钝锥高超声速边界层来流感受性数值研究

应用作者所建立的高精度非定常激波装配法,数值模拟了高超声速条件下,钝锥绕流快声波来流扰动非定常流场,研究了钝锥超声速边界层对来流扰动感受性特征,研究表明,在各种来流扰动的条件下,钝锥边界层感受到的主要是声波扰动;钝锥边界层内扰动模态,在头部附近是第一模态,向下游依次转换为第二模态、第三模态;另外随钝度减小,边界层内扰动模态的振幅增大,但有一临界值,超过临界后反而减小,并且由于曲率间断的影响,模态振幅随钝度的变化不再是单调变化的。     

高超声速钝头体表面热流的数值模拟

高超声速飞行器表面热流的精确预测对于飞行器的安全至关重要。传统的模拟方法在预测热流中主要包括两个难点,一是传统的计算格式数值粘性太大;二是熵修正函数的引进限制了热流分辨率。为了解决上述两个问题,通过设计一可调参数,引进了可调数值粘性格式。为了使该格式适用于高超声速流动模拟,通过反扩散方法,将格式一致提升至二阶精度,并引进了与之相适应的熵修正函数。对三维球头和钝锥绕流进行了数值实验,结果表明,相对于传统格式,修正后的可调数值粘性格式可以显著降低热流计算对网格的依赖性,提高计算精度。     

串列钝体绕流的数值计算

用二阶投影法求解二维不可压粘性流体的N -S方程 ,计算了高雷诺数Re=1× 10 5下串列圆柱的非定常绕流 ,得到的阻力系数及斯特劳哈尔数与试验结果吻合良好 ,结合工程实际 ,用同一程序计算预测了钢管混凝土拱桥哑铃型拱肋的阻力系数和涡脱频率     

平壁附近钝体绕流的数值模拟

采用有限差分法,模拟粘性流绕平壁面附近的圆柱的流动。流动方程采用涡量-流函数形式。涡量输运方程采用ADI方法求解,流函数方程采用SOR方法求解。计算网格采用椭圆型贴体曲线网格技术数值生成。考察了缝隙比（e/D)对圆柱尾流的影响,得到了与实验基本符合的结果。     

基于Virtual Boundary方法的钝体绕流数值模拟

为将基于力源拟化边界思想的浸入边界法应用于工程结构空气绕流模拟,如桥梁结构,选定适用于刚性边界的浸入边界算法(Virtual Boundary Method),结合交错网格及时间分步法,重点借助双线性插值实现拉格朗日点与欧拉点之间的数据传递以形成物体边界。分析其浸入边界形成机理和模拟结果,逐次展开对静止方柱、圆柱绕流及有风攻角的方柱绕流的数值模拟,最后完成对桥梁断面的绕流模拟。研究结果表明:在Virtual Boundary算法模型作用下,物体边界形成仅需0.6s,且符合无滑移壁面边界设定;物体内部流体隔绝于外部流动,流动衰减,仅起到光滑函数作用;方柱、圆柱、有风攻角的方柱绕流在该算法模型下所得流动现象与气动力和过往文献相同;对于桥梁断面,升力系数随风攻角增大有显著提升,3°攻角下尾部流场产生扰动出现明显的流场非对称性,攻角的改变并不影响断面尾部的旋涡脱落频率。     

基于WENO格式的爆震波传播过程一维数值模拟

用时间算子分裂法来分离普通流体流动和化学反应方程,采用有限体积加权基本无振荡格式构建了带有复杂状态方程的欧拉方程组;提出一种新的熵修正方法EF4,并结合Roe平均格式来解决激波的不稳定问题和间断问题。通过对带有详细化学反应的爆震波传播过程进行了一维数值模拟,获得的爆震波稳定压力以及爆震波传播速度都和理论结果一致,结果表明,WENO有限体积格式可以很好地模拟爆震波传播过程。     

高雷诺数情况下钝体绕流的数值模拟

在高雷诺数 (Re=1× 1 0 4)情况下 ,利用流函数———涡量法在二维空间对半圆半椭圆的拼接体 (新月形覆冰导线的截面 )绕流流场的流动结构、涡的变化及气动力特性进行数值模拟 .将模拟过程用于圆柱体和半圆半椭圆拼接体 ,结果与前人的研究结果及试验值相吻合 ,验证了此数值模拟过程的合理性     

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．     

绕圆盘钝体空化绕流现象的试验与数值模拟

通过试验研究与计算流体力学(CFD)数值分析相结合的方式深入研究了在不同空化阶段,绕圆盘钝体的非定常空化流动现象。试验和计算中,保持雷诺数不变,通过改变环境压强获得了不同空化数。试验在高速空化水洞中完成,采用高速摄像技术观测了各个空化阶段绕圆盘钝体的空穴形态,数值计算采用了汽-液两相的均相流模型,湍流模型和空化模型均分别采用基于密度函数分域的闭合方式,数值计算结果与试验结果吻合较好。研究结果表明,在不同空化阶段,绕圆盘钝体非定常空化流场呈现不同的阶段性特征,空化流场结构与形态存在很大的差异,随着空化数的减小,空化流场经历了小尺度空泡团的脉动—不稳定团状空化—稳定超空化等阶段,在空化的发展过程中,存在强烈的汽、液相间的质量和动量交换。     

基于RNG k-ε湍流模型钝体绕流的数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型对钝体绕流流场进行了数值模拟．计算采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N-S方程．计算结果表明，RNG k-ε湍流模型可以成功地模拟绕钝体的不稳定、非定常和剧烈分离流动。     

二维心室肌中动作电位传导的数值算法研究

为了进一步探讨求解二维心室肌中动作电位传导方程的方法,采用时间分裂法将求解过程分为两步,第一步用时间步长自适应算法求解每个细胞的动作电位,第二步用交替方向隐式法或五点差分法对偏微分方程进行数值积分.仿真结果表明,在保证数值算法的稳定性和精度上,时间分裂法和时间步长自适应算法起着重要的作用.采用了时间分裂算法和时间步长自适应算法后,在计算精度上,用交替方向隐式法略高于用五点差分法去积分偏微分方程,在计算耗时上,五点差分法是交替方向隐式法的70%.     

等离子体磁流体不稳定性的高精度数值模拟研究

基于有限体积法的通量差分分裂法,通过联合高阶多态黎曼求解器(HLLD)、高精度重构格式(MUSCL)和三阶总变差递减龙格-库塔格式,数值研究了平板位形下等离子体电阻磁流体不稳定性.对托卡马克等离子体双撕裂模不稳定性和等离子体磁岛合并不稳定性的研究结果表明,该算法具有精度高、数值稳定性好和运行速度快等特点.研究结果为磁流体动力学方程组的求解提供了一种新的高精度数值计算方法.     

风对建筑物体绕流的数值模拟

利用有限分析法数值模拟了风对建筑物体的绕流，对高雷诺数问题引进了一个经验公式较好地克服了实际中的困难，对方形、圆形及两头尖等各种形状物体绕流的计算结果表明数值方法在准确模拟各种形状建筑物体的绕流流场方面是成功的。     

用无网格法求解不同Re下圆柱绕流问题

采用无网格伽辽金法对不同Re下二维不可压粘性流场圆柱绕流问题进行了数值模拟。该计算不仅预测了不同条件下的流动特性,而且预测了流体作用在圆柱上的曳力和升力。这些力通过积分圆柱表面的压力和粘性力获得。结果显示,当Re大于80时,圆柱所受曳力和升力开始振荡。计算所得的脱落频率(Sr)与前人的结果吻合良好。     

Burgers方程基于混合有限元法的差分格式及其数值模拟

给出了Burgers方程的一种基于混合有限元的最低阶的差分格式，并给出了数值解的例子，与以往的处理Burgers方程的有限差分法不同之处是该方法能同时求出速度和流通量的近似解，而且得到的数值解具有很好的稳定性。     

对流-扩散方程的欧拉-拉格朗日修正格式

在欧拉-拉格朗日分裂格式的基础上,文章提出了一种改进的欧拉-拉格朗日分裂格式,主要对欧拉步进行了修正。改进后的格式比原来的格式精度更高,且为无条件稳定。     

冲击波诱导甲烷热分解的化学与热力学非平衡流计算

为了研究冲击波诱导下甲烷气体的化学和热力学非平衡过程，首先利用冲击波间断关系和理想气体状态方程，计算了甲烷的冻结冲击波参数，然后以波后的压力和温度作为初始条件，作定压反应计算，由此获得波后非平衡区的温度和化学成分随时间变化的模拟结果。计算表明，当冲击波马赫数较大时，波后冲击波温度能较快地趋于平衡，甲烷热分解的比例迅速增大，产物中C2H2，H2，C2H4等稳定产物的含量显著增加，这一结果与甲烷冲击压缩实验中观察到的结果符合较好。