积分单元法及后台阶绕流计算

本文主要介绍解不可压纳维尔—斯托克斯方程的新方法:积分单元法,并用该方法计算了后台阶绕流问题。结果表明,积分单元法是计算后台阶绕流的一种较好的方法。     

侧柱与串列双柱绕流之间的干优

本文给出了关于串列双柱与侧柱间流动干扰的实验研究结果。当三个圆柱排成等边三角形关靠得很近时，由于三圆柱间强烈的缝隙流动，大大地改变了绕流其中的串列双圆柱的流态，特别，当三圆柱中心距等于二倍圆柱直径时，在串列双柱的前，后柱之间形成了强烈的偏斜的缝隙流，出现了独特的压力分布以及要比单柱高出三倍以上的旋涡脱落频率。     

侧柱与串列双柱绕流之间的干扰

本文给出了关于串列双柱与创柱间流动干扰的实验研究结果。当三个圆柱排成等边三角形并靠得很近时，由于三圆柱间强烈的缝隙流动，大大地改变了绕流其中的串列双圆柱的流态。特别，当三圆柱中心距等于二倍圆柱直径时，在串列双柱的前、后柱之间形成了强烈的偏斜的缝隙流，出现了独特的压力分布以及要比单柱高出三倍以上的旋涡脱落频率。     

分块法研究圆柱绕流升阻力

使用新的分块耦合方法，分别对单圆柱和串列双圆柱绕流进行了数值模拟．对于单圆柱绕流，低Re下计算所得到的定常涡尺寸与实验非常接近．对于串列双圆柱绕流，研究分析了改变双圆柱中心间距对上下游圆柱的升阻力系数和脉动频率所产生的影响，计算结果与实验非常吻合，为进一步研究涡致振动提供了依据．     

圆柱绕流教学中常被忽略的一个问题

笔者所见不少流体力学教材在讲述无环量圆柱绕流时,大都这样处理:1)推出速度势(?)(或流函数(?))满足的 Laplace 方程 ▽~2(?)=0(或▽~2(?)=0);2)给出若干个基本解;3)将均匀流与偶极子两个基本解叠     

自然地引出流函数

自然地引出流函数翟大熙（华中理工大学，武汉４３００７４）对于不可压缩流体的平面流动和轴对称流动可以分别地引进拉格朗日流函数和斯托克斯流函数。在现行的流体力学教材中，一般都根据具体坐标系中的连续性方程的形式指出，如果存在（或者说可以引进，但为什么可以则...     

均匀来流中旋转圆柱黏性绕流的数值研究

从不可压非定常Ｎ－Ｓ方程出发，首次数值求解了均匀来流中圆柱作周向旋转振荡的黏性绕流问题。探讨了旋转角速度振幅、振荡频率及Ｒｅ数等因素对流场结构及其非定常演化过程的影响，并根据计算结果，给出了在旋转振动频率。速度振幅平面内流场涡结构的分区图。     

一类具有相似解的轴对称绕流问题

本文运用线性群转换,将轴对称绕流问题的偏微分方程转为常微分方程,得到了一组解析解,结合壁面条件,求出了具有相似解的带有尖角绕流物体的剖面方程,绘制了绕其流动的图形及物面上的压强分布曲线.有趣的是用本文所提出的方法,可以极简单地得到绕圆球的流动,这说明绕圆球流动的解也具有相似性.     

不可压缩机翼绕流的有限谱法计算

结合有限谱QUICK格式求解不可压缩粘性流问题。这一格式用于模拟不同攻角下的NACA1200机翼绕流问题。利用体积力,提出了将流场速度从0加速到来流速度的方法。区别于传统的压力梯度为零的边界条件,推导出一个更精确的压力边界条件。为使速度散度保持为零,在泊松方程中给速度散度一个特殊的处理。这一成果说明了有限谱法不但具有很高的精度,而且能灵活地和其他格式一起构造出新的格式,从而成功地应用到复杂流场不可压缩流动的数值计算中。     

用三维半人工瞬变法计算圆管内圆柱绕流

本文提出一种计算三维定常流动的半人工瞬变法,本方法的特点是直接利用流体力学的原始基本方程组进行数值计算。运动方程中的一个分量方程被用于计算压力,另外两个分量方程被加入人工瞬变项而成为人工瞬变方程,这两个人工瞬变方程被用于计算速度的两个分量,第三个速度分量则通过连续性方程进行计算得到。根据半人工瞬变方程组的特点和流动区域的特性,本方法采用半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系进行数值计算,并利用质点导数差分格式使计算更简便。本文以圆管中不可压缩流体对圆柱的三维定常绕流问题为算例,具体画出计算用的半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系,介绍三维半人工瞬变法的计算方法和步骤,并通过数值计算得到了此算例的计算结果。     

Stokes流的积分方程法

Stokes流,或称零雷诺数流,指的是尺寸微小、速度缓慢的流动。它的理论在化工、生物力学、物理化学、环境保护、选矿、地球物理和气象科学等各个领域都有重要的应用。零雷诺数流可用Stokes方程来描述:式中μ,V和P分别是流体的粘度、速度向量和压力。直到本世纪60年代,只有数目非常有      

多缝道复杂外形粘性绕流计算

使用雷诺平均NS方程、采用Johnson-King紊流模型、嵌套网格和有限体积法研究大迎角下的多缝道的多段翼型绕流。利用嵌合体技术对组合每一部分生成高质量并适于高效求解的贴体网格;将J－K模型发展应用于计算缝道流动以及具有边界层、尾迹流交汇的复杂流动。以具有17％相对厚度的GAW－1翼型带30％襟翼翼型及一个三段翼型为例进行了计算,计算结果与实验结果吻合很好,证实该方法可以较好地预示多段翼型上的粘性绕流、多缝道流动与最大升力。     

不可压粘流N－S方程的边界积分解法

对原变量的Ｎ－Ｓ方程进行一阶时间离散，采用共轭梯度法解除压强－速度的耦合．对所得的一系列Ｌａｐｌａｃｅ方程、Ｐｏｓｓｉｏｎ方程和Ｈｅｌｍｈｏｔｚ方程均进行边界积分法求解，首次得到了粘性Ｎ－Ｓ方程的边界积分表示式．圆柱的定常、非定常尾迹计算结果表明了本文方法的有效性．     

钝头翼型和机翼跨音速绕流的渐近展开分析

本文利用渐近展开匹配法分析钝头翼型的跨音速绕流,导出了描述前缘附近流动的一级近似、二级近似下的速位方程、边界条件及相应的近似解析解,并构成关于翼表面速度的一致有效合成解,消除了跨音速小扰动近似的前缘奇性,对于大展弦比后掠翼绕流,可利用翼型绕流分析结果,消除机翼前缘奇性。     

分块法研究圆柱绕流升阻力

 使用新的分块耦合方法，分别对单圆柱和串列双圆柱绕流进行了数值 模拟. 对于单圆柱绕流，低$Re$下计算所得到的定常涡尺寸与实验非常接近. 对于 串列双圆柱绕流，研究分析了改变双圆柱中心间距对上下游圆柱的升阻力系数和脉动频率所 产生的影响，计算结果与实验非常吻合，为进一步研究涡致振动提供了依据.     

一种模拟动边界绕流的锐利界面浸入边界法

为避免复杂贴体网格的更新和畸形对动边界流场计算效率、精度的影响,以充分掌握结构场的受力特性,采用一种改进的锐利界面（sharp-interface）浸入边界法模拟具有动边界绕流的流动问题。该方法将计算域中的固体视为流体,固体边界离散为若干个拉格朗日网格点,通过在界面单元处插值重构流动参数（速度）,将其直接作为流动求解器的边界条件,由此来反映固体边界的影响。即通过构造“虚拟点—受力点—垂足点”的计算结构,借助双线性插值得到虚拟点的速度,再通过强制满足固体边界的无滑移条件计算出受力点的速度,以此为边界条件,最终求解基于浸入边界法的耦合系统方程,实现复杂动边界的流动数值模拟。采用C++编写该浸入边界法的数值程序,以单圆柱绕流为验证算例,通过与文献和实验结果的对比,验证了该方法的准确性和可靠性。在此基础上,对主动运动椭圆柱绕流问题进行了精细计算,探讨了不同轴长比(A_R)、不同攻角($ \theta $)下的椭圆柱对尾涡结构分布特征和水力不稳定现象的影响。捕捉到了反对称S型、“P+S” Ⅰ型、“P+S” Ⅱ型尾涡脱落模态,漩涡强度、涡脱频率和升阻比随A_R和$ \theta $的变化规律,以及确定了升阻比临界攻角(25°)。

     

翼型绕流的电磁力控制

将表面包覆电磁激活板的翼型,按一定的攻角,置于流动的弱电介质溶液中,电磁激活板可产生作用于流体的切向电磁力(Lorentz力),从而改变流体边界层的结构. 在转动水槽中,对翼型绕流及电磁力控制下的绕流形态进行了实验研究. 结果表明,未加电磁力时,前缘涡的脱落点是不确定的,与流场具体条件有关,而后缘涡仅在尖角处脱落. 前缘涡与后缘涡相互影响,并周期性的脱体,在尾部形成涡街. 施加电磁力后,当力的方向与流动方向相同时,可以在一定程度上抑制分离,消除涡街,其效果与减小攻角类似. 加反向电磁力时,则相当于加大攻角,在翼型体的背风面形成涡街.      

机动弹头高超声速粘性绕流数值模拟

采用空间二阶精度的交替方向隐式分解的NND格式求解完全气体假定下的非定常薄层近似NaVierStokes方程,并采用抛物化的椭圆型方程生成复杂带翼弹头的空间网格.最后给出了机动弹头在M∞=7.3,α=20°下的流场计算结果.计算结果表明本文所采用的计算网格及计算方法可以适用于高超声速复杂流场的数值模拟.     

全机绕流Euler方程多重网格分区计算方法

全机三维复杂形状绕流数值求解只能采用分区求解的方法,本文采用可压缩Euler方程有限体积方法以及多重网格分区方法对流场进行分区计算。数值方法采用改进的van Leer迎风型矢通量分裂格式和MUSCL方法,基于有限体积方法和迎风型矢通量分裂方法,建立一套处理子区域内分界面的耦合条件。各个子区域之间采用显式耦合条件,区域内部采用隐式格式和局部时间步长等,以加快收敛速度。计算结果飞机表面压力分布等气动力特性与实验值进行了比较,二者基本吻合。计算结果表明采用分析“V”型多重网格方法,能提高计算效率,加快收敛速度达到接近一个量级。根据全机数值计算结果和可视化结果讨论了流场背风区域旋涡的形成过程。     

边界元中计算任意高阶奇异线积分的直接法

提出了一种精确计算任意高阶奇异曲线积分的直接计算法.首先将曲线单元上的各种几何量用投影线上的几何量来表示,然后通过幂级数展开和解析的方法显式地消除了积分的奇异性.还导出了计算等参坐标对局部直角坐标偏导数的表达式.由于这种方法涉及到的是总体尺度间的坐标变换,操作起来直观明了,可以处理二维问题边界元分析中出现的任意高阶奇异边界积分.最后用具体算例验证该方法的正确性.