GAMMA格式及DATE方法在SIMPLE算法中的应用

为了提高N-S方程数值计算的精度并解决压力-速度的耦合问题,将GAMMA格式、DATE方法与SIMPLE算法相结合,得到了一种高精度非结构同位网格下的SIMPLE算法.该算法用GAMMA格式离散对流项,用DATE方法处理方程求解过程中压力-速度的耦合问题,可以弥补传统动量插值法不能处理强非线性压力场的不足,保证对流项离散的稳定性及高精度特性.     

非定常对流扩散方程的高阶差分格式

对流扩散方程主要包含对流和扩散两项。在数值计算中,方程中的扩散项一般采用具有优良物理特性和计算精度的中心差分离散格式,而对对流项的处理就稍显困难,处理不当便会产生数值震荡或数值弥散,给数值计算带来困难。针对对流扩散方程,通过引入指数变换将对流扩散方程变为扩散方程,避免对对流项的直接处理。利用四阶紧致差分格式,首先建立三类特殊方程的高精度差分格式,在此基础上建立一维非定常含源对流扩散方程的高阶格式,并进行稳定性分析,所得格式精度高且绝对稳定。数值算例表明了该格式的有效性。     

刚体-流体耦合运动的浸入边界法研究

为避免复杂贴体网格的生成和动、静界面滑移网格技术插值带来的误差,提出采用浸入边界法模拟流体刚体的耦合运动.借助求解不可压缩N-S方程组的分步投影方法的思想,来求解基于浸入边界法的耦合系统方程.其中刚体边界离散点的作用力密度通过强制满足刚体边界的无滑移条件（位移和速度一致）导出,结合刚体定轴旋转的动量矩定理,采用Newmark时间积分方法,实现对刚体运动特性的预测.同时,通过δ光滑函数,将刚体边界离散点的作用力密度转换到流体的欧拉网格点上,实现对流场速度的修正.在空间离散上,对流项采用Quick迎风格式,扩散项采用中心差分格式,采用2阶显式Adams-Bashforth法离散时间项.以雷诺数为300的圆柱绕流为基准数值算例,验证数值计算结果的可靠性.      

自适应四叉树网格下的N-S方程数值求解模型

提出了一种自适应四叉树网格下的N-S方程数值求解模型.网格能够根据涡度值大小进行自动加密或合并,以达到在不显著增加计算量的前提下,提高重点区域分辨率的目的.模型中采用了无条件稳定的MacCormack格式计算对流项,采用修正的中心差分格式离散压力泊松方程,并提出了在树型网格下黏性项的变通离散格式.通过算例证明,利用新模型所得到的压力泊松方程的数值解具有二阶精度,速度解的精度超过一阶.计算得到的方腔流中轴线上速度分布与Ghia计算结果一致,圆柱绕流中拖曳力系数和升力系数与实测结果一致.方腔流算例还表明,在相同分辨率情况下采用自适应网格计算时间可减少近一半.     

对流项二次迎风插值格式在非结构化网格中的应用

在有限容积法的基础上发展了非结构化网格的对流项二次迎风插值（QUICK）格式．详细推导了扩散项采用格林函数法、对流项采用改进的QUICK格式的离散方程，对顶盖驱动流和圆柱绕流问题进行了计算，讨论了不同Re下计算的准确性和格式的收敛性，并与高精度结构化网格计算结果进行对比分析．结果表明，该格式的临界网格Peclet数为8／3左右，与中心差分相比较，该格式的计算精度与其相当，对流稳定性好，收敛速度高．同等条件下较结构化网格对复杂区域的模拟更接近实际测量结果，是一种对复杂区域计算有应用前景的对流格式．     

QUICK格式在非结构化网格中的应用

在有限容积法的基础上发展了非结构化网格的对流项二次迎风插值（QUICK）格式．详细推导了扩散项采用格林函数法，对流项采用改进的QUICK格式离散方程，对项盖驱动流和圆柱绕流问题进行了计算，讨论了不同Re下计算的准确性和格式的收敛性，并与高精度结构化网格计算结果进行对比分析．结果表明，该格式的临界网格Peclet数为8／3左右，与中心差分相比较，该格式计算精度相当，对流稳定性好，收敛速度高．同等条件下较结构化网格对复杂区域的模拟更接近实际测量结果，是一种对复杂区域计算有应用前景的对流格式．     

多孔介质中可压缩驱动问题的全离散分裂正定混合元方法

提出了数值模拟多孔介质中可压缩驱动问题的全离散分裂正定混合元方法.引入分裂正定混合有限元方法来求解抛物型的压力方程.混合有限元方程组是对称正定的，并且流函数方程不依赖于压力方程.采用标准的Garlerkin方法来处理对流－扩散型的饱和度方程.给出了此方法的全离散格式，并分析了该全离散格式的收敛性.     

基于同位网格的一种新的定压边界处理方法

将SIMPLE-P算法中处理压力边界的思想推广到同位网格中,综合考虑压力和速度边界条件的数学特性,重新推导边界控制体的压力方程,借鉴IDEAL算法处理压力和速度耦合的思想,讨论定压边界流动传热问题的求解步骤。通过Kovasznay流、压力驱圆管层流和浮力驱动流等几个典型算例对新方法和SIMPLE-P算法进行考核并将计算结果与文献中的数值解和实验值进行对比。结果表明:新方法是准确有效的,对于定压边界问题的求解较之SIM-PLE-P算法具有更好的收敛性能;对于大空间自然对流问题使用新方法在较小的计算区域就可获得高精度的结果,从而节省了大量的存储空间和运算时间。     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams-Bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie-Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(TTU)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.     

关于不可压流体Navier-Stokes方程的四阶精度有限差分紧致格式的边界处理

给出了与内点四阶精度有限差分紧致格式相对应的Navier—Stokes方程中的对流项和扩散项以及连续性方程和压力Possion方程在边界处的有限差分紧致格式的表达式，并以Taylor涡和方框流为算例，所得的结果表明所用的边界格式确有较高的精度．     

一种Lagrange格式及重映算法

从积分形式的二维Lagrange流体力学方程组出发，用有限体积格式进行计算，考虑压力梯度分布对速度和能量改变的影响，构造了在两个控制体上的动量方程的计算格式。在重映算法上，采用积分重映的方法，针对不规则的四边形网格，根据非结构网格的ENO插值的思想，构造线性插值多项式，由于利用其插值点自适应选取的特性，在物理量变化剧烈区域选取最光滑区域的点来插值，虽然不能保持单调性，但只允许出现非常小的振荡。数值结果表明了该方法的可行性。     

二阶迎风有限体积法方腔流数值模拟

介绍了一种基于非结构网格的二阶迎风有限体积离散格式，在对流项的离散过程中，为了达到二阶精度，在界面上对物理量咖作Taylor展开，在处理展开项中的梯度时经入NND格式的优点，克服了中心差分格式不稳定的缺点，并对方腔流动进行了系统的数值模拟．计算网格采用三角形网格，节点数为12960，单元数为25600．压强修正基于SIMPLEC方法．给出了雷诺数Re达到5000时的定常流动结果，与以往方腔流计算的标准解非常吻合，但所用的网格数要少．计算结果表明该二阶迎风有限体积算法有很好的收敛性和稳定性，且松弛因子对计算结果影响很小．     

一种求解不可压N-S方程的非结构化网格方法

将Date压力修正算法推广到非结构化网格中来处理压力与速度的耦合,用具有二阶精度的迎风最小二乘格式离散对流项,用梯度投影法离散扩散项,得到了一种在非结构化网格上求解N-S方程的同位网格法.它充分利用了单元梯度,避免了利用顶点信息计算交叉扩散通量的麻烦,所有界面速度都采用线性插值,克服了Rhie＆Chow动量插值法的缺点.算例表明,该算法精度较高且健壮稳定,收敛特性也比较好.     

结构化与非结构化网格中的导热计算

用基元有限容积方法求解热传导问题,同时采用结构化网格和非结构化网格,并和精确解相比较.虽然从两种网格形式,都能得到满意的结果,但结构化网格较三角形非结构化网格在规则区域更精确一些.为了提高非结构化网格的精度,二次扩散项是十分重要的.     

非结构化网格中圆管流动的传热计算

圆管道内充分发展的层流和传热是热传导方程应用中一个有趣而重要的分支．本文给出几种在不同流道几何形状和热边界条件下，用非结构化网格方法进行数值计算的结果，并与结构化网格的计算结果进行比较分析．从而证明本方法和所给程序的正确性和实用性．     

管状电加热器升温特性的数值计算

在非结构化网格中,采用基元有限容积方法和全隐时间格式,数值模拟了一种管状电加热元件的热力特性。通过分析非稳态温度场的变化,研究了电绝缘材料不同填充率过程中的升温特性。从计算结果中得出绝缘材料压紧度增大时,其导热系数非线性地增大,使得电加热器温升特性非线性变化。这些结果同时与结构化网格中的结果进行比较,证明了结论的正确性和可靠性。     

快速生成三维非结构网格的一种方法

提出了快速生成三维非结构网格的一种方法。在（ｘ１,ｘ２,ｘ３）构成的三维曲线坐标系中,该方法只需在任意选定的一个拟Ｓ１面（即由ｘ１,ｘ２所张成的曲面）上生成非结构网格,而其它拟Ｓ１面上的网格是通过空间映射来完成的。所生成网格的总特点是在拟Ｓ１面上为非结构三角形网格,而沿ｘ３方向上具有结构网格的特征,因此,所生成的网格属于五面体单元。在拟Ｓ１面上生成网格时,采用分区生成技术,即在近壁面区生成以Ｏ型网格为基础的三角形单元,在远离壁面区采用本文发展的一种高效快速生成非结构网格的方法。该方法改进了Ｂｏｗｙｅｒ－Ｗａｔｓｏｎ算法,通过合理的配置网格尺度分布函数来保证整个拟Ｓ１面上非结构网格生成的质量,并借助于堆栈搜索技术,大大提高了计算效率。整个三维程序用Ｆｏｒｔｒａｎ语言编制,大量的计算表明：该程序能够快速高效地生成满意的三维非结构网格。     

非结构四面体网格上三维非线性扩散方程的有限体积法

为了有效地数值模拟科学和工程中有广泛应用的非线性扩散方程,在三维线性扩散方程非结构四面体网格的有限体积法的基础上,提出了一个计算非结构四面体网格上非线性扩散方程的有限体积法。方法采用网格单元中心作为计算节点,相对于网格点的方法,计算量减少了一半。用L agrange因子法得到网格点上的值,考虑了网格中心点和网格点的相对位置,更适应大变形的网格。利用算子分裂,使计算更加简单。用N ew ton-B iCG STAB法来求解得到非线性方程组。数值结果表明:该方法具有二阶精度、保持通量守恒、对大变形的网格适应性强。     

用改进非结构动网格方法模拟跨音速非定常绕流

对用于非结构动网格生成的弹簧近似方法进行了研究.通过采用顶点弹簧方法,分析研究了弹簧倔强系数的取值,同时通过引入防扭转、防挤压倔强系数和边界修正,对标准弹簧近似方法进行了改进.改进后的方法可以大大提高网格变形能力和网格质量.应用本文发展的非结构动网格生成方法并通过耦合求解基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述的Euler方程,模拟了做谐和振动的矩形刚性机翼及大展弦比后掠机翼弯扭耦合振动跨音速非定常绕流,计算结果与参考文献提供的结果及实验结果吻合良好.