类升力体外形高超声速粘性绕流拓扑结构分析

采用交替方向隐式分解的隐式NND格式求解全N-S方程模拟“类升力体”外形在高超声速下的大攻角流动,给出了“类升力体”外形表面极限流线随攻角变化的拓扑结构及40°攻角下垂直于体轴的横截面流线拓扑结构。结果表明:类升力体外形三维流场结构十分复杂,攻角从0°～40°变化时,背风面表面极限流线依次由不分离、开式分离向起始于鞍、结点组合的高阶奇点的分离方式转化,翼面横向分离亦随攻角增大而增大;垂直于体轴的横截面流动拓扑结构与文献[2]给出的理论分析一致。     

基于灰色-加权马尔可夫的机械钻速动态预测北大核心CSCD

在钻井工程中,科学准确地预测机械钻速(Rate of Penetration,ROP)对高效钻井以及钻井智能化发展具有重要意义.针对ROP的预测实效性以及波动性大的问题,在灰色系统理论的基础上,结合马尔可夫理论,建立灰色-加权马尔可夫机械钻速动态预测模型.其方法是利用灰色预测模型对ROP进行模拟预测,根据预测值的误差范围划分几个误差分布的状态空间,以不同转移步长间的状态转移信息构建状态转移概率矩阵,再利用该矩阵和不同井段的状态信息,对下一井段的ROP值进行状态空间判断并修正,同时通过不断更新模型中的数据,实现动态实时预测.以南海莺歌海盆地M井进行实例分析.结果表明:经灰色预测模型与加权马尔可夫的有效结合,ROP预测值拟合曲线不仅更加贴近实测值,而且降低了误差的离散性,具有更高的预测可信度,进而有效验证了该模型的有效性.     

基于转换矩阵的FEM/MLPG耦合算法

首次基于有限元的转换矩阵(TMF)和无网格的转换矩阵(TMM),提出有限单元法(FEM)和无网格局部彼得罗夫-伽辽金法(MLPG)的耦合算法。编制了相应算法的三维程序,计算分析了三维柱体的拉伸和弯曲问题,并将计算结果与ABAQUS软件计算结果以及理论解进行了比较。结果表明,本文给出的耦合算法计算精度高,收敛性好,可以用以模拟裂纹扩展等问题。     

直接施加本质边界条件的FE／EFG耦合算法及其数值实现

提出一种可以直接施加本质边界条件的有限元与无网格Galerkin（FE／EFG）耦合算法。将问题域分成FE和EFG两种类型的子域,采用转换矩阵耦舍两子域的交界面;通过另一转换矩阵将无网格区域本质边界上的名义位移转换成真实位移,从而可在其上直接施加本质边界条件;采用二次转换实现两种转换矩阵之间的协调。提出全域统一采用单元...     

高超声速飞行器磁控热防护霍尔电场数值方法研究

作为一种新概念高超声速热防护手段,磁控热防护系统在实际应用中往往需要考虑霍尔效应的影响.为了在真实气体环境下求解霍尔电场,采用交替隐式近似因子分解法建立并验证了热化学非平衡流体域电场数值求解方法.分析了电场虚拟步进因子和收敛性的关系以及影响步进因子取值的因素,提出了当地变步进因子加速电场收敛方法.研究表明,存在一个最优的步进因子a_p使得霍尔电场收敛速度最快,并且随网格尺度的减小和霍尔系数的增加,最优步进因子a_p变大,电势场收敛速率变慢.对于局部加密网格而言,当地变步进因子法的电势收敛性明显优于常规的定步进因子法.     

采用态-态模型的热化学非平衡喷管流数值研究

数值求解耦合态-态模型的N₂/N准一维喷管非平衡流方程,获得驻室温度3 000 K~10 000 K,压力1 atm~10 atm条件下的流场参数分布和详细的振动能级分布,分析喷管流动中的宏观和微观特性,并对这类复合占优的流动考察双温度模型中假设的合理性.     

非平衡流模拟参数ρ∞L有效性的数值分析

在非平衡流相似律现有研究成果的基础上,通过对化学反应特征时间、具体流场区 域热化学状态、辐射输运方程的分析,并结合若干典型算例,讨论双体碰撞反应的非 平衡尺度效应模拟参数ρ∞L对高空高超声速飞行器全流场适用的条件.结果表明,当模拟参数ρ∞L值低于一定范围时, 在高超声速流场非平衡区中离解非平衡起主导作用,此时模拟参数 ρ∞L不仅对全流场的无量纲参数分布有效,而且对流场电离特性、模型气动热特性、分子光谱范围的驻 点辐射谱强度都是有效的.模拟参数ρ∞L的有效性与自由流速度、不同类物理量和流场不同区域均相关: 当自由流速度增加时, 对全场有效的ρ∞L要求ρ∞L 值减小;与无量纲压力、密度和温度相比, 对化学组元特别是离子组元分布有效的ρ∞L所要求的ρ∞L 值更小; 与模型头部区相比, 在身部区有效的ρ∞L所要求的ρ∞L值更小.     

高超声速三维热化学非平衡流场的数值模拟

对三维高超声速热化学非平衡流场进行数值模拟,采用双温度热化学非平衡、11组元空气模型,考虑振动-离解耦合．差分格式采用沈清博士提出的“迎风型NND”格式,用熵修正方法消除了高超声速流数值模拟中的“carbuncle现象”．与LU-SGS方法结合,提高了单步计算效率和收敛性．数值模拟结果与文献结果进行了对比,并在弹道靶中进行了钢质圆球的弓形激波位置实验验证．计算结果与文献、实验的对比说明,三维热化学非平衡流计算程序可以精确地捕捉到强弓形激波,得到合理的空气动力系数．     

考虑熵层效应的扫掠激波/湍流边界层干扰特性研究

为了探究熵层对扫掠激波/湍流边界层干扰特性的影响规律,采用仿真方法对尖鳍/钝板物理模型进行研究。结果表明:扫掠激波上游的熵层厚度随着平板前缘钝化半径的增大而增加,同时边界层厚度也随着熵层厚度的增加而增加。熵层的引入并不改变扫掠激波/湍流边界层干扰固有的准锥形相似特性,也不会改变拟锥原点（virtual conical origin,VCO）的位置,仅会改变干扰形成的上游影响线和分离线的角度。扫掠激波/湍流边界层干扰形成的锥形主旋涡和角涡的尺度随着熵层厚度的增加而增大。上游熵层的引入增大了下游扫掠激波/湍流边界层干扰区的总压损失,但扫掠激波/湍流边界层干扰自身造成的相对总压损失并不受上游熵层的影响。      

完整齿轮副的三维有限元应力分析

本文分析的三维有限元模型是一完整的齿轮副,不必假设切开表面上的力与位移边界条件,也不必在进行齿轮的应力分析前预估齿牙上作用的载荷。为了减少数据准备及计算工作量,用接触线代替了啮合齿间的接触面,把非线性接触问题简化为线性接触问题。利用这里所介绍的办法,可以得到齿向载荷分布结果、齿间载荷分配结果、以及完整齿轮副任一区域内的位移及应力结果。