无人机投放分离特性仿真与优化

用于远程投放作战的无人机在与母机分离的过程中, 其姿态变化与运动轨迹直接影响母机的安全性和自身稳定性。基于重叠网格技术, 提出了一种流体-刚体运动耦合数值模拟方法, 对无人机动态投放分离过程进行仿真。采用WPFS标模进行计算, 发现仿真与试验结果吻合度高, 数值模拟方法得到有效验证。采用上述数值模拟方法实现无人机投放过程的仿真, 得到无人机在投放分离过程中位置与姿态随时间的变化规律。进一步基于仿真结果, 完成了无人机弹射方案的优化设计。      

包含动边界的非定常流场动网格数值模拟

发展建立了用于多体分离等包含动边界的非定常流场数值模拟方法,建立了笛卡尔坐标系下边界以任意速度运动的控制体上的流动控制方程,结合几何守恒律确定网格速度,发展了基于结构网格的动网格方法,网格移动量采用加权插值方法得到.通过数值模拟二维翼型及三维机翼的强迫振荡非定常流场,表明该方法可以数值模拟包含动边界的非定常流场.     

由astroblaster引发的对多体碰撞问题的探究

针对astroblaster多体碰撞过程,运用分离碰撞模型和同时碰撞模型进行分析,对分离碰撞模型给出了计算公式,对同时碰撞模型则进行了计算机模拟.首先,采用刚性分离模型研究二体、三体碰撞物体的运动速度、弹射高度与碰撞体质量之间的关系,得到弹射高度最大化的条件;其次,利用计算机模拟建立同时碰撞模型,研究物体弹性性质对碰撞的影响,分析物体在碰撞时加速度的变化情况,给出在同时碰撞模型下弹射高度最大化的条件.     

湍流模型在复杂流场数值模拟中的应用

采用4种湍流模型:代数Baldwin Lomax(B-L)模型、半方程Johnson King(J-K)模型的两个版本(J-K90A和J K92)以及两方程k-g模型,分别数值模拟了导弹超音速流动、NASATND-712标模和民机翼身组合体(两区C-O网格)跨音速流动.采用中心有限体积和多步Runge-Kutta方法数值积分三维可压缩雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程组.k-g湍流模型方程的求解采用类似于N-S方程组的方法进行.所有湍流模型均能很好地模拟附体及小分离流动;对于大攻角、分离剧烈的导弹流动,k-g和J-K92模型与实验吻合更好;B-L模型在模拟民机跨音速流动时,它所捕捉的激波位置较其余3种模型靠后.利用多块网格模拟民机翼身组合体流场时,k-g模型的模拟能力强于其余3种模型.     

应用笛卡尔非结构切割网格进行外挂物投放的数值模拟

描述了一种新的网格生成技术,即笛卡尔非结构切割网格技术,采用叉树数据结构,完成了几种单段和多段翼型以及三维机翼的网格生成.应用中心有限体积法,对其绕流问题进行Euler方程数值模拟,并将计算结果与实验数据进行对比.在机翼绕流数值模拟的基础上,求解出机翼带外挂物的分离投放的流场计算问题.     

撕裂模环效应耦合的数值模拟

应用三点中心差分格式示解了在端点有二阶可去奇点和在有理面上具有一阶不可去奇点的撕裂模方程，并提出了近似等价网格的构造方法，在不同的安全因子分布下，对具有环效应耦合撕裂模方程进行了数值模拟，得到相应的判断稳定性的连接参量，耦合强度参数，增长因子等物理量。通过这些数值结果可以得出，环效应在线性阶段对撕裂模的影响得很小的。     

基于网格片的氧碘化学激光器多块并行数值模拟

为实现氧碘化学激光器(COIL)喷管流场大规模数值模拟,采用VICON程序中的基本方程与数值算法,应用JASMIN框架中的基本数据结构——网格片,以及多块结构网格拼接并行算法,发展了三维多块COIL并行模拟程序。数值实验结果展示了该并行模拟程序的正确性及可扩展性,并在2048个处理器核上模拟450万网格单元算例,加速比超过420。     

分区拼接网格算法数值模拟超声速复杂流场

以分区拼接网格数值模拟方法为研究对象,对二阶Godunov方法在拼接网格中流场的数值模拟进行了研究,发展了适用于Godunov格式的通量守恒型算法,结合二阶Godunov有限体积法离散非定常Euler方程,数值模拟了捆绑火箭及航天飞机的超声速流场,计算结果正确描述了流场中的激波相交、反射等干扰特性.     

一种非结构/结构多层混合网格方法及其应用

对于粘性绕流的数值模拟,在自适应直角网格基础上,结合三角形非结构网格和结构化网格,利用其各自的优势和特点,提出一种生成混合杂交网格的思路和方法.在物面附近生成适合粘性流计算的大长宽比结构化网格,在远场分布自适应直角网格,快速离散计算空间.对于复杂的多体问题,采用三角形网格来连接各体网格,并运用网格合并的方法,保证各网格之间的光滑过渡与连接,提高网格质量.针对一些二维、三维外形的绕流问题,在上述网格基础上,采用B-L代数湍流模型和中心有限体积法,完成Navier-Stokes和Euler方程数值模拟的对比计算,结果表明网格生成和流场计算是正确的.     

任意网格重映的样条逼近算法

在大变形流体力学问题的数值模拟中,任何方法都必须考虑网格重分或网格自适应,只要改动网格就涉及重分,或自适应后从旧的、扭曲的网格到新网格的守恒量重映,包括质量、动量和能量.在研究样条函数逼近的基础上,给出一种物理量重映的对结构网格和非结构网格均适应的算法,并给出了数值结果.     

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。     

Euler及N-S方程的二维四边形/叉树混合网格自适应算法

描述了一种基于直角叉树网格的Euler和N-S方程自适应算法.由于考虑了粘性的作用,提出并使用了四边形叉树混合网格的方法,在几何表面附近生成贴体的四边形网格,外流场使用直角叉树网格.采用中心有限体积法,对Euler及N-S方程进行数值求解,对N-S方程的计算中加入了B-L代数湍流模型.在流场中,运用了网格自适应算法,提高了数值计算对激波、流动分离等特性的捕捉和分辨能力.采用上述方法,数值分析了单段和多段翼型的绕流问题.     

子网格在DSMC中的作用及三角形子网格

本文采用直接模拟蒙特卡罗方法对二维微通道内Poiseuille流动进行了数值模拟,通过对不同网格密度下计算结果与"收敛"结果的比较,得到了计算网格特别是子网格系统对计算结果的影响;在此基础上,发展了基于Delaunay三角形非结构网格的子网格系统,讨论了采用该子网格的非结构化网格对模拟结果的影响,结果表明:该方法能有效提高模拟的准确性,而常规无子网格的非结构网格将"虚假"地增加气体流动的稀薄性。     

多流管网格上九点格式的节点插值方法

多流管方法是二维多介质辐射流体力学数值模拟中一类常用的求解方法,它采用Lagrange-Euler混合型四边形网格,称为多流管网格.通常其网格品质高于一般的四边形网格.在这类网格上,可以利用网格特性对九点扩散格式中的节点插值方法进行改进.本文利用调和平均点和梯度离散构造的方法提出几种节点插值方法.并给出数值实验,说明现...     

基于MOF的欧拉方法界面重构技术

欧拉方法和拉格朗日方法是多流体数值模拟中最主要的两种方法。对拉格朗日方法而言,如果存在大变形,就会产生网格扭曲,导致计算无法进行下去;而用欧拉方法进行数值模拟的难点在于混合网格中界面的确定及物理量的处理。因此,界面处理技术是欧拉数值方法的主要研究内容之一。     

双重弹性波波场分离数值模拟及相关理论证明

提出一种等效的双重弹性波波场分离数值模拟方法,用于模拟纯纵波和纯横波分离模式的质点振动速度、位移以及散度场和旋度场,并将该方法应用于全弹性波波动方程数值模拟中.同时,详细推导双重弹性波波场分离波动方程的高阶交错网格有限差分数值计算公式及其稳定性条件、数值频散关系和完全匹配层(PML)吸收边界条件.理论分析和数值计算均表明,该方法可以实现高精度双重弹性波波场分离数值模拟,且纯纵波和纯横波得到完全分离,边界吸收效果较好.与前人工作相比,存储量和计算时间均得到有效改善,数值计算结果进一步验证了该方法的优越性.     

Stokes流动中液滴变形的数值模拟

数值模拟研究Stokes流动中的液滴变形问题。采用边界积分方法计算液滴表面的运动,建立在网格能量最小化基础上的自适应表面离散及网格局部重建方法以准确的分辨出变形液滴的形状,并将数值模拟结果与实验结果进行了比较,模拟结果表明,本方法能够较好的模拟液滴变形的动力学特性。     

多段翼型粘性绕流多块网格数值模拟

采用多块结构网格和分区求解技术对多段翼型绕流进行雷诺平均NS方程数值模拟,并将计算的压力分布与实验进行了比较.     

非结构网格边粘性公式

利用Kuropatenko提出的人为粘性形式和Christiansen建议的TVD(Total Variation Diminishing)输运限制子构造非结构网格边粘性,用最大角原则选择邻边构造限制子,研制包括边粘性的相容流体程序,给出边粘性与体粘性数值模拟比较,对Saltzman活塞问题、Noh问题进行数值实验.数值实验结果比较说明,非结构网格边粘性准确检出强速度梯度不存在的情形,减弱人为粘性力的作用,有效捕捉流体的激波间断,提高模拟精度.     

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用

多重网格法在燃烧室内流场数值模拟中的应用林文漪，杨彬，周力行（清华大学工程力学系北京１０００８４）关键词：多重网格，数值模拟，湍流一、前言现代燃烧设备多具有复杂的流场结构、多级燃烧的特点及庞大的几何尺寸，无疑地为其数值模拟带来了困难。为了保证计算精度...