用混合网格求解三维可压雷诺平均Navier—Stokes方程

用混合网格求解了三维紊流 N-S方程。在物面附近采用三棱柱网格 ,其它区域则采用四面体网格。方程的求解采用 Jamson的有限体积法 ,紊流模型采用两层 Baldwin-Lomax代数紊流模型。数值算例表明 ,用混合网格求解三维紊流 Navier-Stokes是非常有效的。     

求解一类网格结构模型的代数多重网格法

针对网格结构离散模型的特点,设计了一类适用于求解大规模二维网格结构数值计算的代数多重网格方法,详细描述了代数多重网格方法中粗化策略与插值算子的构造,并在此基础上得到了一类以该代数多重网格为预条件子的预处理方法。数值试验表明,本文建立的代数多重网格方法及相应的预处理方法是健壮的,具有较好的数值效率,非常适合于大规模网格结构材料的数值计算。近似连续模型的建立为代数多重网格方法的可靠性和计算的准确性提供了有效的理论基础。     

多重网格法求解轴流压气机内部流场

提出了一种能够与显式时间推进法、有限体积差分格式、粘性体积力法有效地配合使用的有效地配合使用的多重网格法来解轴流压气机内部流场。作者对美国NASA37^#跨音速轴流压气机转子内部流场的数值计算表明,多重网格法的计算结果与试验结果吻合, 同时该多重网格法的收敛速度比不用多重网格法加快了1．5倍。     

三维非结构聚合多重网格法数值模拟研究

在三维非结构网格上应用聚合式多重网格技术来加速Euler方程的收敛过程．自行设计了一种高效率的网格聚合方法．采用四重三维非结构网格，在每一层网格上采用有限体积法进行计算．通过对M6翼型的数值求解验证了多重网格加速收敛的高效性．     

基于SIMPLER算法的多重网格方法研究

以二维方腔顶盖驱动流为模型,将多重网格方法和SIMPLER算法进行耦合,对不同雷诺数下多重网格加速SIMPLER算法和SIMPLER算法的计算效率进行了对比,数值计算表明:多重网格加速SIMPLER算法不仅能够解决SIMPLER算法不能准确模拟较高雷诺数流场的问题,而且其计算效率远远高于SIMPLER算法.本文也对松弛因子的选取、多重网格实现形式以及网格层数对多重网格加速SIMPLER算法的影响进行了研究,从而为多重网格加速SIMPLER算法的实施提供了计算技术.     

代数多重网格方法在紊流数值预测中的应用

机械和矿山工程中广泛使用锥形渐扩管。将DLR型k-ε紊流模型中非线性偏微分方程基于全隐式高精度迎风差分格式离散,得到差分方程的系数矩阵为五对角块十三对角带状稀疏矩阵,基于一种"三元组"方式进行压缩存储,节约内存。提出了一种基于DLR型k-ε紊流模型与代数多重网格方法结合的新算法,阐述了代数多重网格方法的实施过程。对具有逆压梯度流动的锥形渐扩管内紊流进行了数值预测。数值实验表明,代数多重网格方法对求解紊流模型离散方程组非常有效,同此前该紊流数值模拟中使用的Point-SOR方法相比,计算效率有了显著提高,计算结果与实验结果吻合较好。     

Walsh函数有限体积法的多重网格特征研究

Walsh函数有限体积法(FVM-WBF)是一种能够在网格内部捕捉间断的新型数值方法. 持续增加Walsh基函数数目能够稳步提高FVM-WBF方法的求解分辨率, 但计算量暴发式增长和收敛速度下降的问题也会同步出现. 针对Walsh基函数数目增加而引起的计算效率问题, 本文分析了Walsh基函数及其系数所能影响的网格单元局部均值区域尺度, 发现其中隐含类似多重网格的尺度特征, 据此提出一种结合多重网格策略的FVM-WBF方法. 在定常流场计算中根据各级Walsh基函数影响尺度的不同, 对每级Walsh基函数设置满足其稳定性约束的时间步长, 在时间推进求解的过程中快速消除不同波长的数值误差, 实现多重网格的加速收敛效果. 选取NACA0012翼型和二维圆柱的定常无黏绕流问题作为算例, 对引入多重网格策略的FVM-WBF方法和不考虑多重网格策略的FVM-WBF方法进行对比测试. 数值结果证实: 新发展的FVM-WBF方法具备多重网格的关键特征, 在不增加任何特殊处理和计算量的情况下, 只需通过时间步长的调整, 就能够达到多重网格的加速效果, 显著提升计算效率.      

非结构混合网格高超声速绕流与磁场干扰数值模拟

对均匀磁场干扰下的二维钝头体无粘高超声速流场进行了基于非结构混合网格的数值模拟.受磁流体力学方程组高度非线性的影响及考虑到数值模拟格式的精度,目前在此类流场的数值模拟中大多使用结构网格及有限差分方法,因而在三维复杂外形及复杂流场方面的研究受到限制.本文主要探索使用非结构网格(含混合网格)技术时的数值模拟方法.控制方程为耦合了Maxwell方程及无粘流体力学方程的磁流体力学方程组,数值离散格式采用Jameson有限体积格心格式,5步Runge-Kutta显式时间推进.计算模型为二维钝头体,初始磁场均匀分布.对不同磁感应强度影响下的高超声速流场进行了数值模拟,并与有限的资料进行了对比,得到了较符合的结果.     

非结构网格上p型多重网格法流场数值模拟

在二维、三维非结构网榕上,针对间断Galerkin方法计算量大、收敛慢的缺点将p型多重网格方法应用于该方法求解跨音速Euler方程,提高计算效率。p型多重网格方法是通过对不同阶次多项式近似解进行递归迭代求解,来达到加速收敛。文中对高阶近似(p＞0)使用显式格式,最低阶近似(p=0)采用隐式格式。NACA0012翼型和O...     

基于非结构/混合网格的高阶精度格式研究进展

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.     

多重网格法与Newton-Raphson法耦合求线弹流数值解

利用多重网格算法,在最粗网格上,采用Newton-Raphson迭代法模式精解线接触弹流非线性方程组,充分利用了多重网格法与Newton-Raphson法各自的优点,计算实践表明,求解弹流问题的数值解过程在收敛与稳定性方面均有较大改善,且有相当宽的载荷参数适用范围。     

使用不等距多重网格技术求解线接触热弹流润滑问题

使用不等距多重网格法求解了线接触热弹流润滑问题 .结果表明 :与等距多重网格法相比 ,新解法虽不能提高数值求解的稳定性 ,却能得到更为精确的压力、膜厚及温度分布 ;计算结果表明中载下第二压力峰是光滑的     

多缝道复杂外形粘性绕流计算

使用雷诺平均NS方程、采用Johnson-King紊流模型、嵌套网格和有限体积法研究大迎角下的多缝道的多段翼型绕流。利用嵌合体技术对组合每一部分生成高质量并适于高效求解的贴体网格;将J－K模型发展应用于计算缝道流动以及具有边界层、尾迹流交汇的复杂流动。以具有17％相对厚度的GAW－1翼型带30％襟翼翼型及一个三段翼型为例进行了计算,计算结果与实验结果吻合很好,证实该方法可以较好地预示多段翼型上的粘性绕流、多缝道流动与最大升力。     

Local block refinement with a multigrid flow solver

A local block refinement procedure for the efficient computation of transient incompressible flows with heat transfer is presented. The procedure uses patched structured grids for the blockwise refinement and a parallel multigrid finite volume method with colocated primitive variables to solve the Navier‐Stokes equations. No restriction is imposed on the value of the refinement rate and non‐integer rates may also be used. The procedure is analysed with respect to its sensitivity to the refinement rate and to the corresponding accuracy. Several applications exemplify the advantages of the method in comparison with a common block structured grid approach. The results show that it is possible to achieve an improvement in accuracy with simultaneous significant savings in computing time and memory requirements. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

A PARALLEL BLOCK-STRUCTURED MULTIGRID METHOD FOR THE PREDICTION OF INCOMPRESSIBLE FLOWS

In this paper a parallel multigrid finite volume solver for the prediction of steady and unsteady flows in complex geometries is presented. For the handling of the complexity of the geometry and for the parallelization a unified approach connected with the concept of block-structured grids is employed. The parallel implementation is based on grid partitioning with automatic load balancing and follows the message-passing concept, ensuring a high degree of portability. A high numerical efficiency is obtained by a non-linear multigrid method with a pressure correction scheme as smoother. By a number of numerical experiments on various parallel computers the method is investigated with respect to its numerical and parallel efficiency. The results illustrate that the high performance of the underlying sequential multigrid algorithm can largely be retained in the parallel implementation and that the proposed method is well suited for solving complex flow problems on parallel computers with high efficiency.     

Cell-vertex Based Parallel and Adaptive Explicit 3D Flow Solution on Unstructured Grids

A parallel adaptive Euler flow solution algorithm is developed for 3D applications on distributed memory computers. Significant contribution of this research is the development and implementation of a parallel grid adaptation scheme together with an explicit cell vertex-based finite volume 3D flow solver on unstructured tetrahedral grids. Parallel adaptation of grids is based on grid-regeneration philosophy by using an existing serial grid generation program. Then, a general partitioner repartitions the grid. An adaptive sensor value, which is a measure to refine or coarsen grids, is calculated considering the pressure gradients in all partitioned blocks of grids. The parallel performance of the present study was tested. Parallel computations were performed on Unix workstations and a Linux cluster using MPI communication library. The present results show that overall adaptation scheme developed in this study is applicable to any pair of a flow solver and grid generator with affordable cost. It is also proved that parallel adaptation is necessary for accurate and efficient flow solutions.     

液固两相槽道流中湍流调制的数值研究

结合雷诺应力模型 (Reynolds Stress Model, RSM) 和混合模型 (Mixture Model) 对槽道湍流向下流动中的颗粒调制湍流问题进行了研究．该模型考虑了颗粒流的动能理论和颗粒对湍流的反馈作用．着重分析了颗粒对湍流的调制作用,以及颗粒参数变量（如颗粒密度和质量载荷）对湍流调制的影响．结果表明：(1)在颗粒抑制湍流的范围内,当颗粒密度小于载流体密度时,湍流强度的改变量与颗粒密度成反比;当颗粒密度大于载流体密度时,湍流强度的改变量与颗粒密度成正比;(2)在一定范围内,颗粒抑制湍流的能力随颗粒质量载荷增加而变强．     

Shape Optimization for 3D Turbulent Flows Using Automatic Differentiation

Abstract

We present through this paper some new results with our approach for optimal shape design based on a CAD-free framework for shape and unstructured mesh deformations, automatic differentiation by program for the gradient computation and mesh adaption by metric control. Automatic differentiation allows for an easy, reliable and fast discrete adjoint computation. We managed to get the Jacobian of our Navier-Stokcs solver including a k-e turbulence model and wall-laws. The CAD-free framework is shown to be particularly convenient for optimization when the mesh connectivities and the shape discretization arc variable during optimization. Using these ingredients constrained optimization for turbulent transonic flows has been investigated in both 2 and 3D.