基于非结构网格的不可压流动耦合求解器

采用非结构化网格有限容积法求解了不可压N-S方程组,对流项采用GAMMA格式,扩散项采用二阶中心差分格式建立离散方程,用SOAR算法处理压力与速度的耦合关系,得到了一种求解不可压N-S方程的非结构网格耦合求解器。通过方腔顶盖驱动流、后台阶绕流以及方腔自然对流等几个典型的算例,考察了求解器的计算精度及收敛特性,并与SIMPLE算法进行了比较,结果表明该求解器是有效可行的。     

基于CFD/CSD的舵面控制气动弹性数值模拟方法

在动态网格上通过耦合求解流动控制方程和结构动力学方程, 发展了一种舵面控制下飞行器运动响应过程中气动弹性数值模拟研究方法.流动控制方程采用N-S方程, 结构动力学采用线性模态叠加方法, 其中流动控制方程空间离散采用基于非结构网格的有限体积方法, 对流通量采用计算HLLC格式, 非定常时间离散采用基于LU-SGS的双时间步长方法.模拟中, 气动运动和结构变形在双时间步长方法推进过程中采用改进松耦合方法, 气动网格与结构网格之间信息交换采用无限平板样条法实现, 飞行器的运动和变形采用基于重叠网格和Delaunay图映射变形网格相结合的方法进行处理.采用多个考核算例对发展的数值方法进行考核验证, 结果表明该方法可以高效精确模拟舵面开环控制下飞行器运动响应过程中的气动弹性特性.      

黏性激波管的有限体积WENO格式数值模拟

本文采用OpenFOAM软件下实现的一种可实现任意阶数,可应用于非结构网格的有限体积WENO格式对黏性激波管问题进行模拟。模拟中对流项离散采用3阶精度、4阶精度该类WENO格式,网格形式采用结构网格和三角形非结构网格。结果表明,采用该类格式,三角形非结构网格的算精度、效率优于结构网格,3阶精度格式计算效率优于4阶精度。该工作表明OpenFOAM下采用3阶精度该类格式及非结构网格对叶轮机械内部流动等复杂流场的模拟更具优势与应用潜力.     

复杂地形下带自由表面水流的分离涡模拟

将分离涡模型(DES),即一种RANS和LES的混合模型,应用于带自由表面的地表水流运动,建立一套数值仿真模型.模型基于有限体积法,水平面内采用非结构计算网格,垂向为结构化网格,对流项离散格式采用二阶TVD格式,并行基于Open MP语言库.算例表明DES模型有助于揭示复杂地形条件下带自由表面水流的大涡拟序结构.     

非规则形状介质内辐射-导热耦合传热的间断有限元求解

采用间断有限元法(discontinuous finite element method,DFEM)求解非规则形状介质内的辐射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热问题的高精度数值结果.和传统连续型有限元方法不同,DFEM将计算区域划分成相互独立的离散单元,形函数的构造、未知量的加权近似以及控制方程的求解均在每一个离散单元上进行.通过在单元之间施加迎风格式的数值通量,DFEM保证了整个计算区域的连续性,因此这种方法兼具良好的几何灵活性和局部守恒性.推导了辐射传输方程和能量扩散方程的射导热耦合传热问题,得到了典型非规则形状介质内辐射导热耦合传热的高精度数值结果.     

离心叶轮及无叶扩器内湍流的非结构化网格数值解法

利用非结构化网格上的有限体积法对三维湍流进行了数值研究,提出了不用求解单元顶点处变量值的二阶混合差分格式,既避免了复杂耗时的单元顶点处变量值的计算,又避免了普通差分格式在非结构化网格上易于引起网格界面方向相关性问题。最后利用非结构化网格计算程序,数值求解了一台离心风机内叶轮及无叶扩压器通道内三维相对定常湍流,计算结果与实验值的比较表明速度的计算值与实验值吻合较好。     

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.     

非结构网格的高精度有限体积离散格式

本文针对单元中心非结构网格有限体积算法,通过构造上游虚节点和局部一维坐标,将结构化网格中常用的规正变量(NVSF)和总变差消失通量限制器(TVD FL)两种形式的传统高精度格式移植到非结构网格中。为了提高虚节点的插值精度,使用最小二乘法计算单元中心的变量梯度。经典算例考核并与商业软件FLUENT结果的比较表明,本文对非结构网格的高精度格式移植成功有效。     

梯度折射率介质瞬态辐射-导热耦合传热

多维辐射-导热耦合传热问题有广泛的应用背景。本文采用有限元法对辐射传递方程的离散坐标形式进行离散,并采用有限元法求解瞬态辐射-导热耦合能量方程,研究二维方腔半透明参与性梯度折射率介质内瞬态耦合传热,考虑第一类热边界条件,分析了折射率分布、衰减系数、散射反照率及散射相函数对对瞬态耦合传热的影响。结果表明,梯度折射率对瞬态耦合传热影响显著。     

求解多维欧拉方程的二阶非结构网格混合旋转Riemann求解器

将基于旋转近似Riemann求解器的二阶精度迎风型有限体积方法推广到非结构网格,采用基于网格中心的有限体积法,梯度的计算采用基于节点的方法引入更多的控制体模板,限制器的构造采用与非结构化网格相适应的形式.在求解Riemann问题时,沿具有一定物理意义的两个迎风方向,即控制体界面两侧速度差矢量方向及与之正交的方向.能够完全消除基于Riemann求解器的通量差分裂格式存在的激波不稳定或"红斑"现象.为减小计算量,采用HLL和Roe FDS混合旋转格式.     

耦合辐射的三维热化学非平衡流数值模拟

发展耦合辐射的三维热化学非平衡流场计算方法,可用于非结构网格.采用Jameson有限体积法求解耦合辐射源项的三维N-S方程.辐射源项通过求解辐射输运方程(Radiative Transport Equation RTE)获得.在空间方向上离散后,采用有限体积法求解辐射输运方程.化学模型包含11个组元,20个化学反应.采用该数值方法计算MUSES-C模型在速度为11.6 km·s^-1时的绕流流场及前驻点处的辐射热流密度.并通过对比,分析热辐射对流场的影响.     

脉冲激光照射生物组织中非傅里叶导热的研究

生物组织传热在皮肤病的激光热疗中研究意义显著。该过程介质极不均匀,加热时间极短且瞬时热流密度较大,有必要考虑非傅里叶效应.本文针对皮肤组织建立生物传热模型,非傅叶里效应采用基于双曲型导热方程的双相延迟模型描述.激光能量产生的热源项由蒙特卡洛法进行光传播模拟获得,采用三时层有限差分法求解传热方程.研究了激光照射下的生物组织温度场的变化及不同的热弛豫参数的影响作用,发现非傅里叶导热与经典生物传热相比存在本质区别,突出表现为计算温升显著降低且峰值滞后出现.     

各向异性扩散问题Kershaw格式的守恒保正修复算法

针对各向异性扩散方程Kershaw格式的数值解在正交网格及扭曲网格上计算出负的现象,给出一种守恒的保正修复算法（CENZ）,该算法对简单遇负置零（ENZ）方法进行改进,使修复后的数值解不仅具有非负性,而且保持法向通量的局部守恒性.数值算例表明,该方法不受计算网格类型和扩散系数各向异性比的限制,可用于对任意违背单调性（或保正性）的有限体积格式数值解的修复.     

二维欧拉多介质流体力学数值模拟-TVD＋VOF方法

用TVD格式结合VOF界面处理方法编制了二维多介质高分辨欧拉程序，以解决冲击波和多介质界面处理。程序包括单介质网格高精度流体力学计算、多介质网格内界面重构、各种介质输运和压力驰豫平衡过程。其中单介质网格的计算采用Harten二阶TVD格式结合MacCormark方法计算含有源项的非齐次守恒定律方程组，通过4节点限制函数保证格式单调。多介质网格采用Youngs方法构造界面，采用x，y方向分裂格式计算体积份额输运，再根据体积份额输运计算质量、动量和能量的输运，最后利用等熵条件计算各种介质的压力驰豫平衡过程。     

多介质流界面高精度自适应欧拉算法

采用欧拉网格自适应算法捕捉多介质流界面,获得了高精度界面特征,对不同物质引入不同位标函数跟踪界面运动,将位标函数方程与流体动力学方程非耦合求解,在笛卡尔坐标系中运用二阶精度有限体积算法,在保持流场守恒条件下,采用多层网格级对笛卡尔网格嵌套细化,实现了多介质流物质界面的高精度自适应跟踪.方法逻辑简单,大大节省了CPU时间,且能够对局部参数急剧变化的流场(如激波)进行自适应跟踪.     

三维多介质欧拉方法混合网格的有限体积计算格式

在采用Youngs界面重构技术的基础上，对三维欧拉方法混合网格的计算格式进行了研究。运用Youngs技术确定界面后，混合网格内每一部分物质一般不再是正规的六面体结构，可能是非规则的四面体、五面体、六面体或七面体。本文采用对非规则网格适应性很强的有限体积法对每一部分分别进行计算，给出了混合网格内每种物质的压力、速度、能量等的计算公式，比较有效地解决了混合网格的计算问题。     

龙格库塔间断有限元方法在计算爆轰问题中的应用

构造求解带源项守恒律方程组的龙格库塔间断有限元(RKDG)方法,并分别结合源项的Strang分裂法和无分裂法数值求解模型守恒律方程和反应欧拉方程.为了和有限体积型WENO方法进行比较,设计计算源项的WENO重构格式.对一维带源项守恒律的计算表明,对于非刚性问题,RKDG方法比有限体积型WENO方法的误差更小;对于刚性问题,RKDG方法对于间断面位置的捕捉更为精确.对于一二维爆轰波问题的计算结果表明,RKDG方法对爆轰波结构的分辨和爆轰波位置的捕捉能力更强.     

碳遮光石英气凝胶传热机制与热性能数值模拟

建立了碳遮光石英气凝胶传热机制及热性能数值模拟方法,在交叉立方阵列导热模型、热辐射传输谱带模型、辐射导热耦合传热模型基础上,采用蒙特卡罗方法与有限体积法数值模拟了气凝胶内的热辐射传输及辐射导热耦合传热,并以表观导热系数描述气凝胶传热性能.以某石英气凝胶为例,定量模拟了热性能、各种传热方式的作用及温度依赖性,分析了应用Rosseland扩散近似引起的误差.     

不规则对接网格的分区求解计算

采用一种保持通量守恒的不规则对接网格分区求解中交界面耦合条件的计算方法, 结合有限体积法求解了Euler 方程, 无粘通量取用Van Leer 分裂格式, 构造了一种限制器以实现格式的二阶精度和TVD 性质, 并给出数值算例。     

用非结构网格与欧拉方程计算复杂区域的二维流动

提出用Delaunay三角化方法生成非结构网格的一种过程。所生成的网格可用于复杂多连通域内的可压流计算。采用Euler方程和格心有限体积法,研制出程序,给出了算例。