复杂多孔介质腔体内自然对流换热的数值研究

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLEC算法,数值研究复杂多孔介质腔体内的自然对流换热问题.腔体的曲面温度分别保持恒定,上下表面绝热.在曲线坐标系中用有限容积法离散方程,并采用Brinkman扩展达西模型及局部非热平衡模型求解,综合研究Rayleigh数,Darcy数、孔隙率等参数对腔体内自然对流换热的影响.计算结果表明:Rayleigh数和Darcy数的影响最大而孔隙率的影响很小,同时存在使得腔体内换热达到最强的最佳纵横比.     

一种求解大型Lyapunov矩阵方程的预处理并行算法

研究了一种求解大型Lyapunov矩阵方程的并行预处理变形共轭梯度法.首先将处理小型矩阵方程的Smith预处理方法引入该问题的求解,将原矩阵方程转变为Stein方程,然后采用变形共轭梯度法并行求解预处理后的矩阵方程.其中遇到的难点是需要确定参数μ及求矩阵(A+μI)的逆.基于估计特征值的Gerschgorin圆定理给出了参数μ的估值,再采用变形共轭梯度法并行求得矩阵(A +μ l)的逆,从而形成预处理后的矩阵方程.通过数值试验,该算法与未预处理的变形共轭梯度法相比较,预处理算法明显优于未预处理的算法,而且其并行效率高达0.85.     

轻质热防护系统波纹夹芯结构热力耦合分析

高超声速飞行器在出人大气层或持续在空间飞行时,将遭受严苛的气动加热载荷.对热防护系统进行传热分析是进行热力耦合分析的基础,而温度分布的特点直接影响到波纹夹芯结构的热应力等问题.首先对一体化热防护系统(integrated thermal protection system,ITPS)进行隔热性能分析,得到整个结构的温度场;然后采用顺序耦合的数值方法,模拟分析ITPS波纹夹芯结构单胞的热力耦合性能,给出波纹夹芯结构在静力载荷以及热力耦合载荷条件下的应力场、位移场,并对计算结果进行了讨论.结果表明波纹夹芯结构在初始尺寸及约束条件下,只满足在高温热流作用下飞行器低压区使用,而当气动压力大于等于15 000 Pa时,结构将发生破坏.     

带有球凹/球凸的旋转通道内流动结构和强化换热的数值研究

对带有凹坑和凸包的内流通道在不同旋转数下的对流换热特性进行了数值分析,探讨了Coriolis力对通道中流场和换热特征的影响.研究发现,随着旋转数增加,通道前缘呈现出较弱的流动冲击,但存在较大的尾迹和延迟的流动再附着,后缘凹坑内部有一较小旋涡和较强射流使得后缘传热得到强化,最高可达60%.总体Nusselt数随着旋转数的增加先减小而后增大.     

等壁温加热微通道内气体流动换热特性的直接蒙特卡罗模拟

用直接模拟蒙特卡罗方法对压力边界条件下气体在微通道内的流动换热特性进行了研究,给出了壁面与来流存在温差时的沿程速度分布特点,以及在可压缩性与换热条件综合作用下的温度分布特点。研究结果表明:微通道内气体可压缩性作用显著,温度分布由可压缩性和换热强度的相对强弱综合决定;壁面与来流存在温差时气体沿程速度分布型线在入口段内上凸;壁温高于来流温度时,气流速度与等温流动工况下的速度的相对大小与气体稀薄性有关。     

并行间断有限元算法求解Navier-Stokes方程

间断Galerkin有限元方法非常适合在非结构网格上高精度求解Navier-Stokes方程,然而其十分耗费计算资源.为了提高计算效率,提出了高效的MIMD并行算法.采用隐式时间离散GMRES+LU SGS格式,结合多重网格方法,当地时间步长加速算法收敛.为了保证各处理器间负载平衡,采用区域分解二级图方法划分网格,实现内存合理分配,数据只在相邻处理器间传递.数值模拟了RAE2822翼型和M6黏性绕流,加速比基本呈线性变化且接近理想值.结果表明了该算法能有效减少计算时间、合理分配内存,具有较高的加速比和并行效率,适合于MIMD粗粒度科学计算.     

周期性波纹通道内换热与流动的数值研究

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法，数值研究了一种紧凑换热器中波纹通道内周期性充分发展的层流流动与换热情况，流动船数的范围为100～1100，Pr数为0．7．计算考察了不同波纹高度、波纹间距对流动与换热的影响，并对模型参数进行了性能评价．计算结果表明，整体Nu数及雁数随着流动Re数的增加而增加．随着波纹高度的增加或波纹间距的减小，换热增强，特别是在高船数下波纹高度的增加更加强化换热．最佳波纹高度和间距分别为1．15mm和13mm．     

脉动参数对波纹通道内传热强化的影响

采用曲线坐标系下压力与速度耦合的SIMPLER算法，数值研究了波纹通道内脉动流动与换热情况，流动Re数的范围为5～500，Pr数为0．7．计算考察了脉动参数如脉动频率和振幅对通道内强化传热和压力损失的影响．研究结果表明，流动阻力特性呈周期性余弦规律变化，换热Nu数呈正弦规律变化；频率、振幅的增大，使得阻力脉动幅度增大．受人口脉动流的影响，通道内的旋涡发生周期性的脱落、增长和迁移，从而增强了流体之间的扰动和掺混，强化了传热；传热的强化效果随着振幅的增大而增强，但在特定人口脉动流下，相同振幅不同频率下的强化效果几乎一致．     

一种求解鞍点问题的预处理并行算法

研究了一种求解鞍点问题的并行预处理变形共轭梯度算法.通过应用迭代法进行预处理后,再采用变形共轭梯度求解的模式.首先构造系数矩阵近似逆的多项式表达式,以此作为预处理矩阵的逆矩阵,对方程组进行预处理;然后采用变形共轭梯度法并行求解预处理后的线性方程组.为减少运算量,采用迭代方式并行计算多项式与向量的乘法运算.通过调整迭代次数,即调整多项式次数,检验各种次数的多项式进行预处理后的求解方程的效果.数值试验结果表明,该算法明显优于未预处理的变形共轭梯度法,且当预处理迭代次数取4时效果最好.     

一类特殊矩阵方程的并行预处理变形共轭梯度算法

研究了求解一类矩阵方程AXB=C,提出了一种并行预处理变形共轭梯度法.该方法给出一种迭代法的预处理模式.首先给出的预处理矩阵是严格对角占优矩阵,构造并行迭代求解预处理矩阵方程的迭代格式,进而使用变形共轭梯度法并行求解.通过数值试验,预处理变形共轭梯度法与直接使用变形共轭梯度法相比较,该算法不仅有效提高了收敛速度,而且具有很高的并行性.