用三维半人工瞬变法计算圆管内圆柱绕流

本文提出一种计算三维定常流动的半人工瞬变法,本方法的特点是直接利用流体力学的原始基本方程组进行数值计算。运动方程中的一个分量方程被用于计算压力,另外两个分量方程被加入人工瞬变项而成为人工瞬变方程,这两个人工瞬变方程被用于计算速度的两个分量,第三个速度分量则通过连续性方程进行计算得到。根据半人工瞬变方程组的特点和流动区域的特性,本方法采用半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系进行数值计算,并利用质点导数差分格式使计算更简便。本文以圆管中不可压缩流体对圆柱的三维定常绕流问题为算例,具体画出计算用的半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系,介绍三维半人工瞬变法的计算方法和步骤,并通过数值计算得到了此算例的计算结果。     

非均匀水流水域波浪的传播变形

将两个不同的、考虑波流相互作用和能量耗散项的、依赖时间变化的双曲型缓坡方程分别化 为一组等价的控制方程组,具体分析了底摩阻项对相对频率和波数矢的影响,从而选择了合 适的数学模型. 将所选择的缓坡方程化为依赖时间变化的抛物型方程,并用ADI法进 行数值求解,建立了缓变水深水域非均匀水流中波浪传播的数值模拟模型. 通过和波流共线 的解析解的比较,说明数值解和解析解相一致. 结合Arthur(1950)水流这一经典算例,定 量地讨论了考虑联合折射-绕射作用后的波数和仅考虑折射作用的波数的差别及其对波高分 布的影响. 在基本同样的条件下, 本文的数值解与他人的计算结果一致.     

毫米波行波管返波振荡的仿真研究

该文利用HFSS仿真了工作在Ka波段的螺旋线、反绕双螺旋线及耦合腔等慢波系统,通过傅里叶分析得到空间谐波,进而分析和比较了上述慢波系统的返波振荡特性.结果表明:螺旋线慢波系统中出现明显的角向谐波次数和轴向谐波次数不相等的窄问谐波分量,在π模附近,有产生返波振荡的危险:而反绕双螺旋线通过提高基波耦合阻抗及可工作的归一化频率来提高了抑制返波振荡的能力;为了避免返波振荡,耦合腔工作频带的选择应尽可能远离单腔相移为π,2π的频点.     

利用O型环抑制圆柱绕法流涡脱落的数值研究

圆柱绕流涡脱落诱发较大的振动和声,如何有效地抑制值得关注.利用大涡模拟技术求解了Navier-Stokes方程,得到了涡脱落频率,升力脉动幅值及平均阻力系数.计算表明二维模拟不能体现流动基本特征,三维计算与实验吻合较好.为了抑制涡脱落,在直径为D的圆柱表面装入间距为1D,直径为0.0167D的O型环.通过升力、速度谱分析以及柱向横截面流场分析可知,在光滑圆柱外表面加入O型环能诱发流体边界层分离,有效地抑制涡脱落现象,升力脉动和观测点速度脉动幅值几乎完全消失,阻力系数也略微降低,适合在实际工程中采用.     

不同攻角下2:1矩形截面棱柱绕流的大涡模拟研究

本文研究了高雷诺数下(Re=24000),宽高比为2:1的矩形截面棱柱在不同风攻角下的绕流问题.基于大涡模拟理论和Smagorinsky亚格子应力模型,运用开源CFD软件OpenFOAM对Navier-Stokes控制方程进行求解,对均匀来流作用下的矩形截面棱柱绕流问题进行了三维数值模拟.通过对平均分量、脉动分量的比较,验证了数值模拟结果的准确性与可靠性,并给出了阻力系数、升力系数、斯特罗哈数随攻角的变化规律以及平均流场和湍流流场的流场特征.基于本文研究结果,通过开源CFD可视化软件ParaView给出了不同攻角下的流型变化,结合平均压力系数的分布,详细解释了不同流型的特征,这些结果验证了基于风洞实验所提出的假设流型,相关结论可为结构风工程设计提供参考依据.本文所采用的软件均为开源软件,其开源特性具有良好的科研价值.     

炸药内爆驱动多层密绕螺线管的压缩稳定性

多层密绕螺线管是炸药柱面内爆磁通量压缩多级MC-1装置的核心构件。设计了一套内爆磁通量压缩装置,初步开展了两级内爆压缩多层密绕螺线管实验,得到了较为清晰的高速摄影图像。密绕螺线管在炸药强爆轰驱动下的界面不稳定性发展是能否获取超高磁场和超高磁压力的关键因素。高速摄影实验结果显示,多层密绕螺线管在内爆过程中没有出现垮塌,套筒内界面仍保持对称性,外界面出现强爆轰导致的周期扰动。为此建立了考虑磁压力的二维有限元内爆数值计算模型,系统研究了密绕螺线管在炸药内爆驱动下的稳定性问题。计算结果表明,炸药网络板多点起爆方式对套筒冲击不稳定性的发展影响较大,网络起爆点数量的增加可以有效抑制套筒界面不稳定性的增长。相比于环氧缓冲层,在炸药与螺线管套筒之间添加1～2 mm的间隙可以更有效地衰减爆轰波引入的周期扰动。     

动平衡引起的玫瑰扫描位标器误差分析

玫瑰扫描机制下的红外制导跟踪系统采用单元探测器,不具备直接测试绕动大小的能力,因此这类产品调试后剩余动平衡的风险较大.利用方位信息提取原理建立了扫描轨迹能量分布分析工具,对绕动不平衡条件下位标器方位信息提取误差进行了研究,确定了以光学系统坐标系为平衡基准的工艺方法.提出了分别检测与平衡两轴惯性积的策略,得到的精细化算法有助于提高平衡精度等级.     

5G共存分析中地物附加损耗模型研究

第五代（the 5th Generation,5G）移动通信共存分析需要传播模型的支撑,地物附加损耗模型是其中非常重要的一个模型.首先介绍了国际电信联盟（International Telecommunications Union,ITU）提供的统计地物附加损耗模型,并指出该模型的一些问题;然后,提出了一种确定性地物附加损耗预测模型,该模型主要考虑建筑物对传播的影响,通过预测过建筑物顶部的绕射、建筑物两侧的侧向绕射,并进行综合得到确定性地物附加损耗预测模型.本文提出的地物附加损耗预测模型可为5G系统的共存与兼容研究提供传播模型支撑.

     

170 GHz缓变截面开放式谐振腔传播特性模拟

在数值计算方法的基础上,编程模拟了高次模式TE31,12模在传统及改进型开放式缓变截面谐振腔的传播特性,计算了开放式缓变截面谐振腔的绕射品质因数,研究了改进型缓变截面谐振腔连接段的曲率半径对绕射品质因数的影响。结果表明,连接段曲率半径越大,绕射品质因数值越小。为了证明结论的正确性,利用仿真软件HFSS对另一工作于低次模TE0,1模的改进型缓变截面谐振腔进行仿真计算,并和编程计算结果比较,也得到了同样的结论。     

基于改进型绕射非局部边界条件的三维抛物方程分解模型预测电波传播

绕射非局部边界条件是基于有限差分法求解抛物方程时使用的一种透明边界条件。它的最大优点是只用一层网格就能很好完成波地吸收,而缺点是由于涉及到卷积积分的计算,因此计算速度低。针对此问题,该文首先引入可以加快其计算速度的递归卷积法和矢量拟合法。这里把结合了这两种数值计算方法的绕射非局部边界条件称为改进型绕射非局部边界条件。在此基础之上,提出将这种改进型的绕射非局部边界条件应用到3维抛物方程(3DPE)分解模型中。最后通过数值计算,证明了改性型绕射非局部边界条件3DPE分解模型在计算精度和计算速度方面的优势。