发的充填模拟具备了对复杂型腔充填过程的数值计算．     

DSMC位置元方法中的表面元的程序标识及分子表面反射确定论判据

在直接模拟Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ（ＤＳＭＣ）方法的位置元方法中,精确描述物面形状、准确判断分子是否与某一表面元相撞,直接关系着气动力热的计算精度,是该方法需要解决的关键问题．为解决此问题,给出了发展的ＤＳＭＣ方法在计算三维过渡领域的位置元方案的两个改进首先,编制了一个对所有外形描述均可做到标识表面元及计算表面元面积等工作的通用程序,并通过两个例子验证了该程序的快速性和有效性;其次,发展了分子表面反射确定论判据,代替了原有的几率判据,与圆球自由分子流准确解和过渡领域贴体网格ＤＳＭＣ结果进行比较,证明了上述判据的有效性．     

旋涡与行进表面水波相互作用的实验研究

采用振动板式造波器在二维水槽中生成近似单色的行进表面水波，采用夹板式涡发生器生成稳定上浮的涡对，在Ｆｒｏｕｄｅ数约为０．５的条件下，得到了水下涡对与不同波长和振幅的行进表面水波相互作用时的干扰图象，以实验方法验证了理论分析和数值计算的结果，并为进一步研究旋涡与行进表面水波的相互作用提供了一种实验研究方法     

车辆/轨道相互作用理论研究进展及发展趋势

车辆与轨道之间的动力学相互作用问题,是铁路轮轨系统中最基本的问题．高速、重载铁路的发展,加速了车辆／轨道相互作用研究进程,也提出了更多更新的课题．在回顾轮轨相互作用研究历史的基础上,着重阐述了近二十多年来国内外在该领域所取得的研究进展,并对车辆与轨道相互作用研究趋势以及今后需重点开展的研究课题,提出了作者的观点．      

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟

用ＮＳ方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象。数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较,结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征。提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则。     

基于CFD的三维轿车车流场的数值计算与应用分析

本文以计算流体力学（CFD）为基础,采用有限体积法探求了应用计算流体力学（CFD）研究汽车车身外部流场的可行性。计算机数值解提供了诸如：气动压力场、速度场等车身压力、速度分布以便于获得气动阻力、气动升力和气动侧向力及其由此可得的相关力等信息。三维理想轿车车身空气动力学特性参数的数值模拟结果与风洞实验数据吻合较.好进一步应用于实车分析表明：数值模拟研究汽车空气动力学特性切实可行。     

流体与结构相互作用问题的FE-SPH耦合模拟

应用有限元(FE)-光滑粒子流体动力学(SPH)耦合法模拟了具有自由表面的不可压流体与结构的相互作用问题.流体和结构分别采用SPH法和有限元法同时求解,两者在交界面处的相互作用通过接触算法进行处理.为了避免隐式计算压力,通过引入人工压缩率,将不可压流体近似为人工可压缩流体.采用FE-SPH耦合法对弹性板在随时间变化的水压作用下的变形以及倒塌水柱冲击弹性结构两个问题进行了模拟.模拟结果与实验结果以及其他已有数值结果符合良好,说明FE-SPH耦合法用于流体与结构相互作用问题的模拟是可行和有效的.     

气流化学激光理论研究的若干进展

以超声速HF/DF化学激光和超声速氧碘化学激光(COIL)为代表的气流化学激光(GCL), 因其科学意义、军事和工业应用价值，近30多年来得到了突飞猛进的发展.由于超声速膨胀混合流在控制强放热反应动力学和热力学过程方面的特殊本领，使气体动力学在高功率GCL的发展中起着关键性的作用.高功率GCL性能的分析计算自然也沿用非平衡气体动力学的方法，假定气流(包括激光能级分子和原子)为连续介质，谱线为均匀加宽，并联立求解气体动力学方程组，增益动力学和基于光强迭加原则的辐射传输诸方程，称为速率方程(RE)模型.20世纪70年代后期又提出和发展了GCL性能计算的半气体动理学(SGK)模型，在SGK模型中仍假定气流为连续介质，但同时考虑了激光能级分子微观热运动的贡献，谱线加宽的非均匀加宽效应，并用双参数摄动法求解激光能级分子速度分布函数方程组(即广义Boltzmann方程组), 因此SGK模型是一个同时考虑宏观和微观尺度运动的跨尺度模型.本文综述RE模型和SGK模型以及用它们预测GCL性能的若干研究进展，同时简评等增益模型和腔模(模图样)理论研究的一些进展.最后从气体动力学的角度提出一些值得 进一步研究的课题.     

大气非线性与湍流过程中动力学复杂性的研究与进展

通过实验数学方法、元胞自动机模型（并行算法与实际过程的模拟）、大型转盘模拟实验以及计算机数值模拟（用串行算法模拟时间演化的长期行为）来研究大气系统非线性过程与湍流过程中出现的混沌随时间演化的宏观特性、气溶胶粒子凝聚增长机制,湍流的拟序结构,系统状态在临界点的突变和多重平衡态以及台风的孤立子拓扑性质,促进学科新概念新方法的相互交叉与渗透,从分析、综合上升到整体研究（ＩｎｔｅｇｒａｔｉｖｅＳｔｕｄｙ）,在非线性动力学层次上认识大气系统复杂性的本质,这些都是大气科学领域中当前迅速发展的前沿课题,具有重要的科学意义和实际应用价值。