混合网格化学非平衡绕流通量分裂格式及并行算法

讨论了非结构混合网格上的二阶VanLeer逆风矢通量分裂格式,并将其应用于三维高超声速化学非平衡粘性流场的并行计算.高超声速绕流的复杂性要求对N-S方程求解的数值模拟方法应具有较高的计算精度及效率.我们针对混合网格上的有限体积格心格式,引入辅助点方法建立了具有空间二阶精度的VanLeer逆风矢通量分裂格式,提高了数值格式的模拟精度,并采用分布式并行化计算技术用以提高计算效率.粘性通量的计算采用中心格式,化学非平衡动力学模型为7组元空气反应模型,采用考虑了化学反应特征时间的当地时间步长显式Runge-Kutta时间推进格式.对三维双椭球外形的高超声速粘性流场进行了并行计算,获得满意的结果.     

喷流与超声速主流粘性干扰流场的数值模拟

采用二维雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程时具有声速喷流的超声速主流干扰流场进行了数值求解。N－S方程的无粘项采用有限体积法在非结构网格上进行空间离散，通量分裂采用二阶精度的Vanleer格式，紊流粘性系数采用Bald-win-Lomax二层代数紊流模型计算。对当地时间步长进行了粘性修正，并发展了一种基于线化流量的逆风隐式格式以提高求解效率。     

高超声速热化学非平衡绕流分布式并行计算

讨论了非结构网格高超声速热化学非平衡绕流流场的分布式并行数值模拟方法．流动控制方程为多组分Navier-Stokes方程,化学反应模型为考虑了弱电离效应的七组元空气反应模型及双温模型．控制方程的空间离散采用Jameson有限体积法,时间推进为显式5步Runge—Kutta法．采用基于区域分裂的分布式并行计算方法,对整体计算区域进行了以各子区单元数为负载均衡条件的划分．使用PVM并行机制在PCs—Cluster机群上对二维钝头体高超声速热化学非平衡绕流进行了分布式并行计算,得到了与串行计算及文献相符合的计算结果．     

带减阻杆的高超声速弹丸气动特性研究

为了研究带减阻杆的高超声速弹丸气动特性,基于高精度高分辨率的KFVS气体动力学格式、k-ω SST两方程湍流模型,采用有限体积法求解三维Navier-Stokes方程,并对数值方法的有效性和可靠性进行了验证.在此基础上,对带减阻杆的高超声速弹丸流场进行了数值模拟.研究结果表明:基于高精度高分辨率的KFVS气体动力学格式发展的数值方法可信度较高,能用于弹丸气动特性数值计算;在减阻杆长度一定条件下,随着马赫数的增大,减阻率将提高;在一定的减阻杆长度、马赫数下,随着攻角的增大,全弹总阻力系数、升力系数、俯仰力矩系数将增加;减阻杆基本不会影响弹丸的升力和俯仰力矩.研究结果为高超声速弹丸工程设计提供参考.     

通风分裂算法在有限元非结构网格中的推广

将在结构网格中发展起来的通风分裂算法推广到有限体积非结构网格中,并成功地进行了定常跨声速二维欧拉方程的数值计算．此格式具有流通量矢量分裂格式的简单性及通量差分分裂格式的高阶精度．最后给出的ＮＡＣＡ００１２翼型绕流的结果与实验结果符合的较好．     

平头圆柱喷流干扰流场的DSMC/EPSM仿真

应用DSMC/EPSM混合算法,数值模拟过渡区有逆向喷流干扰的轴对称平头圆柱高超声速流场,分析了流场结构、分离形态及物面气动系数分布等特性。结果表明,随Knudsen数或喷流马赫数的不同,喷流干扰流场存在差异,过渡区中的稀薄气体效应得以体现,同时反映了DSMC/EPSM混合算法是研究稀薄/连续混合区域高超声速流动的有效方法。     

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。     

平头圆柱喷流干扰流场的DSMC／EPSM仿真

应用DSMC／EPSM混合算法，数值模拟过渡区有逆向喷流干扰的轴对称平头圆柱高超声速流场，分析了流场结构、分离形态及物面气动系数分布等特性。结果表明，随Knudsen数或喷流马赫数的不同，喷流干扰流场存在差异，过渡区中的稀薄气体效应得以体现，同时反映了DSMC／EPSM混合算法是研究稀薄／连续混合区域高超声速流动的有效方法。     

高超声速气动热的耦合计算方法研究

为了准确预测高超声速飞行器承受的气动热载荷,需要进行流动-传热耦合分析.采用耦合传热方法,考虑流体流动和结构传热之间的实时相互影响,对圆柱壳高超声速气动加热风洞实验进行了三维非定常数值模拟,将数值模拟结果与实验结果进行了全面对比,得到的表面压力、冷壁热流、热壁热流和温度分布与实验结果符合良好,验证了耦合计算方法的准确性,提高了气动热模拟精度,实现了气动加热的准确计算.     

用ALE法数值模拟三分支管三维气体流场

采用分块耦合技术,利用泊松方程生成三维贴体网格．用ＡＬＥ法对一截面为圆形的三分支管三维稳态湍流流场进行了数值模拟,并与激光多普勒测量结果进行比较．计算显示：模拟结果与试验结果符合较好,能反映三分支管的流动特性．