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相似文献
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1.
计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值模拟在航空航天等领域发挥越来越重要的作用,然而CFD数值模拟结果的可信度仍然需要通过不断地验证与确认来提高.本文给出了从制造解精度测试、简单到复杂外形湍流模拟网格收敛性研究等三个方面开展CFD软件验证与确认的方法,并对自主研发的CFD软件平台HyperFLOW在非结构网格上模拟亚跨声速湍流问题的能力进行了验证与确认.首先通过基于Euler方程和标量扩散方程的制造解精度测试,分别验证了HyperFLOW在非结构网格上对Euler方程和黏性项的求解精度,结果表明其能够在任意非结构网格上达到设计的二阶精度. 其次,通过NASATurbulence Modeling Resource中的湍流平板、二维翼型近尾迹流动、二维Bump等几个典型的亚声速湍流算例的网格收敛性研究,量化考察了数值结果的观测精度阶和网格收敛性指数,并与国外知名CFD解算器CFL3D,FUN3D的计算结果进行了对比,验证了HyperFLOW对简单湍流问题的模拟能力,且具有良好的网格收敛性和计算精度(阶). 最后,通过NASA CommonResearchModel标模定升力系数的网格收敛性研究和升阻极曲线预测,验证了软件在复杂外形亚跨声速湍流流动数值模拟中也具有良好的可信度.   相似文献   

2.
计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟在航空航天等领域发挥越来越重要的作用,然而CFD数值模拟结果的可信度仍然需要通过不断地验证与确认来提高.本文给出了从制造解精度测试、简单到复杂外形湍流模拟网格收敛性研究等三个方面开展CFD软件验证与确认的方法,并对自主研发的CFD软件平台HyperFLOW在非结构网格上模拟亚跨声速湍流问题的能力进行了验证与确认.首先通过基于Euler方程和标量扩散方程的制造解精度测试,分别验证了HyperFLOW在非结构网格上对Euler方程和黏性项的求解精度,结果表明其能够在任意非结构网格上达到设计的二阶精度.其次,通过NASA Turbulence Modeling Resource中的湍流平板、二维翼型近尾迹流动、二维Bump等几个典型的亚声速湍流算例的网格收敛性研究,量化考察了数值结果的观测精度阶和网格收敛性指数,并与国外知名CFD解算器CFL3D,FUN3D的计算结果进行了对比,验证了HyperFLOW对简单湍流问题的模拟能力,且具有良好的网格收敛性和计算精度(阶).最后,通过NASA Common Research Model标模定升力系数的网格收敛性研究和升阻极曲线预测,验证了软件在复杂外形亚跨声速湍流流动数值模拟中也具有良好的可信度.  相似文献   

3.
高智 《力学进展》2008,38(1):114-116
简述作者提出的干扰剪切流动(ISF)理论、近壁复杂ISF理论、推论和它们在CFD中的 应用.ISF是小黏性流体运动中普遍存在的一种基本流动, 如驻点流、近壁黏性-无黏干扰流动,干扰可忽略时ISF的黏性部分为熟知的边界层流动.ISF理论揭示了高$Re$数流动计算的最佳 坐标系和最佳网格生成.由近壁复杂ISF理论与流体运动方程组及流速在壁面无滑移条件相 结合导出一组壁面相容(SC)判据,该判据提供了利用CFD仿真结果判断CFD仿真可信度的理论途径、并为近壁网格、算法和边 界处理的改进和三者的更好协调、为湍流模型的评估、改进和发展提供了一种理论途径.  相似文献   

4.
阎超  席柯  袁武  于剑 《力学进展》2011,41(6):776-784
验证与确认一直是困扰计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)发展的关键问题.由AIAA组织的阻力预测会议(Drag Prediction Workshop, DPW)是CFD验证与确认方面的一项重要学术活动, 其宗旨是提供一个开放、公正的平台, 考核CFD方法、程序和模型的效能, 评价CFD作为应用空气动力学工具的现状.本文综述了4次DPW系列会议, 对会议的结果和结论进行了详细述评, 对其反映的一些问题进行了深入探讨. 最后根据多年对DPW的关注和研究, 提出了一些由DPW引发的思考.  相似文献   

5.
随着计算机技术的飞速进步,计算流体力学得到迅猛发展,数值计算虽能够快速得到离散结果,但是数值结果的正确性与精度则需要通过严谨的方法来进行验证和确认.制造解方法和网格收敛性研究作为验证与确认的重要手段已经广泛应用于计算流体力学代码验证、精度分析、边界条件验证等方面.本文在实现标量制造解和分量制造解方法的基础上,通过将制造解方法精度测试结果与经典精确解(二维无黏等熵涡)精度测试结果进行对比,进一步证实了制造解精度测试方法的有效性,并将两种制造解方法应用于非结构网格二阶精度有限体积离散格式的精度测试与验证,对各种常用的梯度重构方法、对流通量格式、扩散通量格式进行了网格收敛性精度测试.结果显示,基于Green-Gauss公式的梯度重构方法在不规则网格上会出现精度降阶的情况,导致流动模拟精度严重下降,而基于最小二乘(least squares)的梯度重构方法对网格是否规则并不敏感.对流通量格式的精度测试显示,所测试的各种对流通量格式均能达到二阶精度,且各方法精度几乎相同;而扩散通量离散中界面梯度求解方法的选择对流动模拟精度有显著影响.  相似文献   

6.
乘波体设计在超声速和高超声速飞行器设计中已经得到广泛应用,但具体设计方法仍有值得探讨之处.本文针对乘波体的工程设计,探讨了一种基于粘性流场计算的简便设计方法.这种方法以商用CFD软件为工具,首先生成锥形体的超声速粘性流场,然后采用最大压强梯度单元确定激波位置,再用圆柱面相交的方式得到乘波体上表面,利用圆柱面与激波的交线为前缘线,通过流线追踪得到乘波体的下表面,最终得到乘波体构型.本文将所用激波定位方法与存在精确解的无粘锥形流场的计算结果进行了对比,验证了该方法的可靠性.然后以马赫数M=3,设计飞行高度H=15km为设计条件,利用本文提出的方法对其气动性能进行了数值模拟和分析,并特别研究了气动性能随马赫数M和攻角的变化规律.结果表明,利用本文方法所设计的乘波体在设计点和非设计点处都具有良好稳定的气动性能.由于整个设计过程均使用现有商用CFD软件完成,既减少了自行编程所花费的时间,又具有良好的通用性,因此便于在以后的乘波体研究和工程设计中推广.  相似文献   

7.
静气动弹性问题考虑弹性结构与定常气动力间的相互耦合作用,对飞行器的性能和安全具有显著的影响.在现代飞行器设计阶段,计算流体力学(CFD)/计算结构力学(CSD)直接耦合方法是精确考察静气动弹性影响的重要手段.然而,基于CFD技术的气动力仿真手段在耦合过程中计算量大且耗时长,难以满足设计阶段的需求.因此,为了兼顾计算精度与效率,文章采用本征正交分解(POD)和Kriging代理模型相结合的模型降阶方法,替代CFD求解过程并耦合有限元分析(FEA)方法,建立了高效、准确的静气动弹性分析框架.相较于传统的以模态法为主的静气动弹性分析方法,该方法能够解决更为复杂的静气动弹性问题以及提供静气动弹性变形过程中的气动分布载荷.针对典型三维跨声速HIRENASD机翼模型开展的马赫数、迎角变化的算例验证表明:由建立的静气动弹性分析方法与CFD/CSD直接耦合方法计算得到机翼翼梢处的静变形量间的相对误差在5%以内;同时该方法预测静平衡位置处的气动分布载荷的误差在5%以内,静气动弹性分析的计算效率至少提升了6倍.  相似文献   

8.
基于人工神经网络的湍流大涡模拟方法   总被引:1,自引:0,他引:1  
大涡模拟方法(LES)是研究复杂湍流问题的重要工具,在航空航天、湍流燃烧、气动声学、大气边界层等众多工程领域中具有广泛的应用前景.大涡模拟方法采用粗网格计算大尺度上的湍流结构,并用亚格子(SGS)模型近似表达滤波尺度以下的流动结构对大尺度流场的作用.传统的亚格子模型由于只利用了单点流场信息和简单的函数关系,在先验验证中相对误差较大, 在后验验证中耗散过强. 近几年来,机器学习方法在湍流建模问题中得到了越来越多的应用.本文介绍了基于人工神经网络(ANN)的湍流亚格子模型的最新进展.详细地讨论了人工神经网络混合模型、空间人工神经网络模型和反卷积人工神经网络模型的构造方法.借助于人工神经网络强大的数据插值能力,新的亚格子模型的先验精度和后验精度均有显著提升. 在先验验证中,新模型所预测的亚格子应力的相关系数超过了0.99,在预测精度上远高于传统的大涡模拟模型. 在后验验证中,新模型对各类湍流统计量和瞬态流动结构的预测都优于隐式大涡模拟方法、动态Smagorinsky模型、动态混合模型等传统模型.因此, 人工神经网络方法在发展复杂湍流的先进大涡模拟模型中具有很大的潜力.   相似文献   

9.
罗凯  汪球  李逸翔  李进平  赵伟 《力学学报》2021,53(6):1515-1531
高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境.磁流体控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,可有效地改善高超声速飞行器气动特性,在飞行器气动力操控和热环境管理等方面均具有广阔的应用前景; 同时,超导材料及电磁技术的发展又重新推动了这一领域的研究热潮.虽然国内外在高超声速磁流体流动控制领域已开展了一些研究工作,但其实验研究依然极具挑战, 且由于实验条件及测量技术等限制,其压力、热流等参数的测量并没有得出较为系统的结论,因此需要对影响脱体激波距离、热流、压力变化的规律及机理进行深入研究; 同时,数值模拟方法和理论分析也亟待可靠的实验数据来对其进行验证.本综述调研和讨论了基于高温真实气体效应的磁流体流动控制技术研究,主要针对磁流体流动控制的试验技术、数值模拟、理论方法以及流动控制的主要研究方向等进行了总结,并对其发展趋势进行了讨论和展望.   相似文献   

10.
大涡模拟方法 (LES)是研究复杂湍流问题的重要工具,在航空航天、湍流燃烧、气动声学、大气边界层等众多工程领域中具有广泛的应用前景.大涡模拟方法采用粗网格计算大尺度上的湍流结构,并用亚格子(SGS)模型近似表达滤波尺度以下的流动结构对大尺度流场的作用.传统的亚格子模型由于只利用了单点流场信息和简单的函数关系,在先验验证中相对误差较大,在后验验证中耗散过强.近几年来,机器学习方法在湍流建模问题中得到了越来越多的应用.本文介绍了基于人工神经网络(ANN)的湍流亚格子模型的最新进展.详细地讨论了人工神经网络混合模型、空间人工神经网络模型和反卷积人工神经网络模型的构造方法.借助于人工神经网络强大的数据插值能力,新的亚格子模型的先验精度和后验精度均有显著提升.在先验验证中,新模型所预测的亚格子应力的相关系数超过了0.99,在预测精度上远高于传统的大涡模拟模型.在后验验证中,新模型对各类湍流统计量和瞬态流动结构的预测都优于隐式大涡模拟方法、动态Smagorinsky模型、动态混合模型等传统模型.因此,人工神经网络方法在发展复杂湍流的先进大涡模拟模型中具有很大的潜力.  相似文献   

11.
Marine vessels are continuously subject to impulsive loading from impact on the water surface. Understanding and quantifying the hydrodynamics generated by the three-dimensional (3D) water impact of a solid body is central to the design of resilient and performing vessels. Computational fluid dynamics (CFD) constitutes a viable tool for the study of water entry problems, which may overcome some of the drawbacks associated with semi-analytical and experimental methods. Here, we present a new computational study of the 3D water entry of a solid body with multiple curvatures. The method of finite volume is utilized to discretize incompressible Navier-Stokes equations in both air and water, and the method of volume of fluid is employed to describe the resulting free-surface multiphase flow. Computational results are validated against available experimental findings obtained using particle image velocimetry in terms of both the flow kinetics and kinematics. Specifically, we demonstrate the accuracy of our CFD solution in predicting the overall force experienced by the hull, the pile-up phenomenon, the velocity field in the water, the distribution of the hydrodynamic loading, and the energy transfer during the impact. Our approach is expected to aid in the validation of new semi-analytical solutions and to offer a viable means for conducting parametric studies and design optimization on marine vessels.  相似文献   

12.
间断Galerkin (DG)方法结合了有限元法(具有弱形式、有限维解和试验函数空间)和有限体积法(具有数值通量、非线性限制器)的优点,特别适合对流占优问题(如激波等线性和非线性波)的模拟研究,本文述评DG 方法,强调其在计算流体力学(CFD)中的应用,文中讨论了DG 方法的必要构成要素和性能特点,并介绍了该方法的一些最近研究进展,相关工作促进了DG 方法在CFD 领域的应用,  相似文献   

13.
Waverider configurations derived from general conical flowfields   总被引:1,自引:0,他引:1  
A method based on the computational fluid dynamics (CFD) is presented for a flexible waverider’s design. The generating bodies of this method could be any cones. In addition, either the leading edge or the profile of the scramjet’s inlet is used as the waverider’s definition curve, parameterized by the quadric function, the sigmoid function or the B-spline function. Furthermore, several numerical examples are carried out to validate the method and the relevant codes. The CFD results of the configurations show that all the designs are successful. Moreover, primary suggestions are proposed for practical design by comparing the geometrical and aerodynamic performances of the cone-derived waveriders at Mach 6. The project supported by the National Natural Science Foundation of China (10502053, 10372106 and 10402043), K. C. Wong Education Foundation of Hong Kong, the Key Laboratory of High Temperature Gas Dynamics of Chinese Academy of Sciences and the State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment of Dalian University of Technology.  相似文献   

14.
This paper illustrates the use of an adaptive finite element method as a means of achieving verification of codes and simulations of impinging round jets, that is obtaining numerical predictions with controlled accuracy. Validation of these grid‐independent solution is then performed by comparing predictions to measurements. We adopt the standard and accepted definitions of verification and validation (Technical Report AIAA‐G‐077‐1998, American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1998; Verification and Validation in Computational Science and Engineering. Hermosa Publishers: Albuquerque, NM, 1998). Mesh adaptation is used to perform the systematic and rigorous grid refinement studies required for both verification and validation in CFD. This ensures that discrepancies observed between predictions and measurements are due to deficiencies in the mathematical model of the flow. Issues in verification and validation are discussed. The paper presents an example of code verification by the method of manufactured solution. Examples of successful and unsuccessful validation for laminar and turbulent impinging jets show that agreement with experiments is achieved only with a good mathematical model of the flow physics combined with accurate numerical solution of the differential equations. The paper emphasizes good CFD practice to systematically achieve verification so that validation studies are always performed on solid grounds. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.  相似文献   

15.
高升阻比乘波构型优化设计   总被引:2,自引:0,他引:2  
在M∞ =6, 30km高空条件下,以升阻比为目标函数,进行了锥形流乘波体的黏性优化设计,讨论 了影响乘波体升阻比的因素,并对优化结果进行了数值验证. 结果表明:对于升阻比最大的 黏性优化乘波体,存在最优圆锥角使得源自该基本流场的乘波体升阻比最大;摩阻和波阻处 于同一量级;体积率、细长比和展长比都随着基本流场圆锥角的增大而增大.  相似文献   

16.
简要介绍燃料电池及其研究和发展现状,着重论述质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cells, PEMFC)的工作原理和结构,电池各部件中存在 的力学问题和基本的结构设计原理、 方法;基于计算流体动力学(CFD)原理的电池 仿真和优化过程及基本数学模型和软件平台.  相似文献   

17.
For many processes of industrial significance, due to the strong coupling between particle interactions and fluid dynamics, the population balance must be solved as part of a computational fluid dynamics (CFD) simulation. In this work, a CFD based population balance model is tested using a batch crystallization reactor. In this CFD model, the population balance is solved by the standard method of moments (SMOM) and the quadrature method of moments (QMOM). The results of these simulations are compared to analytical solutions for the population balance in a batch tank where 1) nucleation, 2) growth, 3) aggregation, and 4) breakage are taking place separately. The results of these comparisons show that the first 6 moments of the population balance are accurately predicted for nucleation, growth, aggregation and breakage at all times.  相似文献   

18.
Size-reduction systems have been extensively used in industry for many years. Nevertheless, reliable engineering tools to be used to predict the comminution of particles are scarce. Computational fluid dynamics (CFD)–discrete element model (DEM) numerical simulation may be used to predict such a complex phenomenon and therefore establish a proper design and optimization model for comminution systems. They may also be used to predict attrition in systems where particle attrition is significant. Therefore, empirical comminution functions (which are applicable for any attrition/comminution process), such as: strength distribution, selection, equivalence, breakage, and fatigue, have been integrated into the three-dimensional CFD–DEM simulation tool. The main drawback of such a design tool is the long computational time required owing to the large number of particles and the minute time-step required to maintain a steady solution while simulating the flow of particulate materials with very fine particles.The present study developed several methods to accelerate CFD–DEM simulations: reducing the number of operations carried out at the single-particle level, constructing a DEM grid detached from the CFD grid enabling a no binary search, generating a sub-grid within the DEM grid to enable a no binary search for fine particles, and increasing the computational time-step and eliminating the finest particles in the simulation while still tracking their contribution to the process.The total speedup of the simulation process without the elimination of the finest particles was a factor of about 17. The elimination of the finest particles gave additional speedup of a factor of at least 18. Therefore, the simulation of a grinding process can run at least 300 times faster than the conventional method in which a standard no binary search is employed and the smallest particles are tracked.  相似文献   

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