完全耦合层边界条件在圆柱绕流DNS中的应用

数值模拟圆柱绕流问题是计算流体力学和计算气动声学中的一个经典问题,要准确模拟这一类问题,远场无反射边界条件是一个关键环节。本文采用适用于主控方程为Navier-Stokes方程的完全耦合层无反射边界条件对低雷诺数条件下圆柱绕流进行直接数值模拟,研究了计算域大小的选取对数值结果的影响。数值模拟研究表明:(1)由完全耦合层边界条件产生的相对反射误差很小;(2)如果仅是为了获得圆柱附近的流场和声场信息,采用完全耦合层边界条件可以选用较小的计算域;(3)适当增加计算域的上下边界宽度,可以很大程度地减小右边界的宽度,从而在保证精度的情况下减小计算量。     

双曲方程外问题的完全无反射人工边界条件

研究了数值求解双曲方程外问题的人工边界方法.在圆形的人工边界上,得到了三类等价的完全无反射的人工边界条件.给出的数值例子验证了方法的有效性.     

基于光强传播方程的相位恢复

对于圆形孔径的光学系统,利用光强传播方程进行相位恢复时很难得到相位的边界径向斜率值,另外,要获得精确的圆域边界采样值也并非易事。为了克服上述困难,提出了一种相位恢复的改进方法,即改变了方程的表示形式、计算区域和边界条件,并用多重网格法进行求解获得重构相位,最后再将其修正。为了对重构相位进行修正,还得到了重构相位与原始相位之间泽尼克系数的传递矩阵。对均匀照明的情形进行了仿真,发现该方法不仅可以避免复杂的边界条件,减少运算时间,而且还能够较好地恢复出原始波前的泽尼克系数,即便在加噪的情况下,修正相位与原始相位的均方根误差也在可以接受的范围内。     

光强传播方程相位恢复的实验验证

在傍轴近似条件下, 可以利用光强传播方程(ITE)对畸变波前进行相位恢复。对于衍射受限的光学系统, 很难获得相位的边界径向斜率值作为边界条件, 此外, 要获得精确的圆域边界采样值也并非易事。为了克服上述困难, 进一步研究了相位恢复改进方法, 即改变了方程的表示形式、计算区域和边界条件, 并用多重网格法进行求解获得重构相位, 最后再将其修正。为了验证算法的精确性, 搭建了实验系统对算法进行实验验证, 将由CCD探测的光强分布进行计算得到的相位分布与相位恢复算法(PR算法)的结果进行比较, 证明在光强分布非均匀的情况下, 该方法恢复的相位均方根误差能够达到017 λ, 可以适用于波前传感精度要求不是很高的相位恢复。     

多层光变防伪膜的非均匀垂直偏振光反射特性

基于非均匀光波在导电介质中传播时其相移传播方向和振幅衰减方向的不一致性,利用光波动方程的解由电磁场边界条件导出非均匀垂直偏振光在多层超薄金属膜与透明介质膜组合膜系中光波的传输递推公式.为验证方法的可靠性,给出了不同厚度金属膜防伪光变膜系的能量反射率算例,并与现有算法进行对比,结果表明:两种算法得到的能量反射曲线的分布特征具有很好的相似性,但本文算法表现出金属膜具有强的吸收特性和窄带反射效应.     

势问题的径向基函数——局部边界积分方程方法

将基于径向基函数构造的具有插值特性的近似函数和局部边界积分方程方法相结合，建立了求解势问题的径向基函数——局部边界积分方程方法，推导了相应离散方程.与其他边界积分方程的无网格方法相比，本文方法具有数值实现过程简单、计算量小、精度高的优点，并可直接施加边界条件.最后通过算例说明了该方法的有效性. 关键词： 径向基函数 无网格方法 局部边界积分方程 势问题     

一种简化的分析光纤布拉格光栅的时域有限差分束传输法

提出了一种便于分析光纤布拉格光栅(FBG)、基于强制边界条件的简化TD-FD-BPM模型.采用交替隐式法(ADIM)和综合道格拉斯(GD)法,离散化时域束传输方程,获得比普通差分格式低二阶的误差。提出并采用强制边界条件,简化了光波导分析中边界处理问题.重点讨论和确定了在此条件下激励源位置、脉冲形状和径向分布函数、连续波激励条件等.在修正的正弦脉冲激励情况下,通过离散傅利叶变换,直接得到较为理想的短FBG反射谱.此法可减少数值计算时间,直观反映光脉冲传输.     

冲击相边界传播过程中梯度材料的形成

 采用一种基于简单混合物模型的本构，研究了不可逆相变材料中一维的冲击相边界的传播规律，发现在突加载荷并连续卸载的应力边界条件下，样品内部有梯度材料形成。分析了边界条件对材料梯度变化的影响，并且用基于特征线的数值方法计算了不同的边界条件下材料的梯度分布，从而提出利用冲击相边界的传播制备梯度材料的可能性。最后对这种方法的利弊做了探讨。     

非线性欧拉方程组的完美匹配层吸收边界条件

对于非线性Euler方程,提出一类基于完美匹配层(PML)技术的吸收边界条件。首先对线性化的Euler方程设计出PML公式,然后将线性化Euler方程中的通量函数替换成相对应的非线性通量函数,得到非线性的PML方程。考虑到PML方程中包含有一个刚性的源项,文中采用一种隐显Runge-Kutta方法来求解空间半离散后得到的ODE系统。数值实验表明设计的非线性PML吸收边界条件优于传统的特征边界条件。     

贯流风扇气动声场数值模拟及分析

针对贯流风扇气动噪声传播特性,采用基于非结构网格的CE/SE算法对其气动流场进行数值模拟,并模拟了气动噪声的传播.湍流模拟采用大涡模型,搭接式滑移网格模型处理动静干涉.噪声传播采用完全欧拉方程作为控制方程,远场采用无反射边界条件.将使用该方法得到的远场噪声频谱与实验数据进行对比分析,结果表明与实验测量得到宽带频谱不同,采用大涡模拟湍流模型进行声源模拟时,会加强部分离散频率上的声级,从而产生误差.     

基于SNGR方法的后缘噪声数值模拟

采用随机噪声产生和传播(SNGR)方法对后缘噪声进行数值模拟.SNGR方法结合随机方法和计算流体力学,耗费较少的计算资源就可以预测噪声水平.数值模拟时采用有限体积法求解雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程;采用有限差分法求解声学扰动方程,数值格式采用色散关系保持(DRP)格式,远场边界条件采用无反射边界条件.以二维平板和NACA0012翼型为例,编制程序,与参考结果对比表明,程序可以预测后缘噪声.     

基于伴随格林函数法射流噪声的研究

本文采用声类比法探讨了射流中小尺度湍流远场噪声特性.此声类比理论基于线化欧拉方程及声源互易原理,建立了关联声源和远场声压的伴随格林函数,适于声波折射现象及小尺度湍流噪声计算.声场的边界采用完全匹配层边界条件,有效地避免了声波产生数值反射.为减小频散及耗散误差,时空导数均采用高阶预测-校正格式离散控制方程.计算结果与前人的实验相一致.     

一种适合基于原子尺度有限元方程的低通滤波边界条件

发展一种基于原子尺度的有限元动力学方程,其动态行为跨越了从原子尺度到宏观尺度.理论计算该方程的色散关系和动力学散射特征.在此基础上,基于滤波器的概念,设计低通滤波边界条件用于减少网格增大带来的高频反射波,同时又保证低频振动波传播不受影响.通过一维数值模拟,计算了能量反射和透射系数,展示低通滤波边界条件可以吸收高频反射波而不影响低频波的传播.     

有限区域风场分解方法及其在台风SAOMEI研究中的应用

介绍了有限区域水平风场分解的调和-余弦计算方法,该方法把函数分成两部分之和.第一部分是Laplace方程在给定边界条件下的解,由于Laplace方程的解是调和函数,这个部分可称为调和部分,又因为其与区域内部值无关,也称外部部分.第二部分是原始函数与调和部分之差,这个函数是齐次边条件下Poisson方程的解,只与区域内部的涡度或散度有关,故称为内部部分,可以展开成双傅氏的余旋函数系列.调和-余弦计算方法的求导都是用谱系数进行,计算精度比常用的差分方法高两阶以上.而且,由于外部部分对应的边界条件物理意义清楚,边界光滑,成功克服了有限区域流函数和速度势迭代求解出现的计算不稳定、原始风场无法还原、边界上的系统缺失等问题,可以准确分解和重建有限区域的风场.利用NCEP/NCAR 1°×1°的实时分析资料和日本气象厅区域谱模式(RSM)20km分辨率的再分析资料,利用调和-余弦算法得到的无辐散风分量和无旋风分量,对2006年的8号超强台风“桑美"(SAOMEI)进行风场结构的比较分析.结果发现,低层无辐散风比原始风场与台风中心的对应关系更好;同时,无旋风分量能更好地显示原始风场上并不明显的低层辐合高层辐散的特征,大尺度无辐散风分量可以更清晰地显示出台风的水汽输送通道.从与台风中心的对应关系看,台风在海上发展阶段,SAOMEI台风的旋转中心与辐合中心并不是时时重合,这个特点只能通过风场分解才能得到.此外,SAOMEI登陆以后,南部洋面上发展起来的对流活动从水汽和能量补充方面都不利于SAOMEI的维持.可见,分解后的无辐散风场和无旋风场能更清楚地体现出SAOMEI的风场结构,在台风结构分析中有重要的推广应用价值. 关键词： 台风 水平风场分解 调和-余弦算法     

DSMC方法下给定热流边界条件的实施

本文详细讨论了DSMC方法中流体温度、能量及边界热流的统计方法,发展了一种从边界热流求得与壁面碰撞分子反射速度的方法。该方法被称为逆温度抽样算法(ITS,Inverse Temperature Sampling)方法。在此基础上,本文发展了DSMC方法中壁面处给定热流边界条件的实施方法。计算结果表明: ITS方法能准确抽样反射分子的特征温度,进而求得分子反射速度。基于该方法的给定热流边界条件可以准确求得壁面处温度分布,以及流场内的压力、速度。     

光纤孤子在媒质突变界面的反射与透射

本文通过波包慢变假定,准单色近似和径向模式平均法,建立了光纤孤子反射和透射问题的支配方程和边界条件,借助光束传播法,数值模拟孤子在光纤单界面上的反射和透射过程,文中还给出数值实例。 关键词：     

一维波动方程的解的长期稳定性

对有限区间上的一维波动方程,在各种边界条件下建立了位移函数与初始条件之间的不等式,并由此推论出多种边界条件下的解的长期稳定性．     

平面约束下金属铁磁条中平行抽运微波磁场的非稳定阈值研究

运用Landau-Lifshitz方程,边界处动态磁化强度由有效偶极边界条件约束,研究了无限长金属磁条中自旋波传播的特征,得到了该体系抽运微波磁场的阈值曲线以及色散曲线的解析式,揭示出自旋波激发谱与磁条宽度的具体关系.结果表明,平面约束下磁条的阈值曲线中出现了明显的扭结现象.并且随着磁条宽度的增加,其扭结数近似地呈指数形式增加,而最低扭结处两阈值的跳跃差值几乎呈反比形式变化. 关键词： Landau-Lifshitz方程 有效偶极边界条件 阈值曲线 色散曲线     

S_1流面跨声流场流函数矩阵解

跨声速叶栅流的计算,可采用时间相关法求解Euler方程,或用松弛方法求解势函数方程和流函数方程。一般说来,时间相关法耗费机时较多,势函数方法仅对无旋流适用。流函数方法适用于二元有旋流的计算,并且边界条件也较为简单,可方便地进行S_1和S_2两类流面迭代得到三元解。流函数方法的跨声计算最大的困难是密度双值问题     

快速随机粒子网格法的气动噪声预测方法

耦合随机湍流速度生成模型与线化欧拉方程技术,形成了一套具备模拟噪声在非均匀流场中传播能力的气动噪声混合预测方法。该混合方法的随机湍流速度生成模型采用了快速随机粒子网格法,为声传播模拟提供了可靠的源项。而噪声的传播计算选用线化欧拉方程,其空间离散采用9点5阶的色散保持关系格式,时间推进选用了高精度大时间步长的6级4阶龙格库塔格式,远场边界应用了无分裂形式的理想匹配层边界条件。首先,选用高斯脉冲传播算例对线化欧拉方程的时空离散格式、远场无反射边界条件进行了验证分析。然后,计算分析各向同性湍流的空间相关性验证湍流速度生成模型的可靠性。最后,基于已搭建的气动噪声混合预测方法进行了30P30N三段翼缝翼噪声的计算分析。计算分析可知:监测点处功率谱密度曲线、噪声指向性等计算结果与参考文献结果取得了较好的一致性。数值计算结果表明所建立的气动噪声混合预测方法能有效预测二维复杂构型的气动噪声问题。