基于SPH方法的高速列车风阻制动板制动力研究

采用光滑粒子流体动力学（smoothed particle hydrodynamics,SPH）方法建立了高速列车风阻制动板流固耦合二维数值模型,实现了对风阻制动板动态开启过程的数值模拟,分析了风阻制动板的运动规律、受力分布和气动阻力变化规律.结果表明:当车速为300 km/h,最大开启角度为90°时,制动板整个开启过程的动作时间约为0.025 s,满足紧急制动时的快速响应要求;制动板开启初期,板的受力有较大突变且呈梯度分布,易弯曲变形;制动板的整个开启过程中,制动板整体受力水平逐渐提高且保持均匀分布,制动板直角边缘处受力始终较其他部位大,具有良好的增阻效果;最大制动力出现在最大开启角度为75°~85°时,而非垂直开启时,建议将最大开启角度设置为80°以获得最大制动力.      

氢氧混合气体爆轰波的真实化学反应模型数值模拟

采用高精度的ENO格式和基于基元化学反应的真实化学反应模型求解氢氧混合气体一维爆轰波的精细结构。采用直接起爆方法得到稳定传播的爆轰波 ,计算的爆轰波阵面参数和实验相当符合。对爆轰波反应区化学反应的研究表明 ,参与反应的不同组分具有不同类型的变化特征。网格尺寸影响的研究表明 ,计算结果的精度随着网格尺寸的增加而增加 ,并能保持较好的收敛性。移动网格研究结果表明 ,网格运动速度和爆轰速度接近时 ,两者的相互作用对计算结果产生一定影响。     

气相爆轰胞格结构和马赫反射数值模拟

采用简化二阶段化学反应模型和改进的高精度时空守恒方法 (CE/SE)对二维可燃气体DDT过程和爆轰波在楔面上的马赫反射进行了数值模拟 ,计算和实验结果的比较令人满意。     

一种含运动固壁超声速流动的Descartes网格算法

提出一种Descartes网格算法,用于数值求解含任意复杂及运动固壁的超声速流动问题.采用位标集函数确定和跟踪流-固界面.引入虚网格技术处理流-固边界条件,并沿法向和切向分别进行计算.该算法简单、稳健,可与高阶有限差分格式并用.选取一组一维/二维静止或运动物体绕流算例,验证其有效性.     

有限差分格式的一个通用色散-耗散条件

通过分析显式有限差分格式的数值色散和数值耗散,导出一个适于有限差分格式的通用色散-耗散条件.根据群速度和耗散率之间的物理关系,确定了用以抑制数值解中伪高波数波所需要的适度耗散.在以往发展的低耗散加权基本无振荡格式WENO-CU6-M2上的应用表明,该条件可用作优化线性或非线性有限差分格式的色散和耗散的通用指导准则.此外,满足色散-耗散条件的改进WENO-CU6-M2格式还可选作低分辨率数值模拟,以三维Taylor-Green涡向湍流转捩和自相似能量衰减问题展现了它的这种能力.与经典的动态Smagorinsky亚网格尺度模型相比,在Reynolds数Re=400~3000条件下,无黏和黏性Taylor-Green涡的数值模拟结果均得到明显改善.在保持激波捕捉特性同时,与最新的隐式大涡模拟模型的计算效果相当.      

液滴超声速气动破碎初期界面不稳定性

针对液滴破碎问题,获得并揭示两相界面演化特征机理.采用数值模拟方法,观察了超声速条件下的液滴气动破碎初期的界面不稳定性.基于数值模拟结果和线性稳定性理论,综合分析表明,Rayleigh-Taylor不稳定性和Kelvin-Helmholtz不稳定性均对源于驻点和外环之间中段附近处的主导扰动产生作用.保持其他流动特性不变,降低K-H不稳定性的影响,对数值模拟进行了专门改进,进一步验证了前述结论.      

气相爆轰波沿胞格的动力学机理研究

 建立了一种以子单元分析为基础,研究气相爆轰波沿胞格运动时的动力学机理的新方法。根据该子单元的性质和斜冲击波关系,首先推导了对撞前后前导冲击波沿胞格对称轴的马赫数之比和入射冲击波入射角及胞格几何性质的关系,求解了胞格结构中的三波点对撞问题。然后,采用爆炸波模拟前导冲击波的自持运动过程,求解气相爆轰波沿胞格的动力学过程,理论分析表明,气相爆轰波在胞格起点首先经历一个增长过程,然后才出现衰减。理论分析结果与实验和数值计算结果的比较表明符合得较好。     

可压缩Kelvin-Helmholtz不稳定性低耗散锐界面方法直接模拟

采用低耗散WENO(weighted essential non-oscillatory)格式及锐界面方法模拟可压缩Kelvin-Helmholtz不稳定性问题.由于物质界面被描述成一种接触间断, 该方法可精确求解切向速度间断.基于优化模板对原始光滑指标进行正规化后, 得到一种低耗散WENO格式.修正后的方法显著降低了普通流动区域的过衰减问题, 保持了良好的激波捕捉性能, 并可获得与混合格式相当的求解精度.不同于以往求解单一流体或易混界面时, 通过初始设定有限宽度的剪切层或快速数值耗散以抑制高波数模态, 该方法允许高波数扰动的发展.计算结果表明, 高波数扰动展现出与以往理想Kelvin-Helmholtz不稳定性问题数值模拟或线化理论结果不同的特征, 但与有限厚度的剪切层结果相符.