计算二维粘性流动的流线迭代法

本文提出一种利用流线迭代法来计算任意形状流道中定常粘性层流流动的数值方法。通过任意非正交曲线网格中的压力梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,可以得到整个流道中定常粘性可压缩(或不可压缩)流动的数值解。本文导出了二维(包括轴对称)流道中的基本方程,并详细地叙述了本方法的计算步骤。利用本方法对一些流道进行了数值计算,计算结果与其他巳知的数值解符合得很好。     

用流线迭代法计算同时含有内流及外流场的粘性流动问题

本文提出一个通过坐标变换把外部流场问题转化为内部流场问题来处理的方法。从而可将计算内部流场粘性流动的流线迭代法推广应用到外部流场中。用这种方法,本文对同时含有内流场和外流场的粘性流动问题进行数值计算。最后给出了计算实例。     

具有表面张力的粘性射流的数值计算

本文将流线迭代法应用于求解带有自由表面的粘性不定边界流动问题。並利用这种方法对具有表面张力的粘性轴对称层流射流问题进行了数值计算。计算结果与实验结果基本上符合。     

叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅰ)静止叶列中轴对称流动的计算

本文提出一种计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法,通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,可以得到整个流道中粘性可压缩定常流动问题的数值解。本文首先在静止坐标系中进行分析和讨论,并描述了叶轮机械的静止叶列中轴对称流动的计算方法。计算实例表明,本方法的特点是简单明了,计算速度快,可以广泛地应用于工程设计之中。     

叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅱ)旋转叶列中轴对称流动的计算

本文把第一部分中所提出的计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法应用到旋转坐标系中。首先导得旋转叶列中粘性可压缩流动所满足的基本方程组,然后通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,得到叶轮机械旋转叶列流道中粘性轴对称流动的数值解。     

广义矩阵法及其在非正交曲线坐标系中的应用

本文的目的是:(1)使用广义矩阵法来提出在任意的、不均匀螺距的螺旋线的一般曲线(非正交)坐标系中,包括粘性应力分量及粘性耗散函数表达式在内的、完整的可压缩粘性流动方程;并导出在两种流体分界面上,带有粘性及表面张力的应力边界条件;(2)得出一个有限控制体的质量、动量——力及能量平衡的某些有用的积分方程;(3)说明在螺纹方形管中的定常不可压缩层流流动的某些结果,并指出文献[1]中粘性耗散函数表达式的错误。     

计算回转体粘性绕流的流线迭代法

本文提出了一种计算回转体定常.不可压缩粘性绕流问题的新数值方法。通过一组坐标变换把径向和轴向都延伸到无限的外流场变换到有限区域的内流场,从而把计算内流场的粘性流动的流线迭代法推广应用到计算回转体粘性绕流流动。用本方法理论预测的轴对称物体表面压力分布与在不同试验条件下(风洞和水池)、几何形状差别较大的两条回转体得到的试验数据相比较,一致性好。     

非正交网格控制容积法分析复杂形状池内的流动

介绍一种基于非正交网格控制容积法的数学模型，及其在圆形沉沙池流动研究中的应用．该模型求解轴对称流动的连续方程及时均Ｎ－Ｓ方程，并采用标准ｋ－ε紊流模型，模拟圆形池内的流动．由于采用非正交网格，此计算模型可精确模拟几何形状较复杂的沉沙池内的流动，利用上述模型对某实际沉沙池进行了流场计算，计算所得流场与模型试验实测值符合良好．     

时间推进有限面积流线迭代法及其在平面叶栅跨音速绕流中的应用

本方法可视为时间推进有限面积法和流线迭代法的一种结合。在本方法中,网格是由一族流线及一族固定的节距线所形成的。流线的位置预先并不知道,在计算过程中需要逐步加以修正。采用流线作为一族网格线可使网格线的分布更为合理,并使差分格式大大简化。     

非正交网格控制容积法分析复杂形状池内的流动

介绍一种基于非正交网格控制容积法的数学模型，及其在圆形沉沙池流动研究中的应用．该模型求解轴对称流动的连续方程及时均Ｎ－Ｓ方程，并采用标准ｋ－ε紊流模型，模拟圆形池内的流动．由于采用非正交网格，此计算模型可精确模拟几何形状较复杂的沉沙池内的流动，利用上述模型对某实际沉沙池进行了流场计算，计算所得流场与模型试验实测值符合良好．     

基于非结构网格的TTGC有限元格式的实现及在超声速流动中的应用

基于非结构网格系统,实现了时空三阶精度的TTGC有限元格式,并在三阶TTGC格式上发展了基于人工粘性的激波捕捉技术。在非结构网格下,采用这种方法对若干典型的超声速流动问题(SOD激波管、马赫数为3的前台阶流动以及马赫数为8的高超声速圆柱流动)进行了验证计算。结果表明,TTGC格式分辨率高,在粗糙网格下能够准确的模拟超声速流场中的激波、接触间断等复杂流动现象,并且能有效的控制间断附近的数值色散现象。与传统的有限体积方法相比,本文实现的TTGC有限元格式在模拟超声速流动问题方面具有格式精度高、数值耗散小等优点。     

基于DES的高雷诺数空腔噪声数值模拟

发展出一套基于SA-DES和SST—DES模型,对三维超音速空腔流动进行数值模拟的方法和程序。采用混合网格有限体积方法求解非定常流场,时间离散采用基于LU—SGS隐式格式的双时间步长方法。采用可压缩物面函数来减少进行高雷诺数数值模拟时物面粘性网格的数量。对比了一方程SA-DES和两方程SST—DES计算得到的涡量和压强...     

注塑成型三维流动的数值模拟

建立了非等温、粘性、不可压缩、非牛顿流体流动的控制方程。为了避免同时求解耦合的压力场、速度场,本文通过修改Galerkin方法的变分方程,导出了关于压力场的拟Poisson方程,用迭代法独立地求解连续性方程、动量方程,并进行速度一粘度迭代求出最终的压力场、速度场。由于直接使用Galerkin方法求解能量方程容易引起温度场的振荡,本文采用隐式格式及“上风”法离散能量方程,用超松驰迭代法求解温度场的代数方程组。比较了模拟结果与等温管道流动的解析解及法兰的实际注射结果,算例表明本文方法可以预测注射成型流动过程中的一些重要特征。与传统Galerkin方法相比,本文方法可以减少内存,提高数值方法的稳定性。     

反应堆三角形通道棒束间二次流动的数值研究

采用非线性Ｋ－ε湍流模式数值模拟三角形通道棒束中的二次流动，并考察其对流动和传热的影响。数值方法采用非正交曲线坐标系下求解控制方程的非交错网格方法。计算结果表明该模式能够较为有效地反映棒束中的二次流动，进一步分析表明二次流动有利于改善棒束中的流动和传热特性。     

网格与高精度差分计算问题

研究NS方程差分求解时来流雷诺数、计算格式精度和计算网格之间的关系．给出了判定空间三个方向上的粘性贡献在给定雷诺数、格式精度和网格下是否能够正确计入的估计方法．指出在NS方程的二阶差分方法的数值模拟中,由于物面法向采用了压缩网格技术,物面附近的网格间距很小,该方向上的粘性贡献可被计入．但是如果流向和周向的网格较粗,相应的差分方程中的粘性贡献可能落入截断误差相同的量级,因此在精度上等于仍是求解略去流向和周向粘性项的薄层近似方程．指出,高阶精度的差分计算格式,可以避免对网格要求苛刻的困难．并进一步讨论了建立高阶精度格式的问题,提出了建立高阶精度格式应该满足的原则：耗散控制原则以及色散控制原则．为了避免激波附近可能出现的微小非物理振荡,建议发展混合高阶精度格式,即在激波区,采用网格自适应的NND格式,在激波以外的区域,采用按上述原则发展的高阶格式．     

基于实体的注射成型流动模拟

提出了应用中面模型技术模拟实体模型的注射成型流动过程的新方法。对实体模型的表面进行二维网格划分，将结点在厚度方向上配对．配对点之间添加虚拟热流道单元，建立二维有限元分析的网格模型。将HeleShaw流动应用于非等温条件下的粘性、不可压缩流体，建立基于中面模型流动分析的数学模型，用充填园子的输运方程描述流动前沿。用有限元计算充填过程的压力场．有限差分计算温度场，高阶的Taylor展开式计算每一时间步长的充填因子。针对Han设计的试验模具，用相同的材料及工艺条件，比较中面模型和实体模型的模拟结果。算例分析表明，这种方法可以有效地模拟基于实体模型的注射成型流动过程。     

基于无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法求解任意磁场方向下的定常MHD流动

磁流体流动在现代工业和科研中有着广泛的应用,但磁流体的流动受到磁场的影响,与一般流体区别较大,需要对其进行深入的研究。磁流体的流动受到流体力学流动方程和麦克斯韦方程的共同影响,其精确解在有限条件下才能得到,因此对磁流体的流动进行数值模拟具有重要的意义。本文采用移动最小二乘法计算形函数,利用无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法得到控制方程的离散形式,在管壁为任意电导率及任意方向外加磁场的条件下,对方形直管道中定常流动的磁流体进行了数值计算。MLPG法的计算是基于节点的,不需要任何网格或单元,是一种真正的无网格方法。计算结果与Scheriff精确解进行了比较,表明该方法适用于中等以下哈特曼数的磁流体流动计算。     

计算含动边界非定常流动的无网格算法

在无网格算法中考虑了含动边界的流动问题,研究了可以计算处理包含一定位移及扭转动边界非定常流动的算法.创建了无网格算法的动点法则,并引入抗扭方法对弹簧方法进行改进来处理离散点运动,提高了方法的可用度及精度.发展了求解基于无网格的ALE方程组的算法,在点云离散的基础上采用曲面逼近计算空间导数及HLLC格式计算数值通量,运用四步龙格-库塔法进行时间推进.在跨、超音速条件下,计算模拟了典型翼型简谐振动流场,计算结果与实验结果及文献对比吻合,验证了该算法的正确性.     

基于混合网格Navier-Stokes方程的并行隐式计算方法研究

针对结构网格很难处理复杂外形和非结构网格无法计算具有边界层的粘性流动的缺点,发展了基于混合网格格点的隐式算法,成功地解决了在工程应用中难于处理的复杂外形粘性流场计算和效率问题。同时针对大规模的工程问题,发展了基于MPI通信技术的染色分层通讯并行计算方法。其中空间离散采用基于Roe格式发展的三阶迎风HLLEW(Harten-Lax-Van Leer-Einfeldt-Wada)或AUSM格式,湍流模型采用k??两方程湍流模型,时间推进考虑到LU-SGS并行等效较困难则采用基于DP-LUR(Data-Parallel Lower-Upper Relaxation)格式的隐式算法,计算CFL数可取到105量级,从2个到128个CPU的并行加速效率都保持在90%以上,大大提高了计算效率。算例对标模M6机翼模型流场进行计算,验证了方法的可靠性;然后对标模DLR-F6翼身组合体进行混合网格粘性与无粘计算结果进行比较,进一步验证混合网格方法;最后计算了DLR-WBNP外挂发动机翼身组合体模型,准确模拟了外挂和超临界机翼的相互干扰流动问题,采用4 CPU 16 CORE到24 CPU 96 CORE,2000步计算时间都不超...     

动网格生成技术及非定常计算方法进展综述

对应用于飞行器非定常运动的数值计算方法(包括动态网格技术和相应的数值离散格式)进行了综述.根据网格拓扑结构的不同,重点论述了基于结构网格的非定常计算方法和基于非结构/混合网格的非定常计算方法,比较了各种方法的优缺点.在基于结构网格的非定常计算方法中,重点介绍了刚性运动网格技术、超限插值动态网格技术、重叠动网格技术、滑移动网格技术等动态结构网格生成方法,同时介绍了惯性系和非惯性系下的控制方程,讨论了非定常时间离散方法、动网格计算的几何守恒律等问题.在基于非结构/混合网格的非定常计算方法中,重点介绍了重叠非结构动网格技术、重构非结构动网格技术、变形非结构动网格技术以及变形/重构耦合动态混合网格技术等方法,以及相应的计算格式,包括非定常时间离散、几何守恒律计算方法、可压缩和不可压缩非定常流动的计算方法、各种加速收敛技术等.在介绍国内外进展的同时,介绍了作者在动态混合网格生成技术和相应的非定常方法方面的研究与应用工作.