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。     

三维非定常水的跨血管壁流动与大分子的跨血管壁传质

对水的跨血管壁流动与大分子的跨血管对流-扩散传质提出一个统一的三维非定常模型。研究了内皮细胞在转换过程中形成漏的缝隙后的大分子跨壁传质,其浓度随时间的增长,内皮细胞截面形状对浓度分布的影响及生理参数对浓度分布的影响。采用解析方法求出了水跨壁流动的速度场与压力场的分析解:根据以前学者对血管壁的超微结构研究,将血管壁分为4层,用数值模拟方法求解了低密度脂蛋白(LDL)、血清白蛋白(albumin)以及辣根过氧化酶(HRP)三种大分子在各层的浓度分布。结果表明,随着时间的增长,在不同时刻,低剪切流中内皮细胞截面形状接近圆形时,大分子在漏的缝隙处浓度大小和分布范围,都大于高剪切流中内皮细胞截面被拉长时的情形:弹性层厚度等参数显著地影响传质:浓度分布随时间的增长与轴对称结果类似,即漏的缝隙处有一明显的浓度尖峰,在两侧浓度迅速减少,浓度尖峰值和浓度分布的范围随着时间的增长而降低与变小。这些结果对了解动脉粥样硬化形成的机理有重要意义。     

非定常线性化Navier-Stokes方程的非协调流线扩散有限元法分析

对非定常线性化Navier-Stokes方程提出了非协调流线扩散有限元方法．用向后Euler格式离散时间,用流线扩散法处理扩散项带来的非稳定性．速度采用不连续的分片线性逼近,压力采用分片常数逼近．得到了离散解的存在唯一性以及在一定范数意义下离散解的稳定性和误差估计．     

三维动态失速模型研究

研究了一个等速上扬的三维直机翼的动态失速过程,并对失速现象的产生机理及发展过程给出定性的分析．通过与二维情况的对比,重点考察了三维情况下动态失速涡的产生、发展及在物面上的移动对失速性能的影响．在加深了对三维动态失速原理理解的基础上,建立了三维的动态失速模型,能较好地模拟三维动态失速下机翼的气动性能．     

基于时间倾斜法的动/动干涉非定常模拟

对转压气机去掉静子部件其非定常脉动较常规压气机非定常脉动更强。本文采用时间倾斜法处理非定常模拟中前后两排叶片栅距不相等的间题,通过对N-S方程的时空转换,发展了相邻两叶排任意转速下非等栅距的非定常时间精确算法,将该方法拓展为适用于超常规动/动结构叶轮机械内的非定常流动的计算。对某对转压气机之间动/动干涉的非定常流场进行的计算表明:本文所发展的非等栅距非定常时间精确算法以较低的计算代价真实反映了对转压气机内部的非定常特性。     

基于非线性谐波法的离心压气机确定应力场分析

本文采用非线性谐波法与定常计算方法,对离心压气机的内部流场进行了数值模拟,对比了时均流场与定常流场的差别,研究了离心压气机确定应力分布的特点。结果表明,采用非线性谐波方法所得到的压气机内部流场宏观结构与定常结果基本一致,但流场参数分布细节存在较明显差别,且这种差别与对应的确定应力场的分布特征吻合,验证了确定应力是引起时均流场与定常流场差别的原因。对确定应力的分布特征分析表明,离心压气机内确定应力在流向上呈现为从叶轮出口向上下游逐渐递减的趋势,在叶高方向上表现为从叶根到叶顶逐渐递增趋势;且在整体上,确定应力的空间不均匀特性在叶轮出口处最为强烈,表明离心压气机内部最强非定常效应同样位于叶轮出口。     

基于计算流体力学的“虚拟飞行”技术及初步应用

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     

用扰动涡方法模拟叶轮机内动静叶的相互作用

发展了一种研究叶轮机内动、静叶间的相互作用的新方法———扰动涡方法,它利用全三维的定常解为基础解,并由此给出非定常扰动场的初始解．为计算叶片对扰动场的响应过程,采用拉格朗日方法追踪扰动涡团的对流流动过程,用确定性涡方法来描述流体的粘性扩散过程．发展了代数湍流模型（Ｂａｌｄｗｉｎ Ｌｏｍａｘ湍流模型）在尾迹中的应用方法,克服了其它数值方法中无法准确捕捉尾迹中心线的运动轨迹,以及计算出的边界层外的湍流涡粘性系数偏大的缺陷．利用该方法计算轴流叶轮机内由于动、静叶间的相互作用而引起的非定常流动过程,与实验的对照表明,模拟结果与实验数据吻合得相当好,从而说明本文发展的方法是可信的,为更直观地描述尾迹等非定常因素的流动及叶轮机内的掺混问题提供依据．     

振荡管流换热的理论解

本文从流体在管内振荡的运动方程和流体及管壁的能量方程出发,经过变量转换对常微分方程组进行求解,得到了计及管壁影响的振荡流体轴向换热的一般理论解。由这解,可以导出各种特殊条件下的表达式,包括已有的各种解析解。本解经数字化而制成各种图线,它们与已有的实验数据基本吻合。     

由激波诱导产生的二维圆柱上的非定常阻力

激波管是一种具有结构简单、参数可调范围大和使用方便等特点的气体动力学试验装置。因此,它在跨声速和超声速流的实验研究中得以广泛地应用。但由于激波管中气流的持续时间很短(通常为毫秒量级),所以在激波管中直接测量试验模型上的压力分布等气动参数将是十分困难的。本文利用马赫-曾德干涉仪在激波管中拍摄出激波在二维圆柱上的绕射和反射时的干涉图,直接给出了整个流场的密度分布。再由波后气流满足等熵关系式,可以计算得到流场的压力分布和非定常阻力的大小。