一类高效率高分辨率加映射的WENO格式及其在复杂流动问题数值模拟中的应用

由于映射操作会带来额外的计算时间消耗,传统加映射的WENO格式存在计算效率低的缺陷.为了提高传统加映射WENO格式的计算效率,通过利用标准符号函数的一种近似逼近函数构造出一族近似常值映射函数,本文提出了一种新的加映射WENO格式,称为WENO-ACM.新映射函数满足文献中已有WENOPM6格式映射函数的全部设计要求,其中WENO-PM6是一种为了克服经典WENO-M格式潜在的精度丢失缺陷而提出的格式.新格式保留了WENO-PM6在低耗散和高分辨率方面的优势,同时,显著的减少了每个时间步映射过程中的数学运算操作数,进而在计算效率方面获得了明显的提升.理论分析表明,新格式在即使包含临界点的光滑区域也能够获得最佳收敛精度.对近似色散关系的研究表明,新格式的频谱特性也得到了显著的提升.对大量标准测试算例进行了模拟计算,包括精度测试、激波管问题、激波-熵波相互作用、爆炸波相互碰撞、二维黎曼问题、双马赫反射、前台阶流动、瑞利-泰勒不稳定性和开尔文-亥姆霍兹不稳定性问题等.与广泛认可的WENO-JS, WENO-M, WENO-PM6格式综合比较发现,新提出的WENO-ACM格式在高效率、低数值耗散...     

Entropy Production and Admissibility of Shocks

In shock wave theory there are two considerations in selecting the physically relevant shock waves.There is the admissibility criterion for the well-posedness of hyperbolic conservation laws.Another consideraztion concerns the entropy production across the shochs.The latter is natural from the physical point of view,but is not sufficient in its straightforward formulation,if the system is not genuinely nonlinear.In this paper we propose the principles of increasing entropy production and that of the superposition of shocks.These principles arc shown to be equivalent to the admissibility criterion.     

聚心火焰在共振腔作用下引发爆轰的数值研究

 基于带化学反应的二维轴对称Euler方程，利用带有Superbee限制函数的波传播算法，对共振腔中的氢气-空气预混气的聚心燃烧进行了数值模拟，讨论了共振腔不同抛物面对起爆的影响。数值结果表明，在开始阶段，燃烧诱导的激波在轴心、火焰和固壁的反射，使火焰失稳，随后共振腔中的抛物壁面上产生一定频率和强度的反射激波，不断穿越火焰，使火焰进一步失稳，加剧了燃烧速度，最终导致爆轰的形成。同时，火焰在与激波的作用过程中，形状扭曲变形，呈封闭端小敞口端大的扁平头部蘑菇云。共振腔抛物面的不同形状引起激波聚焦位置的变化，会影响激波和火焰的相互作用，使起爆提前或推迟，甚至不起爆。     

可压缩流向涡与激波轴对称干扰的数值模拟1)

用NS方程数值模拟了可压缩流向涡和激波轴对称相互作用现象.数值模拟包括定常和非定常两种情况,计算结果分别与相应的实验进行了比较.结果表明数值模拟成功地捕捉到了激波和旋涡相互作用过程中发生的激波波面变形,激波振荡,涡核变大以及激波波后出现驻点、回流区等流场特征.提出了判断流向涡与运动激波相互作用中旋涡破碎的准则.     

Riemann问题的间断有限元

用时空全离散间断零次有限元对Riemarm问题进行了数值求解，没有出现振荡，很好的模拟了稀疏波的逐渐稀疏化和激波的剧烈变化。     

冷却流分段注入对超声速气膜冷却的影响

针对超声速气膜冷却中常有激波入射破坏冷却效果的现象,本文在冷却流质量流量一定的条件下研究了5种不同入口高度组合的冷却流分段注入结构,并与冷却流单个注入的情况对比,分析了激波入射情况下冷却流分段注入对超声速气膜冷却的影响。研究结果表明:在激波入射时,对于分段注入只有部分冷却流经历了激波的局部强化掺混作用,因此分段注入与单个注入相比可以提升气膜冷却效果。通过平均气膜冷却效率、最低气膜冷却效率、气膜覆盖率等冷却性能参数的比较,在本文研究的5种冷却流分段注入结构中,结构2的气膜冷却效果最好。     

跨音压气机基于前掠和小翼联合扩稳方法研究

针对NASA的Rotor37转子,采用数值方法详细研究了气动前掠和压力面叶尖小翼两种控制方法对其总体性能和叶尖流场结构的影响机制。数值结果表明,单独采用前掠和同时采用前掠和小翼联合作用分别使压气机稳定工作范围提升20.1%和27.7%,且对压气机的效率和增压比影响较小。气动前掠一定程度上抑制了间隙区泄漏流引发的气动损失及低速区范围,但是会导致尖区边界层分离及损失明显增加。相比之下,压力面叶尖小翼对由泄漏流诱发的低速区和吸力面边界层分离区均有较好的抑制效果,从而实现压气机稳定工作范围的明显提升。此外,气动前掠和叶尖小翼的作用效果也表明,转子叶顶的静压差虽然是间隙泄漏流的直接驱动力,但不是影响泄漏流强度和作用范围的唯一因素。     

二甲醚低温低压自点火行为的实验和理论研究

针对二甲醚(DME)低温低压数据缺乏和反应机理认识不统一问题,利用高压激波管进行点火延迟期测量实验,实验工况完整覆盖负温度系数(NTC:Negative Temperature Coefficient)区域。使用Aramco Mech 3.0机理对实验结果进行了数值仿真,发现与实验数据相比存在两个差异较大的典型区域:NTC高温拐点前温度区和NTC低温拐点后温度区。本文通过计算流体力学(CFD:Computational Fluid Dynamics)仿真分析,说明了热点的出现可以引起第一个区域内的差异。并且本文对DME低温反应进行动力学分析,认为第二个区域内的差异源自于机理本身。考虑用三次加氧反应优化DME机理,发现该路径对DME低温化学机理的改善贡献不大。但本文中的实验数据和DME的动力学分析为进一步优化DME低温燃烧反应动力学机理提供了思路和方向。     

多化学组份反应气体流动的Godunov格式

本文将单介质气体流动的Goduoov方法推广到多化学组份气体流动的计算中,建立了多化学组份气体的间断分解公式以及任意四边形网格下的Godunov方法的差分格式,提出了处理自由边界的虚相法,应用第二类网格,计算了超音速射流及其冲击问题的几个算例,并且同实验结果进行了比较。