高超音速进气道的冷却研究

作为我国航天飞机研究的一个开端，本文以美国ＮＡＳＡ高超音速研究发动机ＨＲＥ的进气道几何为模型，进行了飞行马赫数为６时的进气道各部分的气动和气动热计算，并在此基础上提出了以氢燃料作冷却剂的主动冷却结构，进行了冷却计算，证明提出的冷却结构所需要的氢用量是合理的。     

迎风型TVD格式在高速进气道粘性流动模拟中的应用

迎风型ＴＶＤ格式在高速进气道粘性流动模拟中的应用刘晶昌，徐建中（中国科学院工程热物理研究所北京１０００８０）邢君波（航天部３１所北京１０００８０）关键词超音速进气道，数值模拟，Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程１前言高速进气道流动做为一种非常复杂的流动，...     

内燃机进气道和缸内三维流场数值模拟

内燃机进气道及缸内气体的流动是一种十分复杂的三维湍流运动，对燃油的喷射、混和气体的形成、燃烧和排放有重要影响。利用数值模拟方法是了解气流运动、发展变化规律及气流与燃烧关系的主要手段之一。采用瞬态咬合法模拟气阀和活塞的运动，采用分块划分网格技术形成计算域的整体网格。微分方程的计算求解基于ＫＩＶＡ－３程序，加入以上子程序，计算针对四冲程柴油机的进气过程进行模拟计算。     

磁流体动力学磁控进气道流场分布数值模拟

采用磁流体控制的办法能提高超燃冲压发动机的推进性能。结合了Maxwell方程组和描述流体力学规律的Navier-Stokes方程组,并对这些方程进行了简化,建立了适用于计算磁流体动力学(MHD)超燃冲压发动机磁控进气道流场分布的数值模拟模型。研究了在特定工况下,流场特征、电势、电流以及提取功率等参数的变化。磁流体发生器能够降低管道出口马赫数和流向速度,降低出口处的总焓,但是出口处的温度有所提高。在电极上,电势保持常数,而绝缘壁面的电势较高,电场在电极端点出现周期性的极性。y方向电流在电极板附近很高,而在绝缘板上几乎为零。电流主要从正电极流向负电极,而且沿着x方向略有减小。y方向电流最大值出现在绝缘壁面上,而绝缘板上的z方向值几乎为零。z方向电流最大值出现在管道的边角处,而在绝缘壁面上几乎为零,电流在绝缘壁面的法线分量为零。     

可压缩粘性流动中双方程湍流模型的选择

应用本文作者提出的高收敛率、高精度和高分辨率方法求解可压缩粘性流动问题时选用了k－∈、k－ω和q－ω等三种考虑了可压缩性的双方程湍流模型．综合比较了模型本身以及边界条件提法的难易程度，它们对求解复杂流动以及捕捉各种间断面和滑移面的能力，对初始流场的依赖程度，对收敛速率、CPU时间以及对解的精度和分辨率等的影响。本研究为三维非定常湍流计算提供了选择湍流模型的成功经验．     

具有TVD性质的三阶精度GODUNOV格式在粘性流场计算中的应用

本文发展了一种具有TVD性质的三阶精度的Godunov格式。隐式部分采用迎风对角线形隐式近似因式分解法。并引入了粘性通量的简化算法。显式部分采用三阶精度TVD格式。为进一步增强格式的稳定性及对间断的捕捉能力,在单元边界上构造Riemann问题。应用上述方法对某型涡轮高压级及压气机进行了数值模拟。     

并行计算用于叶轮机械流场特性分析

本文采用LU-SGS-GE隐式格式和改良型高精度、高分辨率的 MUSCLTVD格式求解平均的 Navier-Stokes方程和低Reynolds数q-ω双方程湍流模型。利用分区处理及分布式网络并行计算技术,在多台个人计算机上完成了叶轮机械内部三维粘性流场的快速并行求解。仅将计算域拆分成8份,并行加速比就可达7.4。     

压力恢复系统超声速扩散段三维流场数值模拟

 采用数值模拟的手段，对压力恢复系统超声速扩散段三维流场进行研究。数值模拟使用LU分解法和NND差分格式求解全Navier-Stokes 方程，并加入了湍流模型。对得到的流场结构进行了分析，为下一步工作打下了基础。     

利用N-S方程模拟机翼气动弹性的一种计算方法

利用一种双时间方法求解三维非定常N-S方程,得到与任意非定常运动对应的气动力,在求解非定常气动力的同时,在时间域内用二阶龙格 库塔方法求解机翼弹性运动方程,从而模拟粘性流动中的气动弹性全过程.为保证网格生成效率,采用无限插值理论生成O-H型代数网格,考虑了机翼变形时的网格生成问题,并得到计算结果.     

基于第二粘性的Navier-Stokes方程组求解正激波结构

为考察气体第二粘性（体积粘性）对正激波内部流动的影响机制,数值求解含第二粘性的一维Navier-Stokes方程组.结果表明：第二粘性对激波内部的密度、热流和能量分布等物理量具有抹平效应,导致热流和熵流的峰值减小、激波厚度增加,体积粘性耗散的增加使得一部分机械能转化为内能;考虑第二粘性所计算的密度分布和激波厚度大为改善,与实验数据吻合较好;当马赫数为1.2≤Ma≤10,激波内部的Knudsen数满足0.12≤Kn≤0.4,对于马赫数Ma≤4.0的激波内部流动,考虑第二粘性的连续流Navier-Stokes方程组能够准确地模拟正激波结构.     

粘性涡方法在多圆柱绕流数值模拟中的应用

用粘性涡方法求解了涡量速度形式的二维不可压缩Navier—Stokes方程．利用分步方法分别求解无粘的对流运动和粘性扩散，粘性扩散用随机走步方法来处理，利用涡量交换技术来满足无滑移边界条件，同时为进一步减少计算量，在求解对流速度时，采用了多极子展开法加速技术使得计算量由N2的量级减少到NlogN的量级．数值模拟了单圆柱和双圆柱纵向排列的绕流流场．     

凹型钝头体超音速粘性流场的数值模拟

本文首先从单个方程出发,根据TVD思想,比较自然地给出了二阶带通量限制器的CSCM^[1]差分方法,然后推广到方程组情形。为了验证方法和程序,将球头绕流计算结果同文献[2]作了比较,然后运用此方法模拟了轴对称凹型钝体的粘性超音速分离绕流流场,对一阶与二阶、粘性与无粘性数值结果作了比较。计算网格采用了简单、快速易行的拟正交代数生成方法。     

用多块多网格方法数值模拟三维粘性流动

本文给出了一个模拟三维粘性流动的数值方法．该方法来用高分辨率 ＴＶＤ Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式求解三维雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，使用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ模型估计湍流粘性系数，用多重网格技术加速收敛，采用多块结构化网格处理复杂的物理域．文中给出了叶轮机械多个叶片排和透平排汽缸内的全三维粘性流动的数值结果．     

二维空腔黏性流的格子Boltzmann方法模拟

用13速六方格子BhatnagarGrossKrook(缩写为BGK)模型模拟二维空腔黏性流.给出了上边界流体作匀速运动时,具有不同雷诺数的空腔黏性流的流场速度分布情况,模拟了在雷诺数Re=3000时,流场中的涡旋形成过程及流场稳定后,腔内密度、压力和温度的分布情况 关键词：     

应用隐式SMAC格式计算射流放水阀内部非定常不可压粘性流场

为了分析射流放水阀内部的非定常不可压粘性流场,在一般曲线坐标系下求解了以逆变速度为参数的不可压Ｎ－Ｓ方程和压力椭圆方程。计算采用了基于隐式ＳＭＡＣ格式的有限差分格式。在这种格式中,非定常流场的速度是通过使用Ｃｒａｎｋ－Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ格式,并在每一时间步处以牛顿迭代的方法得到的;而压力椭圆方程是通过使用Ｔｓｃｈｅｂｙｓｃｈｅｆｆ ＳＬＯＲ格式并交替改变计算方向而求解。通过使用交错网格和迎风差分,诸如改进的ＱＵＩＣＫ格式;计算过程中的误差和数值不稳定能够得到有效地控制。计算结果和实验观察得到的流动图谱对比表明,二者十分吻合。     

超音速分离管内部流动的二维数值模拟与分析

为了克服现有天然气脱水技术的不足,基于气体动力学和传热传质学理论提出了一种新型的天然气超音速分离管装置.介绍了其基本结构和分离机理,对装置内部流动进行了合理假设,建立了几何模型,并利用张量形式的时均方程组对其内部的稳态可压缩湍流流动进行了求解,结果发现在轴向-400 mm至-200 mm之间发生了激波现象,导致气流速度急剧下降,压力急剧上升,温度急剧上升.计算结果与之前的实验结果基本一致,为分离管几何结构优化提供了理论基础.     

基于时间的驱动方腔流的高精度多重网格方法数值模拟

提出了一种求解二维非定常不可压缩Navier-Stokes方程组的全隐二阶时间推进和空间四阶差分紧致格式,在每一个时间步上,采用多重网格的全近似格式(FAS)加速其迭代收敛过程。利用该方法对驱动方腔流动问题进行了直接数值模拟,结果显示对于Re≤5000,本文在粗网格上(64×64等分和128×128等分)即可得到较为准确的定常层流解;对于Re=7500和10000,由于更多二次涡的出现,本文在256×256等分网格上同样可得到与前人的结果相吻合的非定常周期性解。     

转子密封系统流体激振问题的流固耦合数值研究

随着叶轮机械的工作转速越来越高,工程中发生了大量的密封流体激振问题。实验证明,高转速下的流体激振属于自激振动,但采用传统的刚度阻尼线形假设无法模拟出这一物理现象。本文发展了一种高精度的流固耦合计算方法,用这种算法成功地模拟出转子密封系统在高转速下的自激振动,且捕捉到频率锁定的现象,而且发现随着转速的提高,固有频率也增大。另外,本文还得到了压比、预旋度对密封转子自激振动的影响规律。     

一个超音速绕流的数值计算

用一阶精度的Friedrichs-Lax有限差分逼近流线坐标系中守恒方程组,得到分辨度十分清晰的冲击波、稀疏波和波的相互作用等物理图像。