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相似文献
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1.
动态混合网格生成及隐式非定常计算方法   总被引:1,自引:1,他引:1  
建立了一种基于动态混合网格的非定常数值计算方法. 混合网格由贴体的四边形网格、外场 的多层次矩形网格和中间的三角形网格构成. 当物体运动时,贴体四边形网格随物体运动而 运动,而外场的矩形网格保持静止,中间的三角形网格随之变形;当物体运动位移较大,导 致三角形网格的质量降低,甚至导致网格相交时,在局部重新生成网格. 新网格上的物理量 由旧网格上的物理量插值而得. 为了提高计算效率,采用了双时间步和子迭代相结合的隐式 有限体积格式计算非定常Navier-Stokes方程. 子迭代采用高效的块LU-SGS方法. 利用该 方法数值模拟了NACA0012振荡翼型的无黏和黏性绕流,得到了与实验和他人计算相当一致 的结果.  相似文献   

2.
动网格生成技术及非定常计算方法进展综述   总被引:16,自引:1,他引:16  
对应用于飞行器非定常运动的数值计算方法(包括动态网格技术和相应的数值离散格式)进行了综述.根据网格拓扑结构的不同,重点论述了基于结构网格的非定常计算方法和基于非结构/混合网格的非定常计算方法,比较了各种方法的优缺点.在基于结构网格的非定常计算方法中,重点介绍了刚性运动网格技术、超限插值动态网格技术、重叠动网格技术、滑移动网格技术等动态结构网格生成方法,同时介绍了惯性系和非惯性系下的控制方程,讨论了非定常时间离散方法、动网格计算的几何守恒律等问题.在基于非结构/混合网格的非定常计算方法中,重点介绍了重叠非结构动网格技术、重构非结构动网格技术、变形非结构动网格技术以及变形/重构耦合动态混合网格技术等方法,以及相应的计算格式,包括非定常时间离散、几何守恒律计算方法、可压缩和不可压缩非定常流动的计算方法、各种加速收敛技术等.在介绍国内外进展的同时,介绍了作者在动态混合网格生成技术和相应的非定常方法方面的研究与应用工作.  相似文献   

3.
基于计算流体力学的“虚拟飞行”技术及初步应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
常兴华  马戎  张来平  赫新 《力学学报》2015,47(4):596-604
以动态混合网格技术为基础, 通过耦合求解刚体动力学方程、流体力学控制方程以及飞行控制律, 建立了适用于飞行器"虚拟飞行" 过程研究的一体化数值模拟技术. 通过典型的外挂物投放算例对流体力学控制方程/动力学方程的耦合算法进行了测试, 并对某导弹的姿态角控制过程、过载控制过程以及变马赫数条件下的控制过程进行了数值模拟, 得到了与实验非常一致的结果. 这些算例证明该一体化算法已经初步具备了针对复杂飞行器"数值虚拟飞行" 的应用能力.   相似文献   

4.
非结构/混合网格具有极强的几何灵活性,在复杂外形飞行器的气动力特性数值模拟中已得到广泛应用,但目前还难以准确地预测气动热环境。本文从非结构/混合网格热流计算的三个需求出发,选取了多维迎风方法,并与其他方法进行了对比研究。以二维圆柱高超声速绕流这一Benchmark典型问题为例,对比研究了多维迎风方法和几种广泛使用的无粘通量格式(Roe格式、Van Leer格式和AUSMDV格式)对混合网格热流计算精度的影响。结果表明,多维迎风方法在热流计算精度、鲁棒性以及收敛性方面表现良好。最后,将多维迎风方法应用于常规混合网格上的圆柱和钝双锥绕流问题,均得到了较好的热流计算结果,为非结构/混合网格热流计算在复杂高超飞行器中的应用奠定了基础。  相似文献   

5.
首先导出了广义Stokes方程Petrov—Galerkin有限元数值解的当地事后误差估算公式;以非连续二阶鼓包(bump)函数空间为速度、压强误差的近似空间,该估算基于求解当地单元上的广义Stokes问题。然后,证明了误差估算值与精确误差之间的等价性。最后,将误差估算方法应用于Navier—Stokes环境,以进行不可压粘流计算中的网格自适应处理。数值实验中成功地捕获了多强度物理现象,验证了本文所发展的方法。  相似文献   

6.
基于Delaunay背景网格插值技术的动态网格生成方法无需迭代计算,效率较高。但对复杂构形大幅运动的动边界问题,尤其当边界大幅转动时,背景网格极易交叉重叠。重新生成背景网格和重新定位网格节点信息不仅费时而且会导致网格质量的严重下降。本文提出改进的基于背景网格的动态网格变形方法,通过在初始Delaunay背景网格中添加辅助点,生成一层新的背景网格和新的映射关系;采用ball-vertex弹簧法驱动新背景网格的变形,进而牵动目标网格的变形。算例表明,本文提出的动态网格变形方法对所关心区域的网格具有良好保形性,边界可转动更大角度而不会出现网格交叉重叠问题,总体上提高了动态网格更新的效率和质量。  相似文献   

7.
基于非结构/混合网格的高阶精度格式研究进展   总被引:1,自引:0,他引:1  
尽管以二阶精度格式为基础的计算流体力学(CFD) 方法和软件已经在航空航天飞行器设计中发挥了重要的作用, 但是由于二阶精度格式的耗散和色散较大, 对于湍流、分离等多尺度流动现象的模拟, 现有成熟的CFD 软件仍难以给出满意的结果, 为此CFD 工作者发展了众多的高阶精度计算格式. 如果以适应的计算网格来分类, 一般可以分为基于结构网格的有限差分格式、基于非结构/混合网格的有限体积法和有限元方法,以及各种类型的混合方法. 由于非结构/混合网格具有良好的几何适应性, 基于非结构/混合网格的高阶精度格式近年来备受关注. 本文综述了近年来基于非结构/混合网格的高阶精度格式研究进展, 重点介绍了空间离散方法, 主要包括k-Exact 和ENO/WENO 等有限体积方法, 间断伽辽金(DG) 有限元方法, 有限谱体积(SV) 和有限谱差分(SD) 方法, 以及近来发展的各种DG/FV 混合算法和将各种方法统一在一个框架内的CPR (correctionprocedure via reconstruction) 方法等. 随后简要介绍了高阶精度格式应用于复杂外形流动数值模拟的一些需要关注的问题, 包括曲边界的处理方法、间断侦测和限制器、各种加速收敛技术等. 在综述过程中, 介绍了各种方法的优势与不足, 其间介绍了作者发展的基于"静动态混合重构" 的DG/FV 混合算法. 最后展望了基于非结构/混合网格的高阶精度格式的未来发展趋势及应用前景.  相似文献   

8.
邵帅  李明  王年华  张来平 《力学学报》2018,50(6):1470-1482
间断Galerkin有限元方法(discontinuous Galerkin method, DGM) 因具有计算精度高、模板紧致、易于并行等优点, 近年来已成为非结构/混合网格上广泛研究的高阶精度数值方法. 但其计算量和内存需求量巨大, 特别是对于网格规模达到百万甚至数千万的大型三维实际复杂外形问题, 其计算量和存储量对计算资源的消耗是难以承受的. 基于“混合重构”的DG/FV 格式可以有效降低DGM 的计算量和存储量. 本文将DDG 黏性项离散方法推广应用于DG/FV 混合算法, 得到新的DDG/FV混合格式, 以进一步提高DG/FV混合算法对于黏性流动模拟的计算效率. 通过Couette流动、层流平板边界层、定常圆柱绕流, 非定常圆柱绕流和NACA0012 翼型绕流等二维黏性流算例, 优化了DDG 通量公式中的参数选择, 验证了DDG/FV 混合格式对定常和非定常黏性流模拟的精度和计算效率, 并与广泛使用的BR2-DG 格式的计算结果和效率进行对比研究. 一系列数值实验结果表明, 本文构造的DDG/FV混合格式在二维非结构/混合网格的Navier-Stokes 方程求解中, 在达到相同的数值精度阶的前提下, 相比BR2-DG格式, 对于隐式时间离散的定常问题计算效率提高了2 倍以上, 对于显式时间离散的非定常问题计算效率提高1.6 倍, 并且在一些算例中, 混合格式具有更优良的计算稳定性. DDG/FV 混合格式提升了计算效率和稳定性, 具有良好的应用前景.   相似文献   

9.
发展了一种基于鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格技术计算直升机悬停旋翼流场的方法。基于惯性坐标系,悬停旋翼流场是非定常流场,控制方程为可压缩Reynolds平均Navier-Stoke方程,其对流项采用Roe近似Reimann求解器离散,使用改进的五阶加权基本无振荡格式进行高阶重构,非定常时间推进采用含牛顿型LUSGS子迭代的全隐式双时间步方法。为实施旋转运动和便于捕捉尾迹,计算采用运动重叠网格技术。计算得到的桨叶表面压力分布及桨尖涡涡核位置都与实验结果吻合较好。数值结果表明:所发展方法对桨尖涡具有较高的分辨率,对激波具有较好的捕捉能力,该方法可进一步推广到前飞旋翼粘性绕流的计算。  相似文献   

10.
高超声速气动热环境的数值计算对算法和网格的敏感度极高. 随着高超声速飞行器外形日益复杂, 生成高质量的结构网格时间成本呈指数增加, 难以满足工程应用的需求. 非结构/混合网格因具有很强的复杂外形适应能力, 为了缩短任务周期, 有必要在非结构/混合网格上开展高精度的气动热环境数值计算方法研究. 梯度重构方法是影响非结构/混合网格热流计算精度的重要因素之一. 本文通过引入多维梯度重构方法, 发展了基于常规的非结构/混合网格的高精度热流计算方法, 对典型的高超声速Benchmark算例(二维圆柱)进行了模拟, 并与气动力计算广泛采用的Green-Gauss类方法和最小二乘类方法进行了对比. 计算结果表明, 多维梯度重构方法能有效提高非结构/混合网格热流预测精度, 其鲁棒性和收敛性更好. 最后将多维梯度重构方法应用于常规混合网格的三维圆柱和三维双椭球绕流问题, 得到了与实验值吻合较好的热流计算结果, 展现了良好的应用前景.   相似文献   

11.
An unfactored implicit time-marching method for the solution of the unsteady two-dimensional Reynolds-averaged thin layer Navier–Stokes equations is presented. The linear system arising from each implicit step is solved by the conjugate gradient squared (CGS) method with preconditioning based on an ADI factorization. The time-marching procedure has been used with a fast transfinite interpolation method to regenerate the mesh at each time step in response to the motion of the aerofoil. The main test cases examined are from the AGARD aeroelastic configurations and involve aerofoils oscillating rigidly in pitch. These test cases have been used to investigate the effect of various parameters, such as CGS tolerance and laminar/turbulent transition location, on the accuracy and efficiency of the method. Comparisons with available experimental data have been made for these cases. In order to illustrate the application of the mesh generator and flow solver to more general flows where the aerofoil deforms, results for an NACA 0012 aerofoil with an oscillating trailing edge flap are also shown.  相似文献   

12.
13.
FV/MC混合算法求解轴对称钝体后湍流流场   总被引:4,自引:0,他引:4  
介绍一种有限容积/Monte Carlo结合求解湍流流场的相容的混合算法.有限容积法求解Reynolds平均的动量方程和能量方程,Monte Carlo方法求解模化的脉动速度—频率—标量联合的PDF方程.将该算法发展到无结构网格,探讨了在无结构网格中实现两种方法的耦合,包括颗粒定位,颗粒场和平均场之间数据交换等问题.并以二维轴对称钝体后湍流流场作为算例,比较了计算结果与实验结果.  相似文献   

14.
To analyse an incompressible Navier–Stokes flow problem in a boundary- fitted curvilinear co-ordinate system is definitely not a trivial task. In the primitive variable formulation, choices between working variables and their storage points have to be made judiciously. The present work engages contravariant velocity components and scalar pressure which stagger each other in the mesh to prevent even–odd pressure oscillations from emerging. Now that smoothness of the pressure field is attainable, the remaining task is to ensure a discrete divergence-free velocity field for an incompressible flow simulation. Aside from the flux discretizations, the indispensable metric tensors, Jacobian and Christoffel symbols in the transformed equations should be approximated with care. The guiding idea is to get the property of geometric identity pertaining to these grid-sensitive discretizations. In addition, how to maintain the revertible one-to-one equivalence at the discrete level between primitive and contravariant velocities is another theme in the present staggered formulation. A semi-implicit segregated solution algorithm felicitous for a large-scale flow simulation was utilized to solve the entire set of basic equations iteratively. Also of note is that the present segregated solution algorithm has the virtue of requiring no user-specified relaxation parameters for speeding up the satisfaction of incompressibility in an optimal sense. Three benchmark problems, including an analytic problem, were investigated to justify the capability of the present formulation in handling problems with complex geometry. The test cases considered and the results obtained herein make a useful contribution in solving problems subsuming cells with arbitrary shapes in a boundary-fitted grid system.  相似文献   

15.
An unstructured grid, finite volume method is presented for the solution of two-dimensional viscous, incompressible flow. The method is based on the pressure-correction concept implemented on a semi-staggered grid. The computational procedure can handle cells of arbitrary shape, although solutions presented herein have been obtained only with meshes of triangular and quadrilateral cells. The discretization of the momentum equations is effected on dual cells surrounding the vertices of primary cells, while the pressure-correction equation applies to the primary-cell centroids and represents the conservation of mass across the primary cells. A special interpolation scheme s used to suppress pressure and velocity oscillations in cases where the semi-staggered arrangement does not ensure a sufficiently strong coupling between pressure and velocity to avoid such oscillations. Computational results presented for several viscous flows are shown to be in good agreement with analytical and experimental data reported in the open literature.  相似文献   

16.
A vorticity–streamfunction formulation for incompressible planar viscous flows is presented. The standard kinematic field equations are discretized using centred finite difference schemes and solved in a coupled way via a Newton-like linearization scheme. The linearized system of partial differential equations is handled through the restarting linear GMRES algorithm, preconditioned by means of an incomplete LU approximate factorization. The proposed solution technique constitutes a fast and robust algorithm for treating laminar flows at high Reynolds numbers. The pressure field is obtained at a subsequent step by solving a convection– diffusion equation in terms of the stagnation pressure, which presents certain advantages compared with the widely used static pressure Poisson equation. Results are shown for a wide variety of applications including internal and external flows.  相似文献   

17.
不可压缩黏性流问题一般采用Navier-Stokes方程来描述,基于加权残值法,推导了问题的无网格伽辽金法(EFGM)离散Navier-Stokes方程,在时间域上采用分步方法计算,速度和压力由相互独立的方程以解耦的形式求解,并采用同阶移动最小二乘近似,在每一时间步中,对压力解和速度解采用了Newton-Raphson迭代法进行修正,最后将所得到的方法应用到剪切驱动空腔流问题中,验证了方法的有效性,且解的精度高、稳定性好。  相似文献   

18.
In this paper an implicit projection method for the solution of the two-dimensional, time-dependent, incompressible Navier– Stokes equations is presented. The basic principle of this method is that the evaluation of the time evolution is split into intermediate steps. The computational method is based on the approximate factorization technique. The coupled approach is used to link the equations of motion and the turbulence model equations. The standard k-ϵ turbulence model is used. The current methodology, which has been tested extensively for steady problems, is now applied for the numerical simulation of unsteady flows. Several cases were tested, such as plane or axisymmetric channels, a backward-facing step, a square cavity and an axisymmetric stenosis.  相似文献   

19.
HIGH-ORDER DISCONTINUOUS GALERKIN SOLUTION OF N-S EQUATIONS ON HYBRID MESH   总被引:1,自引:0,他引:1  
针对层流NS方程发展了混合网格上的高阶间断有限元方法,给出了物面边界高阶近似的具体步骤以及近物面弯曲单元的处理方法。对数值离散产生的非线性方程组采用牛顿迭代进行求解,每个牛顿循环采用预处理广义最小余量法求解产生的大型稀疏线性系统。使用该方法得到了典型算例的数值结果,并跟前人的计算结果进行了比较。计算结果表明,混合网格上应用高阶间断有限元方法求解黏性流动具有很好的应用前景。  相似文献   

20.
Precise integration methods to solve structural dynamic responses and the corresponding time integration formula are composed of two parts: the multiplication of an exponential matrix with a vector and the integration term. The second term can be solved by the series solution. Two hybrid granularity parallel algorithms are designed, that is, the exponential matrix and the first term are computed by the fine-grained parallel algorithra and the second term is computed by the coarse-grained parallel algorithm. Numerical examples show that these two hybrid granularity parallel algorithms obtain higher speedup and parallel efficiency than two existing parallel algorithms.  相似文献   

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