跨音速湿空气非平衡凝结流动的数值研究

跨音速流动条件下湿空气中的水蒸气由于快速膨胀而发生非平衡凝结,凝结潜热对跨音速气流进行加热,会显著改变气流的流动特性。通过对商用计算流体动力学软件FLUENT进行二次开发,建立了湿空气非平衡凝结流动的数值求解方法。该方法可用于二维或三维、粘性或无粘、内流或外流的求解中。采用该方法分剐对缩放喷管、透平叶栅以及绕CA-0.1圆弧翼型的湿空气非平衡凝结流动进行了数值分析。计算结果表明：湿空气凝结手l起缩放喷管中的凝结激波、导致叶橱流动中总压降低;对于翼型周围的流动,在相对湿度分别为50％、57．1％、64.1％时,依次计算得到了单激波、五激波、双激波。     

喷管内水蒸气非平衡凝结流动数值模拟研究

基于水蒸气非平衡凝结动力学模型和水蒸气真实热力学性质模型,建立了水蒸气跨声速非平衡凝结流动数值模型,对喷管内水蒸气非平衡凝结流动进行了数值模拟,模型成功地捕捉到了凝结激波,并且模拟结果与实验数据吻合较好,证明了所建立数值模型的准确性和可靠性。在此基础上研究了水蒸气在跨声速流动过程中发生的非平衡凝结现象以及对流场产生的影响,发现水蒸气凝结现象对流场的影响非常显著;并对凝结激波的产生过程和原因进行了详细分析。     

叶栅可压缩流场的数值分析

将一维ＡＵＳＭ＾＋格式与三阶精度ＭＵＳＣＬ格式融合,给出了其在任意风线坐标下的二维形式,采用有限体积法,将ＡＵＳＭ＾＋格式与Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ格式结合,对叶栅可压缩流场进行了数值模拟,典型算例的计算结果与有关献结果相符很好,表明ＲＫ－ＡＵＳＭ＾＋混合格式对叶栅可压缩流场进行数值模拟是可行的。     

平面跨音速叶栅正、反混合问题的一种高效率解法

本文在文献[1]的基础上提出了平面跨音速叶栅正、反混合问题的一种高效率解法,它保持了文献[1]中方法的优点,避免了打靶,从而达到了扩大适用范围,减少了计算时间。 文中导出了以Von Mises坐标为自变量的流线控制方程,简单而有效地处理了速度的双值问题,作为考核,计算了两个跨音速平面叶栅和一个拉伐尔喷管的流场,结果令人满意,本方法具有精度高、收敛快的特点,即使对于624所跨音涡轮动叶中部叶栅中比较复杂的流场,也只需迭代50次,费时不到1分钟(DPS-8机),即可获得满意的结果。     

平面叶栅跨音流场气动特性的数值研究

通过对模型方程的分析，给出了一种新的隐格式构造思想。将它运用到关通量分裂格式中，可得到无近似因子分解、无矩阵运算的高效二阶精度隐式矢通量分裂差分格式，并用来直接求解时间平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组。数值计算标明：该方法具有精度高、稳定性好、计算量少、收敛快等优点，在平面叶栅跨音流场的计算中，较好地捕获了激波，与实验比较，结果令人满意。     

热化学非平衡辐射流场数值研究

从耦合辐射的轴对称热化学非平衡N-方程出发,采用双温度、11组元反应气体模型,耦合“线-线”精细辐射模型,利用隐式NND有限差分格式和时间预处理技术数值求解了FIREII飞船热化学非平衡辐射流场,得到了有关辐射和辐射光谱计算结果,并与有关文献的实验结果和计算结果进行了比较。     

绕Apollo飞船的高超声速化学非平衡流动的数值模拟

利用混合通量分裂方法，建立了很方便求解的隐式ＮＮＤ格式，求解了完全气体和化学非平衡空气绕Ａｐｏｌｌｏ飞船的流动，计算结果和实验值作了比较，应用拓扑分析方法，研究了背风区和尾迹内的流动结构。     

流过泰氟龙烧蚀表面的化学非平衡边界层数值研究

对流过泰氟龙烧蚀表面的化学非平衡边界层进行了数值分析．研究了气体模型、化学反应速率常数和壁画催化对边界层特性的影响．研究表明，气体模型对烧蚀产物组元浓度大小的排序有很大影响，但不同气体模型造成的电子数密度差最大仅一个数量级；不同的氟碳反应速率常数，虽在非催化壁条件下，对组元浓度剖面有强烈影响，但对电子数密度剖面，不管壁面催化特性如何，几乎都没有影响；表面烧蚀可能引起边界层分离．     

大气飞行条件凝结放热对机翼升阻特性影响

跨音速流动下,大气中水蒸气发生的非平衡凝结对机翼的升阻特性影响显著。本文对大气飞行条件下,绕ONERA M6机翼非平衡凝结流动进行研究。对攻角分别为1.07°、3.06°、6.06°非平衡凝结流动影响机翼周围流场分布进行分析。分析结果表明:与干空气流动相比,攻角为1.07°时,随着相对湿度从30%增加到60%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度继续增加到70%,机翼升阻比略有增大,为干空气的21.6%;攻角为3.06°时,随着相对湿度从30%增加到70%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度70%时,升阻比为干空气的41.5%;攻角为6.06°时,随着相对湿度从30%增加到70%,机翼的升阻比持续减小,相对湿度70%时,升阻比为干空气的64.3%。     

进口受控非定常来流同振荡叶栅相互作用的Euler方程数值解

将 Dcnton 的四角点有限面积格式用于求解变换坐标系下的非定常 Euler 方程组,在振荡叶片附近局部子域构造了一种按等差级数分布的动态网格,从而节省了计算时间,对于本方法的正确性进行了初步检验并与相应的实验进行了对比,在进口总压简谐振荡的束流条件下,计算了零安装角平板叶栅和53°安装角双凸叶栅扭转振荡的非定常流场,结果表明,进口受控扰动同振荡叶栅之间的相互作用在有压力梯度的情况下可以定性地改变叶栅的气动阻尼。     

二维振荡叶栅非定常粘性流动数值模拟

采用显式四步Runge-Kutta格式，结合Baldwon-Lomax紊流模型求解Navier-Stokes方程，借助运动网格技术，完成了对二维振荡叶栅非定常粘性流动的数值模拟。为了加速求解过程，引入了变系数隐式残差光顺方法，取得了较好效果。数值结果与已公布的数据有很好的一致性。     

流过泰氟龙烧蚀表面的化学非平衡边界层数值研究

对流过泰氟龙烧蚀表面的化学非平衡边界层进行了数值分析．研究了气体模型、化学反应速率常数和壁画催化对边界层特性的影响．研究表明，气体模型对烧蚀产物组元浓度大小的排序有很大影响，但不同气体模型造成的电子数密度差最大仅一个数量级；不同的氟碳反应速率常数，虽在非催化壁条件下，对组元浓度剖面有强烈影响，但对电子数密度剖面，不管壁面催化特性如何，几乎都没有影响；表面烧蚀可能引起边界层分离．     

高超声速非平衡流动-辐射特性数值模拟研究

飞行器高超声速飞行过程中所承受对流加热和辐射加热可能具有相当的量级,因此合理准确预测气动加热需要将二者进行综合考虑.文章发展了具有非玻尔兹曼电子能级分布和振动能级分布的高温空气碰撞辐射模型,并耦合一维激波后流动方程计算不同飞行条件下激波后的非平衡流动特性,采用逐线辐射输运模型计算获得激波后非平衡辐射特性、辐射强度和辐射输运通量,深入比较分析了不同飞行高度和马赫数对非平衡流动和辐射输运过程的影响.计算结果表明对于高空高马赫飞行条件,其波后流动存在显著的热力学非平衡、化学非平衡和能级非平衡特征,在近激波区域高振动能级和原子高束缚电子激发态明显低于玻尔兹曼分布.在高空高马赫条件下真空紫外辐射占据主导地位,主要是由高能原子束缚-束缚跃迁造成的.随着高度和马赫数的下降,激波层内气体解离和电离程度降低,原子辐射贡献下降,分子辐射贡献增加,导致红外、可见光和紫外波段的辐射输运增强,真空紫外辐射输运过程减弱.     

气固耦合振动叶栅非定常流动分析研究

引入结构动力学方程建立了二维N-S/结构振动耦合方程组,采用双时间法建立了气固耦合方程组的非定常数值求解体系,研究了叶栅间的二维非定常粘性流动及叶栅振动特性。对两种叶型分别计算了不同折合振动频率下的流场,振动叶栅位移随时间变化的曲线表明,采用气固耦合得到的叶栅振动频率与非耦合自振频率相比均有所下降;振动位移-时间曲线在不同振动折合频率下有显著差别。在气固耦合情况下叶栅振动规律及其稳定性与非耦合情形差异较大,因此研究叶栅振动稳定性应当考虑气动/结构的耦合。     

傅里叶变换投影栅线法测量大物体的变形

本文利用傅里叶变换投影栅线技术对大物体的离面变形进行了测量，分析了大物体的尺寸给测量过程带来的主要矛盾，讨论了方法的灵敏度和精度，用计算机数值模拟技术给出了大尺寸引起的频率变化所带来的误差。结果表明，傅里叶变换投影栅线技术可以用于大尺寸物体离面变形的精确测量。     

多级轴流压气机叶栅内三维紊流流场的数值模拟

对多级轴流压气机叶栅内三维紊流流场进行数值模拟,采用高精度高分辨率的三阶ENN格式以保证对激波的捕捉和对紊流特征的正确模拟,利用LU-SGS隐式解法提高了计算速度,从而构成了一种既准确又高效的多级跨声速轴流压气机紊流流动数值求解系统。重点研究了动静网格的交接方法及相应的动静交接面处理模型。计算了某带进口导叶的三级轴流压气机,计算结果与实验数据吻合较好。     

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．     

布居数反转的非平衡流模拟计算——对流动激光器性能的研究

Ⅰ.引言40年代不可逆过程热力学已形成一个新的领域。60年代初对扩散、传热、导电、弛豫以及热电、电磁等不可逆过程的各种唯象处理已被综合为统一的体系——非平衡态热力学。由于热机、气体放电、热核聚变以及天体物理、地球物理等方面的研究和发展,流体力学与非平衡态物理学相结合而形成的非平衡流问题的研究已扩展到广泛的领域,流体力学与非平      

跨声速势函数的构成与数值求解

现有的非等熵势函数方法是基于热力学第二定律建立的密度与熵之间的关系式,由动量方程间接或直接计算出熵的变化,再与势函数方程迭代求解。与这种复杂的迭代计算不同,本文建议直接从散度型动量方程计算包含了熵的影响的密度,其与势函数方程迭代便可方便地求解整个流场,采用人工密度和AF2方法,对任意迴转面叶栅内跨声速流动计算的结果表明,本文方法得到的流场与等熵计算相比,激波位置前移,强度减弱,和试验结果较为接近;与计算熵增的非等熵势函数相比,结果是相同的,而计算却比较简单。     

考虑气动热对粘性系数μt影响的压气机流场计算

根据气动热影响叶片壁面附面层粘性系数tμ的理论,把考虑气动热对粘性系数tμ影响的粘性体积力计算方法运用于压气机叶栅三维粘性流场计算。计算时使用有限体积显式时间推进法解算Navier-Stokes方程,用Baldwin-Lomax模型模拟湍流流动。所得结果比不考虑气动热影响的三维计算结果更接近实验结果,能更真实地反映压气机叶栅流场的流动。