磁性流体密封磁场的解耦计算

分析了磁性流体密封中的磁场与力场的耦合问题,采用边界逼近的迭代方法准确计算了磁场分布,进而求出了密封压差,分析了解耦计算与线性计算的差别.结果表明,随着磁性流体磁化强度的提高,解耦计算与线性计算的差别增大.     

一种基于“移去-恢复”理论的重力数据格网化方法

为提升重力数据格网化精度,从频谱组合角度出发,提出了一种基于"移去-恢复"理论的重力数据格网化方法。计算过程中结合地形数据将传统的数学拟合转化为顾及地球物理场信息的物理拟合。这一过程可被简化为"计算-移去-推估-恢复"四步:首先利用高分地形数据计算出目标区域完全布格改正项并利用均衡理论计算出均衡改正;然后将目标区域离散重力数据中的地形相关高频项移除;继而利用频谱更加单一的均衡重力异常进行格网化;最后恢复格网化数据中的地形高频项,得到目标区域格网化的重力数据。实验结果表明,移去地形影响后的重力数据更加平滑,更有利数据格网化;实验区内"移去-恢复"方法精度相比于传统的Kriging格网化精度提升了27.5%,误差阈值更小,分布更加收敛;而且所提出方法构造的局部重力异常能表达出实验区重力场的更多细节特征。     

磁性流体密封压差的数值计算

分析并简化了含磁性流体的磁场模型,以密封理论为基础,采用有限元法计算出磁性流体密封的磁场和等压线分布,进而计算出密封压差,分析了密封压差与磁性流体量的关系,给出了多级密封压差的计算方法,同时分析了转速对密封能力的影响。结果发现,数值计算结果与实验结果相一致。     

高速射弹超空泡流动的重力和压缩性效应

超空泡射弹是一种新型的水下高速动能武器。基于理想可压缩势流理论,考虑流体的重力效应,建立了水下细长锥形射弹超空泡流动的统一理论模型和数值计算方法,分别导出了亚、超声速条件下用于计算细长锥形射弹超空泡形态的积分-微分方程。采用二次多项式局部拟合空泡,提出了超空泡形态的数值离散和递推求解方法。通过超空泡长细比的渐近解与数值解计算结果比较,验证了所建立的理论模型和计算方法的有效性。通过分析细长锥形射弹在不同运动方式、深度、速度条件下的超空泡形态和流体动力系数计算结果,明确了流体重力和压缩性效应对超空泡尺度、射弹表面压力分布和压差阻力系数的影响。     

促进其线性频散特征另一种形式的Bousinesq方程

Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程能够用于模拟表面重力波传播过程中的折射、绕射、反射以及浅化，非线性作用等现象．用不同垂直积分方法所得到的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程形式具有不同的线性频散特征．采用两个不同的水深层的水平速度变量组合，推导出一个新形式的Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程．通过对其参数的设置可得到精确的线性频散解Ｐａｄｅ近似４阶精度．其适用范围已由原来的浅水，向深水拓进．相速误差小于２％，其拓展适用范围可达到０８个波长水深．应用所得到的新型Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程，采用有限差分法，对经典工况进行了数值模拟，其计算结果表明，计算值与物模实验值吻合较好．这说明本文新形式的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程对变水深非线性效应所产生的能量频散有着较为精确的描述     

促进其线性频散特征另一种形式的Bousinesq方程

Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程能够用于模拟表面重力波传播过程中的折射、绕射、反射以及浅化，非线性作用等现象．用不同垂直积分方法所得到的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程形式具有不同的线性频散特征．采用两个不同的水深层的水平速度变量组合，推导出一个新形式的Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程．通过对其参数的设置可得到精确的线性频散解Ｐａｄｅ近似４阶精度．其适用范围已由原来的浅水，向深水拓进．相速误差小于２％，其拓展适用范围可达到０８个波长水深．应用所得到的新型Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程，采用有限差分法，对经典工况进行了数值模拟，其计算结果表明，计算值与物模实验值吻合较好．这说明本文新形式的Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程对变水深非线性效应所产生的能量频散有着较为精确的描述     

控压钻井重力置换与溢流气侵判断准则分析

考虑重力置换的恒定性、气侵的可变性,提出了重力置换与溢流气侵的判断三准则,实现了计算机自动判断气体来源。借助计算机编程对准则求解,并将判断准则应用于某微流量控压钻井的溢流气侵和重力置换判断。结果表明:重力置换发生后,一定量的置换气体侵入环空,气体的侵入量主要受岩层渗透率、钻井液-岩层接触面积的影响,而溢流气侵发生后,气体的侵入量主要受地层欠压差影响;为达到衡压钻井目的,溢流气侵发生后不但要抑制气体滑脱产生的压降,更要平衡地层欠压差,而重力置换只需抑制气体滑脱产生的压降;溢流气侵发生后,环空中流体的流动先由0气流转换为混合流,经回压控制后,再由混合流转换为0气流,重力置换发生后,环空中流体的流动由0气流转换为混合流。     

海堤越浪的数值模拟

基于RANS方程和两方程湍流模型，采用有限体积法，将人射波波场作为人工的分布源项加人动量方程，提出了适用于VOF方法的源造波一消波技术。通过对行波及驻波的计算，分别考察了数值波浪水槽前端及末端消波段的有效性。在本文建立的数值波浪水槽内对规则波在海堤上爬高和越浪过程进行了数值模拟，并将计算结果与现有实验结果进行了比较。验证计算结果表明，数值模拟结果较好地复演了海堤越浪过程。为了研究模型尺度对越浪量的影响，文中设计了一组满足重力相似但具有不同几何比尺的数值实验模型。系列数值实验结果表明，若按重力相似换算越浪量，计算结果与实验预报值间的偏差随模型比尺的增大和堤前波浪破碎强度的增强而增大，建议在进行越浪物理模型实验时需进一步考虑模型比尺对原型预报值的影响。     

升阶试函数族在矩形板大挠度问题中的应用

为解决加权残值法求近似解的计算精度问题，将摄动法与加权残值法相结合，首先以板中心挠度为摄动参数进行摄动，将矩形板大挠度非线性偏微分方程组分解为线性偏微分方程组，然后用最小二乘法求解．求解中构造并应用了可以由控制参数，调节的升阶试函数族，计算结果与实验结果基本一致，与以前的研究比较，计算精度明显提高．该方法对于寻求最佳试函数和最佳近似值是一种有效的方法．     

一种重力异常对弹道导弹惯性导航精度影响的补偿方法

分析了弹道导弹飞行中受到的重力异常的作用，以及重力异常对弹道导弹的精度的影响，对导弹受到的重力异常进行了仿真，建立了导弹导航的速度位置和姿态误差方程，提出了一种利用卡尔曼滤波中的状态转移阵对重力异常引起的速度位置误差进行修正的方法。仿真结果表明，这种方法能够对重力异常产生的速度位置误差产生较好的估计校正作用，具有计算量小，易于工程实现，能适用于各种重力场模型的优点。     

基于更新径向基函数网络模型的广义Pareto分布函数拟合

广义Pareto分布函数GPD(Generalized Pareto Distribution)是一种针对随机参数尾部进行渐进插值的方法,能够对高可靠性问题进行评估。但这种方法要求样本空间较大,计算成本较高,尽管可以通过径向基函数网络RBFNN(Radial Basis Function Neural Network)辅助抽样的方法削减计算成本,但对于非线性程度较高的问题,RBFNN精度问题使得辅助抽样方法失效。针对这类问题,根据GPD的特点,提出了高效的更新RBFNN训练样本的方法,改善了RBFNN在功能函数分布尾部的精度,将RBFNN辅助抽样方法推广应用到非线性程度较高的问题,准确地得到了所有需要的尾部样本,基于该尾部样本集的GPD拟合结果与基于直接计算所有样本的GPD拟合结果完全一致。     

高超声速溢流冷却实验研究

高超声速溢流冷却是一种新型的飞行器热防护方法,基本思想为:在高热流区布置溢流孔,控制冷却液以溢流方式流出,之后通过飞行器表面摩阻作用展布为液膜,形成热缓冲层以降低飞行器表面热流. 目前,溢流冷却技术还处于探索阶段,实现工程应用前还需开展大量的实验验证和机理研究工作. 本文首次开展溢流冷却的实验研究工作,采用热流测量、液膜厚度测量及液膜流动特性观测技术,搭建了完善的溢流冷却风洞实验平台,对溢流冷却热防护性能和高超声速条件下液膜流动规律进行了初步研究. 研究表明:(1) 高超声速流场中通过溢流能够在飞行器表面形成液膜并有效隔离外部高温气流,可降低飞行器表面热流率;(2) 楔面上的液膜前缘流动是一个逐渐减速的过程,增加冷却液流量液膜厚度变化不明显,但液膜前缘运动速度增大;(3) 液膜层存在表面波,在时间和空间方向发生演化,导致液膜厚度的微弱扰动;(4) 液膜层存在横向展宽现象,即液膜层宽度大于溢流缝宽度. 原因是液膜层与流场边界层条件不匹配,存在压力梯度,迫使冷却液向低压区流动,从而展宽液膜层,并且流量越高,横向展宽现象越明显.      

求解可压缩流的二维通量分裂格式

传统的一维通量分裂格式在计算界面数值通量时,只考虑网格界面法向的波系。采用传统的TV格式分别求解对流通量和压力通量。通过求解考虑了横向波系影响的角点数值通量来构造一种真正二维的TV通量分裂格式。在计算一维数值算例时,该格式与传统的TV格式具有相同的数值通量计算公式,因此其保留了传统的TV格式精确捕捉接触间断和膨胀激波的优点。在计算二维算例时,该格式比传统的TV格式具有更高的分辨率;在计算二维强激波问题时,消除了传统TV格式的非物理现象,表现出更好的鲁棒性;此外,该格式大大提高了稳定性CFL数,从而具有更高的计算效率。因此,本文方法是一种精确、高效并且具有强鲁棒性的数值方法,在可压缩流的数值模拟中具有广阔的应用前景。     

Heating of a Compressible Liquid by a Constant Heat Flux

Several variants of the problem of heating a compressible liquid by a timeindependent heat flux are numerically studied. It is shown that, after a certain time, the pressure everywhere behind the shock wave differs only little from some constant value. Approximate analytical formulas are obtained, which demonstrate independence of pressure of thermal conductivity and some other features of the relation between the pressure and the heatflux intensity. Several examples are given, which confirm the adequacy of formulas to numerical solutions of the problem.     

可压缩多介质粘性流体的数值计算

将考虑热传导和粘性情况下的Navier Stokes方程描述的物理过程分解成3个子过程进行数值计算,即把整个流量计算分解成无粘性流量、粘性流量和热流量3部分,采用多介质流体高精度parabolic piecewise method（PPM）方法、二阶空间中心差方法和两步Rung-Kutta时间推进方法相结合进行数值计算。给出了激波管中Riemann问题和二维、三维Richtmyer-Meshkov界面不稳定性的Navier Stokes方程和Euler方程对比计算结果,显示了粘性对界面不稳定性的影响。     

建立两相流方程的动力论方法

本文从Boltzmann方程出发建立两相流基本方程。其中碰撞项的处理采用了类似于经典动力论在处理稠密气体输运性质时采用过的方法。动力论方法表明,在气固两相流中除通常的分压和分热流外,还存在碰撞压强和碰撞热流,它们同通常的分压和分热流有本质的差别。本文还讨论了二体碰撞假设和混沌假设在气固两相流中的适用性。     

Heat transfer experiments in rotating boundary layer flow

The influence of Coriolis force on heat transfer in a rotating transitional boundary layer has been experimentally investigated. The experiments have been conducted for local Görtler numbers up to 150. Heat transfer measurements have been performed for a flat plate with nearly uniform heat flux applied to the surface, where the temperature was measured by the thermochromic liquid crystal method. The results indicate that heat transfer is enhanced when Coriolis force acts towards the wall, i.e., on the pressure surface. The velocity measurements under equivalent conditions show that Coriolis instability induces counter-rotating longitudinal vortices which augment the lateral transport of the fluid on the pressure surface. On the other hand, the heat transfer on the suction surface remains at the same level as compared to the case without system rotation. As a consequence, the heat transfer coefficient on the pressure surface is 1.8 times higher than that measured on the suction surface when averaged over the measured surface.     

An improved method to determine free stream conditions in hypersonic facilities

For determing pressure coefficients and Stanton numbers from the measured surface pressures and heat fluxes at a model surface, the dynamic pressure, mass flux and the total enthalpy of the free stream have to be known. Usually these values are determined by computing the wind tunnel nozzle flow. But a lot of uncertainties enter the computation which may lead to unreliable results. Therefore, a simple method was developed which yields the desired free stream conditions with high accuracy. This could be achieved by using mainly values which are measured within the test section. The method requires the measurement of the Pilot pressure, the stagnation point heat flux on a sphere and the static pressure of the free stream. For the static pressure an estimated value can also be used, because it has no large influence on the result. Some simple considerations show that the derived method is also valid for nonequilibrium free stream conditions. With the procedure presented the accuracy of the pressure coefficients and Stanton numbers could be increased significantly. Further, it improved the repeatability of these test results. This is very important for fundamental research, for the design of hypersonic vehicles as well as for CFD-validation with experimental data. The application of the method presented is not limited to short duration facilities, it can also be used for continuously working wind tunnels.This article was processed using Springer-Verlag T_EX Shock Waves macro package 1.0 and the AMS fonts, developed by the American Mathematical Society.     

One dimensional numerical simulation for steady annular condensation flow in rectangular microchannels

A one dimensional model for steady annular condensation flow in rectangular microchannels is developed and numerically solved under constant heat flux condition. The results indicate that the annular condensation length is determined by the contact angle, heat flux, vapor pressure, hydraulic diameter and aspect ratio of rectangular microchannels. A larger inlet vapor pressure and hydraulic diameter or a smaller heat flux and contact angle can all result in a longer annular condensation length. In addition, the simulation results of steady annular condensation flow in rectangular microchannels are compared with that in triangular microchannels. The differences in curvature radius, condensate pressure and velocity, vapor velocity distributions in rectangular and triangular microchannels under the same conditions verify the considerable influence of cross-section shape on micro flow condensation.