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相似文献
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1.
稀薄流到连续流的气体运动论模型方程算法研究   总被引:10,自引:0,他引:10  
李志辉  张涵信 《力学学报》2002,34(2):145-155
通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正,确定含流态控制参数可描述不同流域气体流动特性的气体分子速度分布函数的简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间,利用一套在物理空间和时间上连续而速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性。基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散差分格式,建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法。推广应用改进的Gauss-Hermite无穷积分法和华罗庚-王元提出的以单和逼近重积分的黄金分割数论积分方法等,对离散速度空间进行宏观取矩获取物理空间各点的气体流动参数,由此发展一套从稀薄流到连续流各流域统一的气体运动论数值算法。通过对不同Knudsen数下一维激波管问题、二维圆柱绕流和三维球体绕流的初步数值实验表明文中发展的数值算法是可行的。  相似文献   

2.
旋翼气动弹性耦合动力学方程本质上是一组刚性比较大的非线性偏微分方程。在有限元结构离散后,可改写为非齐次微分方程组,其中非齐次项是桨叶运动量(位移与速度)和气动载荷的函数。针对这类方程,本文尝试引入精细积分法及其衍生格式,借助数值方法计算Duhamel积分项。从积分精度与数值稳定性方面比较研究具有代表性的精细库塔法和高精度直接积分法。结合隐式积分算法,评估精细积分法应用于旋翼动力学方程的可行性。算例表明,精细积分法对矩形直桨叶动力学方程具有足够的求解精度。  相似文献   

3.
旋翼气动弹性耦合动力学方程本质上是一组刚性比较大的非线性偏微分方程。在有限元结构离散后,可改写为非齐次微分方程组,其中非齐次项是桨叶运动量(位移与速度)和气动载荷的函数。针对这类方程,本文尝试引入精细积分法及其衍生格式,借助数值方法计算Duhamel积分项。从积分精度与数值稳定性方面比较研究具有代表性的精细库塔法和高精度直接积分法。结合隐式积分算法,评估精细积分法应用于旋翼动力学方程的可行性。算例表明,精细积分法对矩形直桨叶动力学方程具有足够的求解精度。  相似文献   

4.
基于过去开展稀薄自由分子流到连续流气体运动论统一算法框架,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,确立含转动非平衡效应各流域统一玻尔兹曼模型方程.基于转动能量对分布函数守恒积分,得到计及转动非平衡效应气体分子速度分布函数方程组,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖速度空间离散降维;应用拓展计算流体力学有限差分方法,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论数值格式;基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系,发展计及转动非平衡气体动理论边界条件数学模型及数值处理方法,提出模拟各流域转动非平衡效应玻尔兹曼模型方程统一算法.通过高、低不同马赫数1:5~25氮气激波结构与自由分子流到连续流全飞行流域不同克努森数(9×10-4~10)Ramp制动器、圆球、尖双锥飞行器、飞船返回舱外形体再入跨流域绕流模拟研究,将计算结果与有关实验数据、稀薄流DSMC模拟值等结果对比分析,验证统一算法模拟自由分子流到连续流再入过程高超声速绕流问题的可靠性与精度.   相似文献   

5.
基于过去开展稀薄自由分子流到连续流气体运动论统一算法框架,采用转动惯量描述气体分子自旋运动,确立含转动非平衡效应各流域统一玻尔兹曼模型方程.基于转动能量对分布函数守恒积分,得到计及转动非平衡效应气体分子速度分布函数方程组,使用离散速度坐标法对分布函数方程所依赖速度空间离散降维;应用拓展计算流体力学有限差分方法,构造直接求解分子速度分布函数的气体动理论数值格式;基于物面质量流量通量守恒与能量平衡关系,发展计及转动非平衡气体动理论边界条件数学模型及数值处理方法,提出模拟各流域转动非平衡效应玻尔兹曼模型方程统一算法.通过高、低不同马赫数1:5~25氮气激波结构与自由分子流到连续流全飞行流域不同克努森数(9×10-4~10)Ramp制动器、圆球、尖双锥飞行器、飞船返回舱外形体再入跨流域绕流模拟研究,将计算结果与有关实验数据、稀薄流DSMC模拟值等结果对比分析,验证统一算法模拟自由分子流到连续流再入过程高超声速绕流问题的可靠性与精度.  相似文献   

6.
在空间域上采用只与结点有关的无网格方法离散,在时间域上采用精细积分方法求 解. 无网格离散过程中,利用伽辽金积分等效弱形式代替微分形式的控制方程,并 用修正变分原理满足位移边界条件,采用移动最小二乘法求解离散的形函数,把形 函数代入等效积分弱形式得到离散的二阶方程;精细积分过程中非齐次项采 用Romberg积分. 同时给出了两种不同边界条件的谐响 应求解的两个数值算例,得到了精确的数值结果.  相似文献   

7.
基于Boltzmann模型方程的气体运动论统一算法研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
李志辉  张涵信 《力学进展》2005,35(4):559-576
模型方程出发,研究确立含流态控制参数可描述不同流域气体流动特征的气体分子速度分布函数方程; 研究发展气体运动论离散速度坐标法, 借助非定常时间分裂数值计算方法和NND差分格式, 结合DSMC方法关于分子运动与碰撞去耦技术, 发展直接求解速度分布函数的气体运动论耦合迭代数值格式; 研制可用于物理空间各点宏观流动取矩的离散速度数值积分方法, 由此提出一套能有效模拟稀薄流到连续流不同流域气体流动问题统一算法. 通过对不同Knudsen数下一维激波内流动、二维圆柱、三维球体绕流数值计算表明, 计算结果与有关实验数据及其它途径研究结果(如DSMC模拟值、N-S数值解)吻合较好, 证实气体运动论统一算法求解各流域气体流动问题的可行性. 尝试将统一算法进行HPF并行化程序设计, 基于对球体绕流及类``神舟'返回舱外形绕流问题进行HPF初步并行试算, 显示出统一算法具有很好的并行可扩展性, 可望建立起新型的能有效模拟各流域飞行器绕流HPF并行算法研究方向. 通过将气体运动论统一算法推广应用于微槽道流动计算研究, 已初步发展起可靠模拟二维短微槽道流动数值算法; 通过对Couette流、Poiseuille流、压力驱动的二维短槽道流数值模拟, 证实该算法对微槽道气体流动问题具有较强的模拟能力, 可望发展起基于Boltzmann模型方程能可靠模拟MEMS微流动问题气体运动论数值计算方法研究途径.   相似文献   

8.
采用欧拉-欧拉多相流模型,辅以RNG k-ε湍流模型对一简化的推流式曝气池进行了数值模拟,控制方程采用有限体积法离散,并采用PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法求解。通过模拟得到了不同曝气速度下曝气池特征断面的气相体积分数、气液两相速度的分布规律以及湍动能的变化情况,通过分析比较确定了最佳的曝气速度范围:当曝气速度范围为6.25m/s~7.813m/s时,简化的推流式曝气池内的气体分布均匀,池内的气体和液体混合充分,可为曝气池的合理运行提供参考。  相似文献   

9.
对于二维不可压缩粘性流,通过沿流线方向的坐标变换,推导了无对流项的二维N-S(Navier-Stokes)方程。采用四阶Runge-Kutta法对N-S方程进行时间离散,并沿流线进行Taylor展开,得到显式的时间离散格式,然后利用Galerkin法对其进行空间离散,得到了高精度的有限元算法。利用本文算法对方腔驱动流和圆柱绕流进行了数值计算,通过对时间步长、网格尺寸和流场区域的计算分析,进一步验证了本文算法相比经典CBS法在时间步长、收敛性、耗散性和计算精度方面更具有优势。  相似文献   

10.
高温真实气体底部流动的NS方程数值计算   总被引:1,自引:0,他引:1  
夏南 《力学季刊》2000,21(3):294-298
本文数值模拟了高超音速飞行时钝锥的底部流动。采用轴对称NS方程并考虑真实气体效应。湍流模型采用修正的Baldwin-Lomax涡粘性代数模型,数值方法空间离散对流项采用显式NND格式,粘性项采用中心差。时间离散采用三阶的龙格-库塔法。真实气体模型采用考虑七种组分四种反应的汉森模型。给出了底部流场的压力和温度分布及各组分的浓度分布。可以看出在近底部区域高速流-绕过拐角就产生一回流旋涡区。由于温度变化很大,气体的热力学特性受气体离解、复合和振动能激发的影响。所以整个流动过程变得十分复杂。  相似文献   

11.
Based on the Bhatnagar–Gross–Krook (BGK) Boltzmann model equation, the unified simplified velocity distribution function equation adapted to various flow regimes can be presented. The reduced velocity distribution functions and the discrete velocity ordinate method are developed and applied to remove the velocity space dependency of the distribution function, and then the distribution function equations will be cast into hyperbolic conservation laws form with non‐linear source terms. Based on the unsteady time‐splitting technique and the non‐oscillatory, containing no free parameters, and dissipative (NND) finite‐difference method, the gas kinetic finite‐difference second‐order scheme is constructed for the computation of the discrete velocity distribution functions. The discrete velocity numerical quadrature methods are developed to evaluate the macroscopic flow parameters at each point in the physical space. As a result, a unified simplified gas kinetic algorithm for the gas dynamical problems from various flow regimes is developed. To test the reliability of the present numerical method, the one‐dimensional shock‐tube problems and the flows past two‐dimensional circular cylinder with various Knudsen numbers are simulated. The computations of the related flows indicate that both high resolution of the flow fields and good qualitative agreement with the theoretical, DSMC and experimental results can be obtained. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

12.
On the basis of the two-dimensional elasticity equations with orthotropy, a semi-analytical method is proposed to analyze free vibration of straight beams with rectangular cross-sections. To this end, the state space method is combined with the differential quadrature method so that state equations with respect to state variables at discrete points are derived. The frequency equation for free vibration of straight orthotropic beams is then formulated. Numerical results are presented and compared with that available in the literature. The present method can be used to analyze either shallow or deep orthotropic beams with arbitrary end conditions.  相似文献   

13.
The flow of granular materials between rotating cylinders is studied using a continuum model proposed by Rajagopal and Massoudi (A method for measuring material moduli for granular materials: flow in an orthogonal rheometer, DOE/PETC/TR90/3, 1990). For a steady, fully developed condition, the governing equations are reduced to a system of coupled non-linear ordinary differential equations. The resulting boundary value problem is non-dimensionalized and is then solved numerically. The effect of material parameters, i.e., dimensionless numbers on the volume fraction and the velocity fields are studied.  相似文献   

14.
A novel numerical algorithm has been developed to solve the incompressible resistive magnetohydrodynamics equations in a fully coupled form. The numerical method is based on the face-centered unstructured finite volume approximation, where the velocity and magnetic field vector components are defined at the center of edges/faces; meanwhile, the pressure term is defined at element centroid. In order to enforce a divergence-free magnetic field, the gradient of a scalar Lagrange multiplier is introduced into the induction equation. A special attention will be given to satisfy the continuity equation and the Gauss' law for magnetism within each element and the summation of the equations can be exactly reduced to the domain boundary. The first modification to the original algorithm involves the evaluation of the convective fluxes over the two neighboring elements, where the discrete continuity equations are exactly satisfied. The second modification is based on the neglecting electric field term from the Lorentz force in two dimensions. The resulting large-scale algebraic linear equations are solved in a fully coupled manner using the one- and two-level restricted additive Schwarz preconditioners to avoid any time step restrictions forced by stability requirements. The spatial convergence of the algorithm is confirmed by solving the Hartmann flow, and then the algorithm is applied to the classical lid-driven cavity and backward facing step benchmark problems in two and three dimensions. The lid-driven cavity flow calculations at relatively high Stuart numbers indicate the perfect braking effect of the magnetic field in two dimensions.  相似文献   

15.
聂国隽  仲政 《力学季刊》2005,26(2):198-203
本文采用一种精确、简便的数值计算方法——微分求积单元法(DQEM)对变截面门式刚架结构进行了力学分析。首先建立了一般荷载作用下变截面构件的平衡微分方程,并采用微分求积法进行离散,进而得出了较为精确的分析变截面构件的单元力学模型。该模型的刚度方程不仅反映了单元的刚度性质,而且反映了单元的实际荷载作用,可较为精确地分析变截面门式刚架结构在分布载荷作用下的受力性能。通过与有限元法计算结果的比较,表明了微分求积单元法在变截面刚架的力学分析中的正确性和优越性。微分求积单元法可用于任意形状的刚架结构的静力分析。  相似文献   

16.
层状饱和土Biot固结问题状态空间法   总被引:6,自引:1,他引:6  
针对饱和多孔介质空间非轴对Biot固结问题,引入状态变量,构造了两组相比独立的状态变量方程,利用Fourier级数和Laplace-Hankel变换,将状态变量方程转换为两组一阶常微分方程组,提出了均质饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的传递矩阵,得到以状态变量和传递矩阵乘积的形式表示的均质饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的解,利用层间完全接触的条件,可得到N层饱和多孔介质空间非轴对称Biot固结问题的一般解析表达式,文中考虑几种不同的边界条件,分析了两个算例,数值结果表明该方法具有较高的计算精度和良好的计算稳定性。  相似文献   

17.
Nonlinear wave equations have been extensively investigated in the last sev- eral decades. The Landau-Ginzburg-Higgs equation, a typical nonlinear wave equation, is studied in this paper based on the multi-symplectic theory in the Hamilton space. The multi-symplectic Runge-Kutta method is reviewed, and a semi-implicit scheme with certain discrete conservation laws is constructed to solve the first-order partial differential equations (PDEs) derived from the Landau-Ginzburg-Higgs equation. The numerical re- sults for the soliton solution of the Landau-Ginzburg-Higgs equation are reported, showing that the multi-symplectic Runge-Kutta method is an efficient algorithm with excellent long-time numerical behaviors.  相似文献   

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