二维矢量边界推进非结构网格生成方法

提出二维矢量边界推进生成非结构三角形网格方法并证明其可行性.根据流场边界尺度布置边界节点并运用矢量边界推进方法生成背景网格,运用符号面积函数和概率筛选方法布置初始点阵,提出Spring-Laplace方法优化节点位置,同时利用边交换技术优化网格结构.该方法可包含任意点源、线源和内嵌边界,可自由进行局部自适应加密或稀疏,实现任意平面域内与尺度要求一致的高效光滑三角网格剖分.     

使用AMR型背景网格的并行SPH方法

在分布式并行SPH方法中根据网格范围内粒子最大光滑长度调整网格尺度的AMR（Adaptive Mesh Refinement）背景网格,确保网格内粒子的相邻粒子位于同一个网格或者相邻的同尺寸网格范围内.与统一尺寸的背景网格相比,在光滑长度空间分布不均匀和随时间变化的情况下能够应用并减小搜索量,提高计算效率.数值结果表明,基于AMR型背景网格的并行SPH方法应用到粒子光滑长度变化很大的数值计算时能有效地降低搜索复杂度.     

用多项式和阶跃函数构造网格多涡卷混沌吸引子及其电路实现

提出一种利用多项式和阶跃函数构造N×M涡卷的构造方法.利用蔡氏电路,传统的利用多项式函数只能产生双涡卷、三涡卷,在此基础上,通过多项式平移得到相空间x方向的多涡卷,再通过多项式与阶跃函数组合来扩展相空间中指标2的鞍焦平衡点,使得多涡卷向y方向延伸,从而生成网格多涡卷混沌吸引子.该构造方法的主要特征是通过光滑曲线和非光滑曲线的组合生成网格多涡卷混沌吸引子,能通过调整自然数N和M的值实现平面网格任意涡卷混沌吸引子阵列.理论分析、数值模拟和电路仿真证实了方法的可行性. 关键词： 网格多涡卷混沌吸引子 蔡氏电路 阶跃函数 电路实现     

二维多流体域耦合声场的光滑有限元解法

针对声学有限元分析中四节点等参单元计算精度低,对网格质量敏感的问题,将光滑有限元法引入到多流体域耦合声场的数值分析中,提出了二维多流体域耦合声场的光滑有限元解法。该方法在Helmholtz控制方程与多流体域耦合界面的声压/质点法向速度连续条件的基础上,得到二维多流体耦合声场的离散控制方程,并采用光滑有限元的分区光滑技术将声学梯度矩阵形函数导数的域内积分转换形函数的域边界积分,避免了雅克比矩阵的计算。以管道二维多流体域耦合内声场为数值分析算例,研究结果表明,与标准有限元相比,对单元尺寸较大或扭曲严重的四边形网格模型,光滑有限元的计算精度更高。因此光滑有限元能很好地应用于大尺寸单元或扭曲严重的网格模型下二维多流体域耦合声场的预测,具有良好的工程应用前景。      

基于任意拉格朗日—欧拉型移动网格的反应流广义黎曼问题方法（英文）

提出一种在自由重映移动网格下的广义黎曼问题方法模拟反应流.该方法基于显式的自由重映移动网格广义黎曼问题的解.为保证在时间和空间上的高精度,应用广义黎曼问题方法构造数值通量.为保证反应区的高分辨率,采用变分法生成自适应移动网格.该方法不仅能够保证网格质量,而且能有效地避免任意拉格朗日—欧拉方法中由于显式重映过程而带来的数值误差.包括CJ爆轰及不稳定爆轰的数值实验说明该格式的精确性和鲁棒性,证明这种移动网格下的二阶广义黎曼问题方法可以较好地捕捉反应流的间断与光滑结构.     

基于任意拉格朗日—欧拉型移动网格的反应流广义黎曼问题方法

提出一种在自由重映移动网格下的广义黎曼问题方法模拟反应流.该方法基于显式的自由重映移动网格广义黎曼问题的解.为保证在时间和空间上的高精度，应用广义黎曼问题方法构造数值通量.为保证反应区的高分辨率，采用变分法生成自适应移动网格.该方法不仅能够保证网格质量，而且能有效地避免任意拉格朗日—欧拉方法中由于显式重映过程而带来的数值误差.包括CJ爆轰及不稳定爆轰的数值实验说明该格式的精确性和鲁棒性，证明这种移动网格下的二阶广义黎曼问题方法可以较好地捕捉反应流的间断与光滑结构.     

SPH后处理研究

提出一套相对完整的光滑粒子流体动力学(SPH)后处理方法.凸区域和严重变形的非凸区域上的SPH计算结果都可用该方法处理.首先,对SPH粒子集进行Delaunay三角化,可得到由粒子作为节点的三角单元集;根据每个单元中三个节点是否彼此为粒子作用对,决定是否将该单元从单元集中删除.将保留下的单元作为有限单元并利用它们节点上的函数值,根据有限元插值方法即可得单元内部任何一点的函数值.根据该方法,可提取介质的自由表面.数值算例表明方法可行.对含固体壁面、严重粒子飞溅、多重介质互相作用的情况,提出相应对策;为SPH以至其它无网格方法形成较通用的后处理软件提供可行的途径.     

光滑质点流体动力学(SPH)方法(综述)

综合介绍了一种新的纯(Lagrangian方法——光滑质点流体动力学(SPH)方法,由于它计算空间导数时不需要使用网格,从而避免了高维拉氏差分网格法中的网格缠结和扭曲的麻烦,它对非对称的和内含真空区域的三维问题特别有效。重点介绍了该方法的理论基础,流体动力学方程组的推导,人为粘性和热传导,自引力、汇和磁场,光滑核的选取,以及SPH执行过程等有关问题     

基于相关法的哈特曼图像网格自动划分方法

在哈特曼波前测量过程中,需要对哈特曼图像进行网格划分用于计算波前斜率。传统的网格划分方法通过观察哈特曼图像手动调整网格位置和网格间距。该方法不但需要人工干预,还给波前实时测量带来困难。为实现哈特曼图像网格划分的自动化,研究了基于相关法的哈特曼图像网格自动划分方法。该方法首先对哈特曼图像进行自相关求取网格行列数以及网格间距,然后利用该网格建立相应的模拟光斑图像,最后对模拟光斑图像和哈特曼图像进行互相关求取网格最佳位置。该方法无需人工干预,耗时短,实现了网格实时自动划分。     

适应强扭曲网格的扩散方程时空二阶精度计算

以全局支撑算子方法为基础,通过引入面通量,构造了具有局部模板点的时空二阶精度格式。对于大变形扭曲网格,格式采用法向修正技术和合理的单元角体积计算方法,可以保持通量的精确性。算例表明该格式在非凸网格上能够精确获得线性解; 在非光滑网格上可以达到时空二阶精度; 能够较好地保持对称性; 并适合于三维非结构网格上的求解。     

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.     

三维非结构粘性网格生成方法

描述了一套适合粘性流动计算的三维非结构网格自动生成方法.在物面附近的粘性作用区域,采用推进层方法生成各向异性的"扁平"四面体网格,并通过一定的网格伸长控制参数,实现整个流场区域网格高度的平滑过渡.当粘性网格的推进高度达到预定要求时,推进层方法自动停止,转而采用阵面推进方法生成常规意义的尽量接近正四面体的各向同性网格.同时给出了利用该方法生成的M6机翼非结构粘性网格来求解机翼粘性绕流的简单算例.     

不规则形状热结构计算中的任意坐标变换和代数网格生成技术

航天器可重复使用防热结构通常需要采用数值模拟,进行外流场和结构热响应的耦合计算。本文针对前缘类热结构的差分计算中,关于不规则（不能用初等函数表示）区域的热响应计算,应用流场计算的思路,探讨了任意坐标变换和代数网格的生成。给出了有关控制方程、边界条件的处理方法,为进一步耦合计算提供了有关基础。     

A high-order cut-cell method for numerical simulation of hypersonic boundary-layer instability with surface roughness

Laminar-turbulent transition of hypersonic boundary layers can be affected significantly by the existence of surface roughness. Currently many important mechanisms of roughness-induced transition are not well understood. In recent years, direct numerical simulation (DNS) has been extensively applied for investigating instability and transition mechanisms of hypersonic boundary layers. Most of the past DNS studies, however, have been based on body-fitted grids for smooth surfaces without roughness. Due to complex geometry of embedded roughness, the use of body-fitted grids can be very difficult for flow with arbitrary surface roughness. In this paper, we present a new high-order cut-cell method to overcome the natural complexities in grid generation around arbitrary surface of roughness. The new method combines a non-uniform-grid finite-difference method for discrete grid points near the solid boundary and a shock-fitting method for the treatment of the bow shock. The non-uniform-grid finite-difference formulas are expressed in a general explicit form so that they can be applied to different multi-dimensional problems without any modification. The computational accuracy of new algorithms of up to O(h⁴) are tested on several one- and two-dimensional elliptic equations in irregular domains. In addition, the new method is applied to the simulation of the receptivity process of a Mach 5.92 flow over a flat plate under the combined effect of an isolated surface roughness element and surface blow and suction. A good agreement is found between the unsteady flow results and those obtained by a Linear Stability Theory (LST).     

光学空间滤波过程的计算机仿真

提出了一种利用MATLAB软件并通过计算机仿真光学空间滤波实验过程的新方法.其特点是:既可以随意改变所设计滤波器的参量,又可以对输入图象进行振幅、相位或复合滤波,并且可实现傅里叶变换频谱中相位信息的提取、存储和利用,因而能够完成一般光学实验中往往难以实现的某些操作.并分别给出了网格滤波、低通、高通及相位滤波等仿真实验结果.这种仿真实验给光学滤波器的设计和图象处理带来很大方便,同时也为相关器件的设计提供了一条新的途径.     

Nonlinear spectral-like schemes for hybrid schemes

In spectral-like resolution-WENO hybrid schemes,if the switch function takes more grid points as discontinuity points,the WENO scheme is often turned on,and the numerical solutions may be too dissipative.Conversely,if the switch function takes less grid points as discontinuity points,the hybrid schemes usually are found to produce oscillatory solutions or just to be unstable.Even if the switch function takes less grid points as discontinuity points,the final hybrid scheme is inclined to be more stable,provided the spectral-like resolution scheme in the hybrid scheme has moderate shock-capturing capability.Following this idea,we propose nonlinear spectral-like schemes named weighted group velocity control(WGVC)schemes.These schemes show not only high-resolution for short waves but also moderate shock capturing capability.Then a new class of hybrid schemes is designed in which the WGVC scheme is used in smooth regions and the WENO scheme is used to capture discontinuities.These hybrid schemes show good resolution for small-scales structures and fine shock-capturing capabilities while the switch function takes less grid points as discontinuity points.The seven-order WGVC-WENO scheme has also been applied successfully to the direct numerical simulation of oblique shock wave-turbulent boundary layer interaction.     

贴体坐标系下模型加力室的大涡模拟

本文利用贴体网格对带V形槽稳定器模型加力燃烧室素流化学反应流流动进行大涡模拟的研究。采用区域法生成模型加力燃烧室的二维贴体网格,并采用多区域耦合法进行区域之间的数据传递,求解加力室整体流场。采用k方程亚网格尺度模型和亚网格EBU燃烧模型分别估算其亚网格紊流粘性和化学反应速率,用热通量辐射模型估算辐射通量,并用交错网格下SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程,壁面函数处理固壁边界条件。计算结果显示了稳定器后面的回流区气流结构,所得的热态流场模拟结果与实验比较吻合,表明采用贴体网格对模型加力燃烧室进行大涡模拟能真实反映流体流动及燃烧过程。     

Three-dimensional elliptic grid generation with fully automatic boundary constraints

A new procedure for generating smooth uniformly clustered three-dimensional structured elliptic grids is presented here which formulates three-dimensional boundary constraints by extending the two-dimensional counterpart¹ presented by the author earlier. This fully automatic procedure obviates the need for manual specification of decay parameters over the six bounding surfaces of a given volume grid. The procedure has been demonstrated here for the Mars Science Laboratory (MSL) geometries such as aeroshell and canopy, as well as the Inflatable Aerodynamic Decelerator (IAD) geometry and a 3D analytically defined geometry. The new procedure also enables generation of single-block grids for such geometries because the automatic boundary constraints permit the decay parameters to evolve as part of the solution to the elliptic grid system of equations. These decay parameters are no longer just constants, as specified in the conventional approach, but functions of generalized coordinate variables over a given bounding surface. Since these decay functions vary over a given boundary, orthogonal grids around any arbitrary simply-connected boundary can be clustered automatically without having to break up the boundaries and the corresponding interior or exterior domains into various blocks for grid generation. The new boundary constraints are not limited to the simply-connected regions only, but can also be formulated around multiply-connected and isolated regions in the interior. The proposed method is superior to other methods of grid generation such as algebraic and hyperbolic techniques in that the grids obtained here are C² continuous, whereas simple elliptic smoothing of algebraic or hyperbolic grids to enforce C² continuity destroys the grid clustering near the boundaries.     

自锻破片形成的二维数值模拟

自锻破片装药(简称SFF)是从聚能破甲装药派生出来的一种新的反坦克装药结构。描述SFF的形成过程,我们采用二维轴对称弹性-理想塑性-流体力学方程组。基本数值方法采用M.L.Wilkins的迴路积分法和Legrange四边形网格。数值模拟得到的SFF完整的形成过程和试验中x射线高速摄影照片基本相符。数值模拟中的若干方法简化了计算,节省了机时。     

模型加力燃烧室燃烧流场的并行计算

本文采用基于MPI的并行算法,采用动态内存分配、分区算法和多点重合交错网格系统,在贴体网格下对带V形槽稳定器模型加力燃烧室素流化学反应流场进行数值模拟,湍流模型采用k方程亚网格尺度模型,燃烧模型采用亚网格EBU模型,采用热通量辐射模型估算辐射通量。计算结果表明并行计算对复杂形状的化学反应流动计算效率很高,是模拟大规模的燃烧问题的有力工具。