窗口区域烧蚀瞬态热响应耦合计算与温升规律研究

本文针对航天器窗口区域局部防热结构，进行了数值计算和研究，成功地解决了材料热解、烧蚀以及复杂形状和边界传热的耦合计算问题。本文还针对防热结构均匀加热与表面变化加热量两种不同的加热条件；计算分析了有关温升规律的差别及其物理原因，为防热设计提供参考。     

类前缘外形防热层的瞬态热响应计算研究

本文针对可重复使用热结构,计算研究了类前缘外形热结构防热层瞬态热响应问题,探索分析了前缘防热层的热响应特征．在计算中成功地实现了任意坐标变换下代数网格生成,并求解了任意坐标下的热传导方程,为进一步开展外流场／结构热响应全耦合一体化计算研究打下了基础．     

类前缘防热层流场与热响应耦合计算研究

本文在以往对类前缘防热层热响应计算分析基础上,进一步研究实现了外流场高超音速NS方程数值计算表面气动加热与防热层结构热响应的耦合计算,这对于常用的非耦合计算方法来说是一进步,也为进一步开展外流场/结构热响应/热应力全耦合一体化计算研究和防热层表面吹气强化传热问题的场协同研究打下了基础。     

结构网格与非结构网格联合技术及在内爆问题中的应用

对纯拉氏方法，格式的健壮性、精度和效率强烈地依赖于初始网格的生成。结构网格与非结构网格的联合技术，不仅可适应于复杂区域的网格生成，而且可根据实际问题的特殊性，在初始自适应的生成网格。本文在研究结构网格和非结构网格生成的基础上，研究了结构网格与非结构网格联合使用的自适应网格生成技术。首先是根据实际问题的特征，把整个计算区域划分成若干子区域，其次是把每个子区域分成若干子块，最后根据每个子块的特征生成网格，再把子块拼接起来。     

三维非结构网格自动生成

采用各向异性平面非结构网格生成技术对曲面的参数平面进行三角剖分,从而得到曲面的非结构网格,作为三维非结构网格的边界网格.应用推进面法生成网格内点,增量法将生成的内点逐点插入现有网格进行网格细化,得到三维计算域的Delaunay非结构网格.讨论了非结构网格质量优化方法.给出几个算例说明方法的应用.     

非结构网格上的B-B单方程模型湍流计算

研究如何在非结构网格上进行Navier Stokes(N-S)方程湍流计算.采用格心有限体积方法离散N-S方程.为了适应非结构网格,计算所用的湍流模型特别选用Baldwin Barth(B-B)单方程模型.此模型由一个单一的具有源项的对流扩散方程组成.为了能在非结构网格上求解B B单方程模型,提出一显式有限体积格式,并直接对带源项的格式进行稳定性分析,得到了相应的时间步长限制条件.最后以平板、RAE 2822翼型、多段翼型绕流等数值算例验证了计算方法的有效性.     

非结构多边形网格解扭和重分方法

在多维流体动力学计算中，流体运动和计算网格的关系可以分为两种情况。一是Lagrangian方法，即网格跟随流体运动；二是Eulerian方法，即流体流过固定；下动的网格。一般计算网格的运动是任意的。这就对应于任意Lagrangian—Eulerian（ALE）方法。ALE方法的核心是通过调整网格运动，使得数值模拟的精度、效率有所提高。它的主要步骤是：显式Lagrangian步；网格重分，即得到新的计算网格；物理量重映，即将Lagrangian步的计算结果变换到新网格上。在这3步中，较少研究网格重分。数值模拟和网格重分的一个基本前提是网格是合理的，或者说网格不能发生翻转，网格应当是凸的。而Lagrangian步数值模拟会造成网格扭曲，因此在网格重分前进行网格解扭是十分必要的。文中描述了通用的网格解扭、重分算法，使得解扭、重分后的网格有较好的几何品质，同时尽可能接近Lagrangian网格。     

二维网格生成技术及其应用

本文采用解析变换生成二维贴体、正交网格。对变换的精度及对流场解的影响以及如何对网格生成进行控制、形成与流场参数变化相适应的网格分布等问题以NACA0012翼型为例进行了深入地探讨,并成功地应用于欧拉方程数值解。     

复杂外形静动态混合网格生成技术研究新进展

网格生成技术是CFD复杂工程应用的重要环节, 网格质量的好坏直接影响计算结果的精准度, 因此其已成为CFD的重要研究领域.在张涵信院士的指导下, 作者自20世纪90年代初开始开展非结构网格、混合网格技术和相应的计算方法研究, 并逐步发展至动态混合网格技术及非定常计算方法.在张涵信院士80华诞之际, 对近年来作者及团队在网格生成技术及应用方面所取得的进展进行了简要的综述, 分别介绍了静动态混合网格生成、定常/非定常计算方法、网格技术的应用等方面的进展情况.最后, 就网格生成技术目前还存在的问题, 展望了未来的发展方向.作者谨以此文表达对张涵信院士25年来的培养、关怀和帮助的崇高敬意.      

球形浮空器升空过程中的瞬态热响应

通过建立平流层浮空器的热模型,对球形浮空器升空过程中的瞬态热响应进行了数值模拟.模型中考虑了太阳直接辐射、散射辐射、地球反照辐射和地-气红外辐射等外部辐射热流,并考虑了浮空器外部和内部的对流换热.通过计算获得了球形浮空器升空过程中的瞬态热响应规律.研究结果表明,升空过程中,球形浮空器壳体温度场存在很大的瞬态不均匀性.     

基于坐标变换的动态光学成像性质研究

利用齐次线性坐标变换，将光学系统的高斯物像共轭理论用齐次坐标变换的方法来描述，并与动态光学理论中的作用矩阵相比较，阐述坐标变换方法与动态光学理论的关系。利用坐标变换方法推导一些重要的动态光学系统的成像性质，验证动态光学的一系列结论。通过本文的研究，证明坐标变换方法与动态光学理论的一致性，也明确在动态光学系统内坐标变换方法的应用。     

组合式片状放大器热恢复模拟研究

 针对组合式片状放大器工作时的热量沉积特性,分析了氙灯箱和片腔的冷却过程,重点研究了激光介质钕玻璃片的热恢复过程。初步的热分析表明,为每支氙灯提供4.7×10^-3m³/s的冷却气量以及为每个片腔提供7.6×10^-3m³/s的冷却气量时能够满足装置4小时一发的运行频率要求。     

板状激光振荡介质温度场和应力场的数值模拟

以非均匀内热源模型为基础,并考虑材料的导热系数和热膨胀系数的温度相关性,利用有限元方法,对板状激光振荡介质在不同功率和冷却强度下的温度和热应力分布进行了数值模拟及分析。根据计算结果提出了最大有效换热系数的概念,指出换热系数超过最大有效换热系数后,继续强化传热对减小高功率激光器的热效应已无明显效果。以此得出采用常规冷却技术所允许的最大泵浦加热功率。     

激光大气传输中热晕的数值模拟

采用快速傅里叶变换,研究了激光在大气传输中的热晕现象。得出了一定条件下,热晕随激光输入功率和传播距离的稳态变化规律,并计算了激光在大气中传输10km时发生热晕的功率阈值。在瞬态情况下,研究了有风和无风热晕现象。     

旋成体表面防热的发汗冷却控制及其数值模拟

研究高超声速旋成体表面防热的发汗冷却控制系统,除去得到与平面情形相当的临界发汗通量之外,还得出另一个较小的第二临界发汗通量.当发汗通量介于这两个临界发汗通量之间时,表面虽将出现烧蚀,但烧蚀会自动停止,留有剩余厚度.还进行了数值模拟,给出各种特性曲线;详细讨论了对热层表面烧蚀控制的三种方式:表面温度的控制、表面烧蚀量的控制和表面烧蚀开始时间的控制,给出控制变量选取的准则.     

纳米流体的聚集结构和导热系数模拟

本文根据布朗运动理论模拟纳米粒子在流体中的聚集过程，运用分形理论描述纳米粒子团的结构．考虑纳米粒子的运动传热，建立纳米流体的导热系数模型，理论预测值与实验结果显现了良好的一致性。     

船型体煤粉燃烧器流场的数值模拟

本文将贴体坐标用于具有复杂形状的船型体煤粉燃烧器的三维流场数值模拟中，建立了在贴体坐标下的总体质量校正方程。计算结果令人满意。同时，对存在的问题作了进一步讨论。     

热复杂边界条件三维热应力场数值模拟研究

本文以制动盘为研究对象,基于三维对称有限元模型,运用顺序耦合数值模拟方法对制动盘制动过程传热与受力进行了探讨,分析了在热流密度、对流换热系数、辐射换热系数与时间相关的复杂的二、三类边界条件下,温度场与应力场的瞬时变化。研究结果表明,数值模拟结果与实验结果吻合程度高,证明了采用数值模拟方法对具有复杂边界条件的对象进行热应力研究与预测的可行性,同时为其他领域的传热与应力研究提供了理论依据。