求解流动与传热问题的一种高效稳定的分离式算法-IDEAL

本文提出了一种求解流动与传热问题的高效稳定的分离式算法-IDEAL(Inner Doubly-iterative EfficientAlgorithm for Linked-equations).在IDEAL算法中每个迭代层次上对压力方程进行两次内迭代计算,第一次内迭代过程用于克服SIMPLE算法的第一个假设,第二次内迭代过程用于克服SIMPLE算法的第二个假设.这样在每个迭代层次上充分满足了速度和压力之间的耦合,从而大大提高了计算的收敛速度和计算过程的稳定性.本文通过2个三维不可压缩流动和传热的算例对IDEAL算法与其它三个被广泛使用的算法(SIMPLER、SIMPLEC和PISO)进行了比较.通过分析比较得出IDEAL算法在收敛性和健壮性上均优于SIMPLER、SIMPLEC和PISO算法.在这2个算例中IDEAL算法几乎可以在任意的松弛因子下获得收敛的解,并且IDEAL算法所需最短计算时间较SIMPLER算法减少12.9%～52.6%;较SIMPLEC算法减少48.3%～79.1%;较PISO算法减少10.7%～46.5%.     

PISO算法在求解方柱绕流非定常尾迹中的应用

应用PISO算法及非交错斜交网格技术,编制了求解二维定常、非定常流动的通用程序。计算分析了定常不可压缩Couette流动以及水平通道内方柱绕流尾迹的非定常流动,并详细分析了不同时刻方柱后尾迹的旋涡结构及发展过程,得到了合理的结果。验证了非迭代PISO算法及非交错斜交网格在分析非定常流动中的有效性,为进一步开展非定常流动的数值分析奠定了基础．     

压力修正算法对刮削层等离子体输运方程数值求解性能的影响

基于C++撰写测试程序,研究SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure Linked Equations)、 SIMPLEC(SIMPLE Consistent)、 SIMPLER(SIMPLE Revised)、 SIMPLEX(SIMPLE Extrapolation)以及PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)等压力修正算法对刮削层等离子体Braginskii输运方程数值求解性能的影响。测试程序采用SOLPS(Scrape-Off Layer Plasma Simulation)的等离子体模型方程,数值计算针对简化平板模型开展。结果表明：5种压力修正算法均能使程序收敛至正确的结果,其中PISO算法的收敛速度最快,SIMPLE、 SIMPLEC、 SIMPLER、 SIMPLEX的收敛速度无明显差异。     

二维非均匀多孔介质中不可压两相驱替的有限分析算法

为提高油藏数值模拟算法的计算效率,在求解单向稳态渗流的有限分析算法基础上,构建二维非均匀多孔介质中不可压两相渗流的有限分析算法.算法中,网格界面上的平均渗透率不是简单地取为相邻网格渗透率的调和平均值,而是通过奇点邻域解析解积分求得.相比于传统的数值算法,有限分析算法随着网格的加密,能够很快地收敛(仅需将原始网格细分至2×2或3×3),并且其计算精度和收敛性不依赖于介质的非均匀强度,从而计算效率得到提高.     

空化紊流流动的数值计算模型及其验证

本文介绍了一种空化紊流流动的数值计算模型,并计算了射流放水阀内部的空化流动现象。该模型基于均相平衡模型和液相与汽相传输方程,基本方程采用N-S方程,空化模型采用Kunz等提出的汽液质量转换模型。紊流封闭采用标准的κ-ε素流模型;稳定流动计算采用扩展的SIMPLE压力修正方法,非稳定计算采用PISO算法。为评价该数值模型,计算了绕射流放水阀的空化流动,并与实验结果进行了对比,计算结果与实验结果取得较好的一致,说明该流动模型和计算方法是可靠的。     

一类特殊非完整力学系统的辛算法计算

对一类特殊的非完整力学系统的动力学性质进行数值研究,采用当前比较优越的保结构算法进行数值计算,并和传统的Runge-Kutta方法进行比较. 通过计算结果的比较而得出辛算法在这类特殊的非完整力学系统的数值计算中的优越性. 关键词： 非完整约束 辛算法 辛差分格式     

基于SIMPLE算法的时间离散格式比较

本文在具有高精度空间离散格式的SIMPLE算法计算代码的基础上研究比较了非稳态计算的时间离散格式.分别采用一阶全隐和二阶全隐格式对非稳态的控制方程进行离散,通过方腔驱动流和圆柱绕流两个经典算例的分析,比较了这两种格式在计算精确性和计算效率等方面的性能。     

计算二维静电场的非正交有限差分算法

讨论了计算二维维静电场的非正交有限差分算法，给出了数值计算公式，通过对一些实例的以及与理论解的比较，结果表明非正交有限差分算法具有数值网格的合的特点，只要较少用网格就可以达到较高的精度，是求解复杂边界情况下二维静电问题的一种有效方法。     

静态超高压大腔体中热流的计算机模拟(Ⅱ) 计算结果与分析

计算了不同传压介质和加热筒变形对静态超高压腔中温度稳态分布的影响．稳态数值计算结果与近似解析公式结果及非稳态数值计算结果相符．由稳态最高加热温度对加热功率实验曲线斜率估算出叶蜡石的热导率与高压传热专门测量结果相符．     

高阶精度CE/SE算法及其应用

对时-空守恒元解元算法(CE/SE)的网格设置做较大改进,提出一种新的六面体解元和元定义;同时在解元中对物理量进行高阶Taylor展开,给出一种在时间和空间上均具有高阶精度CE/SE算法.在此基础上,把新型的高阶精度CE/SE算法推广应用于高速流动捕捉激波间断、气相化学反应流动、计及固体动态效应的流体-弹塑性流动和非稳态多相不可压缩粘性流动中.数值实践表明,提出的新型网格结构上的高阶精度CE/SE算法具有算法简单、计算精度高、计算效率和计算效果好的优点,并大大改进和拓展了CE/SE算法的应用范围.     

声波衰减的数值模拟

为了采用计算流体力学方法对热声制冷机进行数值模拟,以突破热声热机现有计算方法的限制,基于压力修正算法的基本思想开发了用于模拟非稳态小马赫数可压缩流动的数值程序,并将其应用于声波衰减的数值模拟.对一维及二维声波衰减过程的模拟显示,数值计算的结果与声学理论的预测符合良好,说明了方法的正确性.     

低超声速飞行器瞬态热状况解耦算法

针对低超声速飞行器非稳态飞行条件下内外流固耦合一体化计算的复杂性,将飞行器外部流场的实时气动热转化为浮动的第三类边界条件进行解耦.以加速俯冲的超声速三维头锥体为例,分别采用浮动温差法和辐射平衡法提取表面对流换热系数进行解耦计算,并与直接耦合计算结果进行比较,验证两种解耦算法的可靠性.结果表明,将非稳态飞行过程离散为不同飞行状态点,通过提取对流换热系数解耦计算得到的不同状态点的锥体表面温度分布与直接耦合计算得到的结果吻合较好.两种解耦算法在计算效率方面均要优于耦合计算方法;在外界气动环境发生剧烈变化的过程中,最大相对误差均不超过2%.     

量子计算加速的解法器算法及应用综述

量子计算作为一种基于量子力学原理的全新计算模型,具有强大的并行性和潜在的颠覆性影响力,为解决复杂问题提供了新的思路。本文的主要目标是对量子计算在大规模科学与工程计算领域中数值计算问题的解法器算法和应用进行综述。重点介绍量子计算在线性方程组、特征值问题、微分方程、哈密顿量与图计算、量子机器学习、量子解法器平台以及实际数值模拟等领域的具体应用。针对不同的数值计算问题,详细讨论当前主流的量子计算算法,并总结近年来国内外相关算法的研究进展。最后,对量子计算在数值计算求解相关研究方向的未来发展趋势进行展望。     

静态超高压大腔体中热流的计算机模拟(Ⅱ)计算结果与分析

计算了不同传压介质和加热筒变形对静态超高压腔中温度稳态分布的影响.稳态数值计算结果与近似解析公式结果及非稳态数值计算结果相符.由稳态最高加热温度对加热功率实验曲线斜率估算出叶蜡石的热导率与高压传热专门测量结果相符. 关键词：     

谐振管内非线性驻波的有限体积数值算法

为了扩展谐振管内非线性驻波在工程中的应用, 以及克服现有数值计算方法仅局限于求解直圆柱形和指数形谐振管内非线性驻波的问题. 根据变截面的非稳态可压缩热黏性流体Navier-Stokes方程和空间守恒方程, 并基于求解压力速度耦合方程的半隐式算法和交错网格技术, 构建一种能够计算任意形状轴对称谐振管受活塞驱动时内部非线性驻波的有限体积算法. 分别对圆柱形、指数形和圆锥形谐振管内的非线性驻波进行仿真计算. 通过与现有试验结果以及数值仿真结果的对比, 验证了该方法的正确性.并获得除驻波声压之外的另外一些新的物理结果, 包括速度、密度、温度的瞬时变化.在直圆柱形谐振管内产生冲击声压波, 速度波形中出现钉状结构.而在指数形和圆锥形谐振管内产生高声压幅值的驻波, 没有出现冲击波, 速度波形中均未发现钉状结构. 计算结果表明谐振管内非线性驻波的物理属性与谐振管形状之间有密切关系.     

封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性

本文通过数值计算探讨了封闭圆内开缝圆自然对流换热的振荡特性。数值计算以整个圆为计算区域,采用了非稳态的数学模型和具有QUICK差分格式的SIMPLE算法。在相同条件下计算结果和实验结果符合很好。数值结果显示, 当几何结构一定时,Rayleigh数Ra小于某个临界值时,流动和换热处于稳态,并且关于垂直中心线对称;Ra大于这个临界值时,流动和换热是振荡的,非对称的。数值实验还表明,流动和换热出现振荡时的临界Rayleigh数Rac与开缝圆的开缝度有关,且流动和换热的振荡会出现对称振荡和非对称振荡两种情形。     

水平板自然对流换热的非线性特性

采用SIMPLE算法,QUICK差分方案,对封闭方腔内水平板自然对流换热进行了数值模拟.数值结果显示,低Ra数时流动和换热处于稳态,当Rayleigh数超过某一临界值时,流动和换热就会发生非稳态振荡,此时流动和换热表现出非对称性.对不同Rayleigh数,流动和换热通过单周期分岔从稳态过渡到非稳态,并通过倍周期分岔过渡到混沌.在混沌区,仍然会出现周期性窗口,并且数值结果与初始条件有关.     

钝体驻定湍流扩散火焰的数值研究——燃烧模型比较

分别采用标量联合的概率密度函数方法、稳态火焰面模型、Euler非稳态火焰面模型和基于有限体积/Monte Carlo混合算法的完备PDF模型对钝体驻定的Sydney湍流扩散火焰HM1进行数值模拟,以比较不同燃烧模型的性能,并比较标量联合的概率密度函数方法和Euler非稳态火焰面模型对氮氧化物排放预测的差异.计算结果和实验数据的比较表明,采用概率密度函数方法计算化学反应可以得到更好的结果但计算量较大,而用火焰面模型求解计算量较小,在接近完全燃烧的情形下,其计算结果比较合理.     

封闭圆内开缝圆自然对流的非线性特性研究

本文通过数值计算对封闭圆内开缝圆自然对流的非线性特性进行了研究。数值计算以整个流场为计算区域,采用非稳态数学模型和具有QUICK差分格式的SIMPLE算法。计算结果表明,在不同参数下流动和换热存在稳态定常解、周期性振荡解、拟周期性振荡解和非周期性振荡解。稳态定常解的相图是一个点;周期性振荡解的相图是一个极限环,对应功率谱含一个基频及其谐波;拟周期性振荡解的相图为环面,对应功率谱含两个不相关的频率及它们的线性组合频率;非周期性振荡解的功率谱为无规则的宽带连续谱。     

场协同理论在交变流动缝隙式回热器中的数值验证

本文对缝隙式回热器在非稳态交交流动下的流动和换热问题做了二维的数值模拟,并重点对其在交交流动下的场协同问题做了计算与分析。数值计算表明,场协同原理作为指导强化对流换热的原则,同样可以指导交交流动下的换热强化。