复杂全机外形跨音速绕流欧拉方程数值计算

发展了一种快速抛物型方程贴体及与边界正交网格生成技术。生成了某歼击机全机真实外形三维O-C型计算网格,并应用于跨音速流场欧拉方程数值计算。成功地模拟了绕全机的复杂流场。计算压力分布与实验吻合良好。     

水斗曲面三维非正交贴体网格数值生成

为实现冲击式水轮机水斗内非定常流动的数值解析,需要高密度匀布非正交贴体坐标网格来拟合水斗曲面.本文开发了一种用于水斗曲面三维非正交贴体坐标匀布网格的数值生成程序,其主要算法是基于曲线与曲面的微分几何性质提出的四点投影法.程序可根据需要计算出不同密度的匀布贴体网格点.通过对两不同水斗的算例结果显示数值生成的网格很好地拟合了水斗不规则曲面,同时计算出各网格点的切向矢量和单位法向矢量.     

环形燃烧室火焰简及旋流器流场计算

本文采用偏微分方程法生成贴体网格,在任意曲线坐标系下数值研究两种先进燃烧室火焰筒及其旋流器三维紊流流场。由于旋流器的形状复杂,本文采用型线定点法确定网格的边界。在非交错网格系下采用SIMPLE算法和混合差分格式对离散方程进行求解。计算结果表明计算方法合理,这计算程序进一步扩展,可用来预估环形燃烧室反应流流场。     

短突扩压器流场计算

本文在三维贴体坐标系下对短环突扩扩压器进行流声计算．利用偏微分方程法和曲面论生成三维贴体网格，在按非交错网格系统求解各守恒方程时，采用抑制措施，避免压力振荡产生．考虑到扩压器是多通道区域，本文采用区域法进行数值分析，计算结果表明本计算方法合理可行．     

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.     

基于亏量方程的多重网格解法

基于亏量方程提出了一种生成多重网格插值公式的新方法,新插值公式充分利用了粗网格的信息,因而具有更高的精度.对Poisson方程,各向异性方程,双调和方程,甚至三维问题的数值试验表明,新插值公式改进了多重网格法的渐近收敛速度,节省了存储空间及计算时间.     

二维网格生成技术及其应用

本文采用解析变换生成二维贴体、正交网格。对变换的精度及对流场解的影响以及如何对网格生成进行控制、形成与流场参数变化相适应的网格分布等问题以NACA0012翼型为例进行了深入地探讨,并成功地应用于欧拉方程数值解。     

环形燃烧室内气相燃烧及两相流动计算

采用TTM法与型线定点法相结合的方式生成带涡流器环形燃烧室贴体网格,在任意曲线坐标系中对其三维两相反应流场进行数值模拟,采用的紊流、燃烧以及辐射模型分别为:标准k-ε方程,EBU-Arrhenius公式,六通量热辐射模型等。在同位网格系下气相采用SIMPLE算法求解,气液两相流动用PSIC法模拟。通过对两种燃烧室的计算结果与实验值比较表明本计算方法合理,所得的计算结果可为环形燃烧室的优化设计提供指导数据。     

基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法的流固耦合算法研究

针对流固耦合问题,发展了基于浸入边界-多松弛时间格子玻尔兹曼通量求解法(immersed boundary method multi-relaxation-time lattice Boltzmann flux solver,IB-MRT-LBFS)的弱耦合算法.依据多尺度Chapman-Enskog展开,建立不可压宏观方程状态变量和通量与格子玻尔兹曼方程中粒子密度分布函数之间的关系;采用强制浸入边界法处理流固界面使固壁表面满足无滑移边界条件,根据修正的速度求解动量方程力源项;结构运动方程采用四阶龙格-库塔法求解.格子模型与浸入边界法的引入使流固耦合计算可以在笛卡尔网格下进行,无需生成贴体网格及运用动网格技术,简化了计算过程.数值模拟了单圆柱横向涡激振动、单圆柱及串列双圆柱双自由度涡激振动问题.结果表明,IB-MRT-LBFS能够准确预测圆柱涡激振动的锁定区间、振动响应、受力情况以及捕捉尾流场结构形态,验证了该算法在求解流固耦合问题的有效性和可行性.     

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。     

先进燃烧室涡流杯流场计算

本文采用贴体坐标系（Ｂｏｄｙ－ＦｉｔｔｅｄＣｏｏｒｄｉｎａｔｅＳｙｓｔｅｍ）数值研究先进燃烧室涡流杯内速度场和紊流特性,并利用ＴＴＭ法生成贴体网格。由于双级旋流器形状复杂,本文提出了型线定点法来确定边界网格、ｕｖ线法生成交错网格以及整体不分区进行流场计算。计算结果表明;计算方法合理,计算机程序是可靠的。     

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.     

求解含有高阶导数偏微分方程的局部间断Petrov-Galerkin方法

构造一类求解三种类型偏微分方程的间断Petrov-Galerkin方法.求解的方程分别含有二阶、三阶和四阶偏导数,包括Burgers型方程、KdV型方程和双调和型方程.首先将高阶微分方程转化成为与之等价的一阶微分方程组,再将求解双曲守恒律的间断Petrov-Galerkin方法用于求解微分方程组.该方法具有四阶精度且具有间断Petrov-Galerkin方法的优点.数值实验表明该方法可以达到最优收敛阶而且可以模拟复杂波形相互作用,如孤立子的传播及相互碰撞等.     

船型体煤粉燃烧器流场的数值模拟

本文将贴体坐标用于具有复杂形状的船型体煤粉燃烧器的三维流场数值模拟中，建立了在贴体坐标下的总体质量校正方程。计算结果令人满意。同时，对存在的问题作了进一步讨论。     

求解含有高阶导数偏微分方程的局部间断Petrov-Galerkin方法（英文）

构造一类求解三种类型偏微分方程的间断Petrov-Galerkin方法.求解的方程分别含有二阶、三阶和四阶偏导数,包括Burgers型方程、KdV型方程和双调和型方程.首先将高阶微分方程转化成为与之等价的一阶微分方程组,再将求解双曲守恒律的间断Petrov-Galerkin方法用于求解微分方程组.该方法具有四阶精度且具有间断Petrov-Galerkin方法的优点.数值实验表明该方法可以达到最优收敛阶而且可以模拟复杂波形相互作用,如孤立子的传播及相互碰撞等.     

风机蜗壳内部旋涡流动的数值分析

本文求解Ｒｅｙｎｏｌｄｓ时均Ｎ－Ｓ方程和ｋ－ε湍流模式,使用任意曲线坐标下张量形式的非交错网格Ｓｉｍｐｌｅ算法和ＴＭ网格生成技术,数值分析风机矩形蜗壳内的二次流及其沿周向不同横截面上旋涡的生成演化细节,讨论了蜗壳宽度与粘性效果的作用机制和影响。     

移动网格与Level Set耦合方法在气-液两相流数值模拟中的应用

本文采用自适应移动网格与Level Set函数相耦合的方法来实现气-液两相流的数值模拟与计算.作为自适应网格方法的一种,移动网格方法主要是为了解决发展方程的计算问题而设计的方法.文中给出了移动网格的生成方程,并针对方程的非线性,给出了一种半隐式的离散方法用于进行求解.本文将移动网格方法与Level Set方法相耦合,将控制流体运动的Navier-Stokes方程以及追踪相界面的Level Set方程转换到曲线坐标下,应用一套曲线坐标方程组来同时描述气、液两相流的运动规律,成功实现了对气-液两相流问题的数值模拟.通过对顶盖驱动流的计算以及对液滴沉降现象的模拟计算,验证了本文方法的可靠性.本文对常重力与微重力下两气泡融合的发展规律进行了数值模拟,通过分析对比,得到了重力对两气泡融合变形的影响规律.     

粘性不可压流体流动问题用直角坐标网格的贴体解法

研究一种新的全贴体的求解粘性不可压流体流动问题的非结构化直角坐标网格方法.该方法在于利用直角坐标网格但通过在边界附近保留不规则控制体,使得算法是完全贴体的.这有别于目前流行的各种非结构化直角坐标网格方法.通过对两个典型流动问题的计算对该数值方法进行验证.对比结果表明,本方法计算的结果与精确解和STAR-CD的结果在一定Re数和网格数时是很接近的,可以满足一定的精度要求,说明该数值计算方法是可行的.还对二维钝头体周围的流场进行了计算,计算的流场与STAR-CD的结果相当吻和,说明该算法还可计算较复杂的流动现象.     

先进双发民用飞机跨音速绕流数值模拟

采用求解椭圆型和抛物型偏微分方程的方法及多块风格技术，生成机翼／机身／短舱／挂架复杂组合体外形的贴体及与边界正交的计算网格。应用有限体积法高效求解欧拉方程，模拟先进双发民用飞机的跨音速绕流，并计入机翼边界的粘性效应，获得存在短舱、挂架干扰的翼身组合体气动特性，计算表明，短舱，挂架对超临界机翼的气动特性有显著的影响，计算与实验模型的机翼表面压力分布（测量值）符合良好。     

球坐标动量空间下相对论Vlasov方程的数值算法

针对相对论Vlasov方程动量区间跨度大、难以计算的困难,将相对论Vlasov方程在球坐标动量空间中进行数值求解.对相对论Vlasov方程球坐标动量空间构造4阶非分裂守恒型数值格式.数值模拟相对论Landau阻尼问题并与解析理论进行比较,验证数值模型和算法的有效性.对激光等离子体相互作用进行初步模拟分析,表明通过采用球坐标下的动量空间,可在相对较少动量网格情形下,获得与粒子模拟可相互验证的结果.