论跨声速流函数计算中的人工粘性

从气体动力学基本方程组出发,根据数值计算方法的理论,分析了近年来在跨声速流动计算中广泛使用的人工密度法,指出流函数计算中采用人工密度法,理论上是有问题的,进而提出一种正确的人工粘性表达式。数值计算表明,它扩大了流函数方法可计算的Mach数范围,使激波位置接近于实验结果。     

低超声速绕球流动的数值模拟

本文选择对不同Mach数M_∞都适用的曲线坐标和转换函数,将物理平面上的控制方程变换到计算平面上去,并使计算流场的范围都落在脱体激波、物面和声速线附近。这样在M_∞→1的低超声速下脱体激波远离物体时大大地缩小了计算流场的范围。本文用高精度的TVD差分格式求解了低超声速圆球绕流,所得结果如脱体激波、声速线位置等与实验结果吻合极好,解决了多年来在1.3≥M_∞>1范围内一些圆球绕流介的矛盾结果。本文得到的M_∞=1.05下的绕球流场结果是目前尚未见到的。     

拟流函数法——叶轮机械内三维流动分析问题和设计问题的一种求解方法

本文从动量方程的特点出发并满足连续方程,引入了两个拟流函数.每个拟流函数的主方程均只包含其自身的二阶偏导数,而不包含另一个拟流函数的二阶偏导数.这样,完全的三维解便可通过两个拟流函数主方程的分别单独求解和它们之间的相互迭代来获得.文中给出了在任意非正交坐标系中拟流函数的主方程和相应的边界条件.对叶轮机械内部三维气动分析问题和设计问题的求解进行了讨论和计算,并与解析解、其他数值解法做了比较.结果表明:这种拟流函数方法计算准确而简便,易于得到收敛结果,是求解三维无粘流动的好方法.     

偏斜来流对圆柱跨声速绕流的影响

采用大涡模拟方法数值研究了偏斜角为60°的偏斜圆柱跨声速绕流.基于非偏斜圆柱跨声速绕流的实验和数值研究工作,来流Mach数取为0.75,Reynolds数取为2×105.通过与相同参数的非偏斜圆柱跨声速绕流对比,分析了偏斜来流对柱体受力和流动特性的影响.由于偏斜来流的流动控制,偏斜圆柱的阻力比非偏斜圆柱的阻力减小高达45%,而振荡力仅受到较小的抑制.偏斜圆柱流场的可压缩性被弱化,激波和小激波消失,而整体流动的模态未改变.偏斜来流使得偏斜圆柱后的剪切层变得更为稳定,进而提升柱体背压.在剪切层的初始发展阶段,剪切层的扰动涡斜脱泻模态和快速动能衰减是偏斜圆柱剪切层更为稳定的两个主要原因.     

一种计算超声速流中由湍流剪切层脉动引起的激波振荡频率的方法

在超声速或高超声速绕流中,一种很严重的脉动压力环境是由激波边界层相互作用引起的激波振荡.这种高强度的振荡激波可能诱发结构共振.因这一现象非常复杂,已发表的文章都采用经验或半经验方法.本文首次从基本流体动力学方程出发,给出了由湍流剪切层引起的激波振荡频率的理论解,得到了振荡频率随气流Mach数M_∞和压缩折转角θ的变化规律,计算结果与实验值是相符的.本文为激波振荡导致的气动弹性问题提供了一种有价值的理论方法.     

关于平面定常位势流中的声速线

§1.引言 Ringleb求得的光滑跨声速流动的特解表明:声速并不是连续、等熵加速或减速气流的理论障碍,也就是说声速线不一定是奇线,流动可以光滑地通过声速线.另一方面,Morawetz证明了光滑跨声速绕流没有邻近解,只是一种例外情况.[3]中曾证明了在某些情况下,连续跨声速流动存在具有弱击波的扰动解,声速线变为弱激波线,这些都表明声速线具有某些特殊的性质.     

一种改进的Roe格式及其稳定性分析

低耗散的激波捕捉方法,包括流行的Roe格式,在计算多维强激波问题时会遭遇激波不稳定现象的困扰,这会严重影响格式对于高超声速流动问题的精确模拟.对Roe格式进行小扰动分析,结果表明:激波面纵向所有物理量的扰动均会衰减,而横向的密度扰动和剪切速度扰动不会衰减.在横向数值通量上增加与熵波和剪切波相对应的黏性来抑制Roe格式不稳定现象的发生.为了防止不合适的黏性影响格式对于接触间断和剪切层的分辨率,定义两个开关函数,使得黏性仅仅添加在激波层亚声速区的横向数值通量上.数值测试的结果表明:改进的Roe格式不仅保留了原始Roe格式高分辨率的优点,而且具有更好的鲁棒性,消除了激波不稳定现象.     

关于高超声速绕流问题的激波层方法

切尔诺依(ГГ.Черный)的高超声速绕流激波层的级数解法,不适用于(γ-1)/(γ+1)<<2/(γ十1)M2sin2β(γ=c_p/c_v为绝热指数,M为马赫数,β为激波倾角)的情形。本文只假定在激波邻近存在激波层,在此薄层内,气体密度很大,但不排除(γ-1)/(γ+1)<<2/(γ+1)M2sin2β的情形。     

三维振荡机翼含激波跨声速非定常绕流广义变分原理的普遍形式及其派生族

本文在文献[1,2]基础上,建立了作任意周期性振荡的三维机翼含激波非定常跨声速绕流的广义变分原理普遍形式及其派生族。为了便于数值处理及捕获未知间断面,文中运用变域变分工具将振荡的激波及自由尾涡面上的间断条件(包括Rankine-Hugoniot激波关系)以及几乎全部边界条件都转化成自然界面条件,并兼顾了翼面吸(喷)气的作用。本文为引进有限元法等变分解法提供一更普遍、完善的理论基础,并可再推广到三维机翼-机身组合体和三维旋转叶栅上去。     

研究金属中激波构造与衰减的一个物理模型

本文给出了研究金属中激波构造与衰减的一个物理模型.为了建立高速形变下材料的本构方程和研究激波过渡带的构造,需要考虑二个独立的理论方面.首先,将比内能分解成弹性压缩能和弹性形变能,而将形变能作为弹性应变和熵的函数展开到三阶项,其中考虑了热与机械能的耦合效应.其次,从位错动力学角度建议了一个塑性松弛函数以便描述高温、高压下塑性流动的特性.另外,本文给出了一个常微分方程组用以计算定态激波过渡带中各状态变量的分布以及激波的厚度.倘若假定在激波上熵的跳跃可以忽略,并用Hugoniot压缩模量代替等熵压缩摸量,可以获得一个分析解.最后,本文还提出了求解平板对称碰撞中激波波头衰减的一个近似方法。     

跨声速颤振数值模拟方法研究

建立了一套完整的跨声速颤振特性工程分析方法。首先分别利用ZTAIC法(等价片条法)、ZTRAN法(域平板法)以及CFD方法直接求解Euler(欧拉)方程3种方法,得到了跨声速非定常气动力,再采用g法求解颤振方程,并将分析结果进行了比较。对比分析表明ZTRAN法和时间线化Euler法能够快速有效地反映跨声速气动力的非线性效应,适应于工程应用上的快速跨声速颤振分析。     

位势流方程初等波的相互作用

讨论了空气动力学中不定常位势流方程初等波的相互作用.在初等波强度充分弱的假定之下,对于单波与单波、单波与激波、激波与激波相互作用的各种情形都给出了解的构造。从而获得了二阶位势流方程弱初等波相互作用的完整结果。     

基于气体运动论的差分算法对管道流动数值研究

从分析研究求解Boltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法特点出发,设计了几种求解离散速度分布函数不同精度的差分显式与隐式气体运动论数值格式.通过对不同Knudsen数下一维非定常激波管内流动、二维槽道流问题计算研究与应用测试,分析了不同差分格式数值离散效应对计算结果的影响,研究讨论了提高气体运动论数值算法计算效率的途径和差分离散处理所适用的计算准则等问题.     

含摩擦效应的三维直管中定常可压缩亚音速Euler流

本文研究由带摩擦效应的三维非等熵可压缩Euler方程组描述的管道内气体的定常流动.这种流动在工程中被称为Fanno流.本文在等方截面平直管道中分别构造非平凡的亚音流、超音流和跨音激波.由于对亚音流,三维定常可压缩Euler方程组是典型的拟线性双曲-椭圆复合型方程组,尚无一般理论,本文提出一个源于跨音激波的边值问题,通过证明上述特殊的亚音流关于进出口边界条件的高维扰动的稳定性,说明该边值问题提法的合理性.本文的证明基于对Euler方程组中双曲部分和椭圆部分的主部的分离,以及设计恰当的非线性迭代格式.特别地,由于摩擦效应, Euler方程组中双曲部分和椭圆部分出现了较强的相互作用,诱导出一类含积分非局部项的二阶线性椭圆型方程混合边值问题.本文用Fourier分析方法和二阶椭圆型方程正则性理论等研究了该非局部问题的适定性.     

应用非正交曲线坐标表示的任意迴转流面叶栅粘性气体流动的完全N.S.方程的求解

本文在前文的基础上,应用非正交曲线坐标系表示的流函数方程、能量方程、熵的方程以及粘性力、粘性力作功率、消散函数和传热项,编制了计算机程序,计算了平行板之间的流动、透平和压气机叶栅通道里的粘性流动。计算表明,本文提供的方法可以得到完全N.S.方程的数值解。     

多项式基函数法

提出一种新型的数值计算方法--基函数法.此方法直接在非结构网格上离散微分算子,采用基函数展开逼近真实函数,构造出了导数的中心格式和迎风格式,取二阶多项式为基函数,并采用通量分裂法及中心格式和迎风格式相结合的技术以消除激波附近的非物理波动,构造出数值求解无粘可压缩流动二阶多项式的基函数格式,通过多个二维无粘超音速和跨音速可压缩流动典型算例的数值计算表明,该方法是一种高精度的、对激波具有高分辨率的无波动新型数值计算方法,与网格自适应技术相结合可得到十分满意的结果.     

扰动色谱方程黎曼解的极限-delta激波的行成和转换

本文主要讨论扰动色谱方程delta激波解的行成和转换,并讨论上述方程的黎曼问题.当扰动参数趋于零时,通过研究黎曼解的极限,我们可以观察到如下两个重要现象:激波和接触间断重合行成delta激波,一类激波(一个变量含有delta函数).     

位势流方程同类激波与单波的相互作用

本文讨论了空气动力学中，不定常位势流同类激波与单波的相互作用在初等波充分弱的假定下，对同类激波与甲波相互作用时单波与激波互相穿透（若入射单波在激波的超音速一侧）或单波被激波反射（若入射单波在激波的亚音速一侧）的情形给出了解的存在性，并对它们相互作用后的（出射）单波的膨涨或压缩性，进行了详细的讨论；从而获得了二维位势流方程同类激波与单波相互作用的完整的结果．     

柱坐标中弱引力场的活塞问题

本文讨论弱引力场的恒星大气中的活塞问题。特别在柱坐标系中分析了气体动力学过程,外加重力和坐标曲率两者对流场的影响都进行了详细的讨论。 在弱重力的情形下,逃逸速度与气体速度或声速的比为小量。将此比值取为小参数,所有量可展开为此小参数的级数。在柱坐标中,零阶关系给出膨胀流,其中速度和声速减小;一阶关系给出外加重力的影响,使激波强度减弱,使气体内能消耗。在活塞附近,内能的消耗克服外加重力并加速气流;而在激波附近,内能和动能减少、以克服重力。     

一类基于微分关系同时识别声速和密度的方法

1．引言本文考虑介质声速和密度的同时反演问题．利用脉冲平面波从不同的两个方向探测［1－5］，得到两组对应于不同入射角的表面响应信息，再由这两组响应信息来同时识别介质的声速和密度．关于介质声速和密度的同时反演，Coen［9－10］利用点源数据将问题转化为Schr6dinger方程的势函数反演．Howardl3］采用脉冲平面波探测，归结成一个向量MarchenkO积分方程．然而，这些方法都涉及求解Marchenko（gGelfdnd－Levitan）积分方程，不易在计算机上实现．关于介质参数的反演，张关泉作了不少工作【‘一句．其中在文献【司中对声速和密度的…