用STC格式求解二维激波—边界层相互作用问题

将空间—时间守恒(STC)格式应用于求解N-S方程,并对激波—边界层相互作用问题进行了计算。结果表明,该方法可捕获激波与边界层相互作用的各种现象,显示了优良的数值模拟性能。     

求解Euler方程的空间—时间守恒格式

本文在CE／SE方法的基础上，提出了空间－时间守恒（STC）格式，其特点是构造简单，物理概念清晰，守恒性好，计算速度快且精度高，容易推广到多维流动及粘性流动。通过对二维Euler方程STC格式的介绍，可以看出这一方法的主要特点。与其它格式的计算结果或精确解相比较表明，用STC格式计算的结果是令人满意的。     

斜激波与有扰界面相互作用的数值模拟

本工作应用多流体体积分数模型，采用高分辨率PPM格式数值模拟斜激波加速有扰界面过程。侧重对比不同扰动振幅无量纲数条件下，激波加速导致快／慢界面演化的差别，并从斜压项分布差别的角度，分析涡量沉积的规律。对应不同扰动振幅无量纲数，发现了一些涡量在界面沉积及界面演化的有趣的现象。定义扰动振幅无量纲数a／L。口为扰动振幅，L是界面长度。计算的3个扰动振幅无量纲数分别为0．0，0．052，0．104。对应不同时间序列60，120，180，240，300μs，计算给出了分别对应扰动振幅无量纲数为0．0，0．052，0．104的密度、涡量、斜压项等值线图。     

斜激波与轴对称边界层干扰的数值模拟

使用两方程Menter-SST模型,对来流Mach数为3时的斜激波与轴对称边界层的相互干扰现象进行了数值模拟与定性、定量分析。研究了斜楔激波发生器楔角和来流单位Reynolds数变化对干扰区流动的影响,总结了参数变化引起的流动分离变化规律;此外,还计算了与三维计算中心对称面上的入射激波等效的二维情形,并将三维结果与二维情形进行对比,对比结果显示中心对称面上的壁面压力系数、分离涡尺寸、涡量分布等与相应的二维情形存在明显差异。     

斜激波与物质界面相互作用的数值模拟

当斜激波与多种物质分界面相互作用时，会出现Richtmyer-meshkov不稳定性现象，以及由于斜压性导致的涡量产生。研究激波与物质界面相互作用在燃料混合和激光质性约束聚变方面有着重要意义。有研究平面界面扰动演化的实验，研究柱面和球面界面的实验。数值模拟方面的研究也有很多。但激波与界面相互作用的理论研究很不完善，如Richtmyer。提出的不稳定性线性理论仅对激波与穿过界面很短的时间内有效，Sturtevant就发现实验结果与线性理论相差很大。     

不同喷流对激波/边界层干扰控制特性对比

采用数值模拟的方法对比研究了定常、方波脉冲、正弦脉冲这3种喷流对Ma=2流动激波/边界层干扰的控制效果, 分析了不同喷流方式对受控流动流场结构、压力分布的影响. 结果表明, 不同喷流方式都能够实现对受控流动的有效控制, 可以增大激波距离, 减弱激波强度, 减小激波发生器壁面压力. 在控制效果方面, 定常喷流效果最佳, 方波脉冲喷流效果次之, 但定常喷流所需要的质量流量也最大, 方波脉冲质量流量次之. 3种喷流的控制效果与所需质量流量的关系表明, 控制收益的增加随着质量流率的增大而减小.      

激波与层流/湍流边界层相互作用实验研究

在超声速风洞中,分别对层流和湍流来流条件下的边界层和斜激波(激波强度足以引起流动分离)相互干扰进行了实验研究,利用纳米粒子示踪平面激光散射(NPLS)技术获得了两种条件下流场的精细结构图像;利用粒子图像测速(PIV)技术获得了两种条件下流场的速度场和涡量场;综合运用NPLS结果和PIV结果对比分析了两种流动的瞬时流动结构和时间相关性,实验结果表明:层流边界层内的分离区呈现出狭长的条状,而湍流边界层内分离区呈现出较规则的椭圆;在入射激波上游距入射点较远的位置,层流边界层外围拟序结构会诱导出一系列压缩波系,进而汇聚成空间位置不稳定的诱导激波,而湍流边界层则是在入射激波上游较近的地方直接形成较强且稳定的诱导激波;在入射激波下游,层流边界层内的膨胀区域较小且急促,膨胀后产生的再附激波很弱,而湍流边界层内的膨胀区域较大,膨胀后产生的激波较强。     

求解Euler方程的高精度的空间--时间守恒格式

空间-时间守恒(STC)格式是近年来发展出的一种计算格式,在现有的STC格式构造过程中,流动变量在解元中的分布都用其一阶Taylor展开式来表示.STC格式的精度与所采用的Taylor展开式的阶数有关.该文采用流动变量的二阶Taylor展开式来表示其在解元上的分布、构造出了求解一维Euler方程的STC格式.用该格式对几个问题进行了计算,将计算结果与精确解进行了比较,比较表明该格式有较高的精度.     

二阶STC格式及其对跨音速湍流流动的数值模拟

ＳＴＣ格式是一种求解积分形式物理守恒律的计算方法,具有守恒性好,精度高的特点。目前求解Ｅｕｌｅｒ方程的ＳＴＣ格式已经建立起来,但求解Ｎ－Ｓ方程的ＳＴＣ格式尚在发展之中。为了使ＳＴＣ格式能够有效地求解粘性流动的问题,本文构造出了求解曲线坐标系下的二维Ｎ－Ｓ方程的二阶ＳＴＣ格式。用该格式对跨音速湍流流动问题进行了计算。     

一种严格保证时-空守恒律的数值方法

对文[1]中的时-空守恒元和解元方法(CE/SE)进行了改进和发展。改变了原格式的构造方法,由此得到的新格式不仅保留了原方法的优点,而且格式更为简单,通用性更强,也更容易推广到高阶和多维情形。     

边界层内涡旋-颗粒相互作用的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟方法结合拉格朗日跟踪方法研究平板边界层内涡旋与重颗粒的相互作用。模拟结果显示了由半球状粗糙元诱导产生的发夹涡沿流向的演化过程。小惯性的重颗粒在低压区上边缘的聚集阻碍了涡量的聚集并破坏了发夹涡的产生。模拟结果还证实颗粒在边界层内的输运主要受扫过和喷出事件的影响,且在边界层近壁区域内,扫过事件输运颗粒的能力强于喷出事件的。     

湍流边界层近壁区多个相干结构的数值模拟

从流动稳定性理论中的一般共振三波概念出发,提出一种湍流边界层近壁区多个相干结构的理论模型,采用高精度差分格式和Fourier谱展开相结合的方法,求解三维不可压Navier-Stokes方程,直接数值模拟近壁湍流多个相干结构的演化问题.并将得到的湍流边界层近壁区多个相干结构的数值演化特性与实验观察到的特性进行了比较.     

圆管层流入口段数值模拟的差分格式与出口边界条件研究

通过数值模拟,分析了Re≥1000时,圆管层流入口段流场计算中采用一阶差分与QUICK格式的差别,研究了出口界面位置及两种不同的出口边界条件的影响。结果表明,对管内层流入口段流场计算,采用QUICK格式较一阶差分格式能更细致地反映流动过程。Re≥1000时,出口界面位置对采用一阶差分格式的计算结果影响不明显;对采用QUICK格式的计算,两种出口边界条件的差别与出口界面位置有关。     

离心压气机内激波/叶排相互作用

对根部存在疲劳裂纹的某跨音离心级进行了非定常流场数值研究,其中着重关注运动激波／叶排相互作用物理图画及其影响。研究表明:离心压气机中运动激波／叶排相互作用仍然服从一般激波／固壁相交行为规则;叶轮／扩压器间距小以及叶轮尾迹相对较宽造成扩压器内激波剧烈变化;扩压器前伸波深入叶轮通道深度由激波强度及扩压器前缘附近叶表形状决定;扩压器前伸波与叶轮尾缘相互作用可能是本叶轮根部尾缘发生高周疲劳的原因。     

基于浸入式边界的流固耦合的非定常数值模拟研究

本文针对工程中关心的流固耦合以及复杂边界物体绕流问题,采用算子分裂的方法求解二维不可压N-S方程,采用完全正交的矩形网格,用浸入式边界模拟静止和运动物体的边界.使用这种方法,本文分别对低雷诺数下的光滑平板绕流,圆柱绕流,低KC数下的振荡圆柱进行了数值模拟.计算结果与以往的数值和试验结果吻合得很好,证明了浸入式边界方法和所发展的程序的可靠性.     

电子束辐照产生的热激波的数值模拟

 采用能量沉积解析法、材料低压本构关系及一维应变弹塑性流体动力学模型,对“闪光二号”电子束辐照硬铝产生的热激波的传播规律进行了数值模拟。结果表明,计算值与实测值基本符合。     

涡轮中的激波/叶排相互作用

本文对涡轮中激波／叶排干扰进行了初步研究。结果表明，关于激波／叶排干扰的认识是无导叶对转涡轮研制的重要理论基础。此外，激波／叶排干扰是存在该现象的涡轮所受高周交变力的主要原因，要解决这类涡轮的高周疲劳问题（ＨＣＦ）必须深入研究激波／叶排干扰．