用数值模拟方法确定跨音速风洞几何参数

用多块搭接网格技术及雷诺平均N-S方程数值模拟跨音速翼型风洞流场,着重研究了不同驻室高度、不同引射缝高度以及实验段上下壁不同开闭比对风洞马赫数分布的影响,并研究了实验段上下壁干扰对翼型测压实验的影响,通过计算得到了最优的驻室高度、引射缝高度以及最优开闭比。计算结果表明,不同的驻室高度和引射缝高度对实验段马赫数分布有很大影响;而实验段上下壁开闭比对风洞实验段的阻塞度有很大的影响,随着开闭比的逐渐增加,翼型上的激波位置也逐渐向前移动,只有在合适的开闭比下,翼型的激波位置和压力峰值才与无干扰结果一致。研究结果对风洞建设和性能改进有一定的参考意义。     

高负荷低展弦比涡轮流动机理

为满足固体推进剂涡轮火箭发动机高负荷、高效率、低展弦比涡轮设计要求,对发动机涡轮进行初步设计.采用哈尔滨工业大学编制的叶型编辑程序,设计单级膨胀近似为4的涡轮动静叶叶型,采用NUMECA软件对所设计的涡轮动静叶流场进行数值计算.结果表明:高膨胀比涡轮动静叶整个流道内均出现超音速流动,采用缩放通道可减小激波损失;静叶出口马赫数较高,产生的尾缘激波与相邻叶栅吸力面相交,使吸力面马赫数波动,产生逆压梯度,增大了流动损失;在动叶中,端壁附面层内二次流沿壁面汇聚到吸力面中部,使吸力面中部损失增大.     

微型飞机机翼流动结构的数值研究

通过数值求解非定常不可压N-S方程,研究微型飞机的小展弦比机翼在低Reynolds数下的流动特征。研究对象是展弦比为1.33,截面形状为E-174翼型的椭圆形机翼。数值模拟的Re=1×104,迎角为0°～45°。结果表明:从0°到10°迎角,机翼附近的流场是两侧对称的;迎角大于11°,流动变为两侧不对称。这个现象的出现是由于翼尖涡和机翼上表面的二次分离涡相互作用,使翼尖涡发生失稳。由于粘性作用,在整个迎角范围内气流发生分离。迎角小于33°,分离涡从机翼的上表面不断脱落;迎角大于33°,分离涡保持在机翼的背风面,形成驻涡现象。     

数值模拟入射斜激波／平板湍流边界层干扰流动

应用GAO-YONG可压缩湍流模型数值计算了入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰现象。计算程序中的对流项、扩散项分别采用AUSM格式和中心差分格式离散,并用多步Runge-Kutta显式时间推进法求解空间离散后的控制方程。计算中包含了无分离流动、初始分离流动以及较大分离流动等多个情况,比较了平板壁面压力、法向平均速度剖面、壁面摩阻系数Cf以及壁面斯坦顿数St等的计算结果与实验值。结果发现：GAO-YONG可压缩湍流模型能够很好地预测入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰下的无分离以及小分离流动,对高马赫数下的大分离流动也能得到较合理的结果,但再附点之后的壁面摩阻系数以及斯坦顿数的计算值不够理想。     

低雷诺数下小展弦比机翼绕流的实验研究

应用粒子图像速度场仪（PIV）和烟线两种流动显示技术,测量低雷诺数下小展弦比机翼粘性绕流的流场.风洞实验结果表明,弦长雷诺数为1.8×10⁴,机翼处于5.0°攻角时,展向中间截面出现了层流分离,翼型后缘产生“驻留涡”.随着机翼攻角的增大,分离涡向翼型前缘迁移.当攻角增大至12.5°时,分离涡覆盖整个翼型上表面,翼型完全失速.此外,2种流动显示技术在同一工况下得到的实验结果较一致.将2种流动显示技术相结合,丰富了流场信息,能够更好地反映低雷诺数下小展弦比机翼粘性绕流的流动现象.     

高雷诺数下二维翼型绕流气动特性数值分析

采用不同湍流模型,对NACA0012翼型,在不同迎角和不同高马赫数下的绕流流场进行数值模拟;通过与风洞实验对比,评估了S-A模型,Realizable k-ε模型和k-ωSST模型对高雷诺数绕流流场数值模拟的准确性;并运用Realizable k-ε模型精确模拟并分析了二维翼型绕流流场的跨音速特性,为理论分析及工程设计提供参考。     

等离子体协同射流翼型控制参数设计与机理探索

通过风洞实验和数值模拟方法研究了相关几何参数对等离子体协同射流翼型绕流特性与气动力特性的影响，并对流动控制机制进行了阐述。设计了不同高度的腔道，研究了等离子体激励下腔道出口的流量与射流速度的变化规律，最终选取4 mm腔道高度为最优参数， 设计了以NACA0025为基准翼型的等离子体协同射流翼型。通过数值模拟研究了等离子体协同射流翼型的升/阻力特性，并对比了前缘吹气与协同射流控制的不同控制效果。研究结果表明，Re=68 000、峰-峰值电压13 kV、载波频率8 kHz条件下，相对基准翼型，等离子体协同射流翼型将失速迎角从8°提高到了14°，最大升力系数增加了181%。等离子体协同射流翼型的阻力随迎角增大持续减小，在10°迎角之前其阻力大于基准翼型，随后小于基准翼型，升阻比呈现出与阻力相同的变化特性，10°迎角之后全面优于基准翼型。原因是后缘腔道处在较小迎角下产生了正阻力，而随着迎角的增大，其当地阻力变为负值。对比前缘吹气和协同射流控制，翼型失速迎角分别为12°和16°，这是因为协同射流翼型通过前缘吹气效应可以在当地集中注入动量，其后缘吸气可以减小低能量的分离区域，形成较大的环量增量。     

马赫数及间距对串列双圆柱超声速绕流的影响

为揭示不同条件下超声速圆柱绕流流动机理，该文对等直径串列双圆柱超声速绕流进行了数值研究。该文基于有限体积法和欧拉方程，结合5阶高精度加权本质无振荡格式，对不同马赫数及不同圆柱间距对流场的影响规律进行了数值研究，获得了超声速串列双圆柱绕流流场稳定后的流场特性和升力、阻力系数变化规律。结果表明，计算域内的复杂波系主要由弓形激波、反射激波以及弱激波组成；马赫数的增加会使激波结构被拉伸，改变弓形激波在壁面发生的反射类型，并造成计算域出口壅塞进而影响升力、阻力系数的稳定；圆柱间距的增加使得圆柱后方速度剪切层发生摆动，并造成不同间距条件下升力、阻力系数间的差异。     

亚音速下翼型气动性能数值分析

文章基于数值模拟的方法，研究NACA0012翼型的失速及流场参数改变对飞机的气动性能影响；运用SST k-ω湍流模型和Solution Steering收敛方法得出翼型的流场计算参数，并与美国航空航天局(NASA)的试验数据进行对比，验证计算翼型的准确性。结果表明：当Re为5×10⁶和10×10⁶时，最大升力系数随马赫数的变化波动较大，且变化趋势基本相同，最大升力系数出现在Ma=0.20左右，分别为1.46、1.59,是所研究范围飞机的最佳飞行状态；在低Re的情况下，翼型的最大升阻比随马赫数增大而先增大后减小，且翼型的最大升阻比出现位置在马赫数为0.20～0.30;在亚音速条件下，翼型的失速攻角在一定范围内随马赫数变化可以用对数函数进行定量描述。     

扇翼飞行器绕翼型流动数值研究

扇翼飞行器以其低速大载荷、低噪音特性在军用及民用领域有着广泛的应用前景．基于CFD软件采用滑移网格技术对简化为二维的绕翼型流动进行数值模拟,得到低速大迎角下绕翼型的流场,分析并比较了不同迎角下的流场结构,给出了升阻力随迎角的变化关系．在此基础上通过比对分析翼型局部几何形状改变后得到的数值模拟结果,得到了飞行器机翼前缘高度对绕翼型流场的影响以及相应的升阻力变化情况,并讨论了引起这些影响和变化的可能原因．最终给出可用于扇翼飞行器设计的方案．     

裂缝多孔介质中达西流动的有限差分方法

用差分方法来模拟二维裂缝多孔介质中的单相达西流动问题.采用降维模型对二维区域内的裂缝进行建模,相比整个区域而言裂缝的宽度很小并且把裂缝视为一个一维的界面,流体通过裂缝会和周围多孔介质发生耦合现象.在裂缝和周围多孔介质中,流体流动均遵循达西定律和守恒定律.采用差分方法来求解降维模型中推导的流体流动方程.通过数值实验验证了该方法的有效性,并证明了裂缝是快速通道还是地质屏障取决于裂缝处渗透率张量的大小.     

三元混合流初步研究

本文在二元混合流研究的基础,系统地研究了三元流动的局部水力现象及混合流在三元流动中的应用.就三元混合流的一些基本特性如流态演变规律及界限水深,不对称和扩散的影响等,提出了一些初步的研究结果,并提出一个可用于工程计算的界限水深计算公式.     

涡街流量传感器在二维和三维流场中特性之比较

涡街流量传感器中的涡街现象存在于三维管道中,其信号特性表现出与二维情况较大的差异．研究这种差异对于涡街流量传感器的设计以及三维建模具有十分重要的意义．通过在近似二维流场（水槽中）以及三维流场（管道中）的实验,发现管道中的涡街频率比水槽中高出至少1倍,且最强信号出现的位置比水槽中更靠近旋涡发生体,由此引发了对二维、三维涡街流场特征的研究．通过数值仿真,揭示了造成差异的原因是管壁的约束作用以及涡管的扭曲,同时对涡街流场的速度分布等特征进行了分析．     

正交曲线坐标系下二维浅水方程的变换

在平面二维明渠非恒定流的研究中,常采用边界拟合坐标技术建立二维正交曲线网格,但是直接推导坐标变换后在正交曲线坐标系下的二维浅水方程比较困难.本文给出了一种应用张量分析的推导方法,利用该方法简单、准确地给出了正交曲线坐标系下的二维浅水方程的具体形式,该方程已经广泛地应用于明渠水流计算中.     

荷电气—液两相同轴圆射流的LDV研究

静电喷雾技术在许多领域得到广泛应用,但对荷电气两相流的理论研究尚不深入笔者通过采用二维激光多普勒测速系统（ Ｌ Ｄ Ｖ） 对荷电气—液两相同轴圆射流进行了实验研究,就电场作用下液滴直径的分布、荷电气液两相流的速度分布进行了分析,并给出了相间运动规律,为荷电两相湍流的深入研究提供了一定的试验依据     

Numerical Investigation of Dynamic Effects on Unsteady Flow Measurements Using a Two-Dimensional Probe

IntroductionMulti-holepneumaticprobesarecommonlyusedinflowmeasurementsbecauseoftheirsimplicity,lowcostanddurability,especiallysincetheycanmeasurevelocitiesandpressuresatthesametime.Withthedevelopmentofcomplexflowdynamics,aswellasthedevelopmentofadvancedturbomachinery,ithasnecessitatedtheextensionoftheprobemeasurementtechniquetounsteadycompressibleflow.However,twoproblemsoccurwhenusingpneumaticprobestomeasureunsteadyflow.Oneisthefrequencyresponseofaprobesystem,whichislimitedbytheresonanceinthet…     

轴向流中固支弹性薄板的大挠度流固耦合系统的数值模拟

就轴向流中两端固支大挠度弹性薄板的流固耦合振动特性,固支薄板的结构动力学方程用有限元法离散,流场采用不可压缩的二维粘性流体(N-S方程)用有限体积法离散,结合ADINA中的流体单元划分技术,建立了双向流固耦合作用下轴向流中两端固支薄板的二维仿真模型.通过模拟仿真分析研究了给定不同流速下固支板的流固耦合振动特征和大挠度系统的振动稳定性.分别得出了不同流速下固支板中点的挠度—流速曲线、挠度时程曲线及挠曲线图.结果表明:当流速小于固支板的临界流速时,板将处于稳定的直线平衡状态;当流速大于固支板的临界流速时,板将在新的位置达到弯曲平衡状态,以及在弯曲平衡位置附近发生极限环振动.     

Comparison of flow shear stress and energy expenditure between sand- and gravel-bed rivers and some geomorphological implications

Based on data from more than 100 alluvial rivers, a systematic comparison of flow shear stress and energy expenditure has been made between sand- and gravel-bed rivers, by plotting the relationships between channel shape (i.e. channel width-depth ratio) and hydraulic indices in a two-dimensional plane. These relationships show clearly that the four channel patterns, i.e. sand-bed meandering, sand-bed braided, gravel-bed meandering and gravel-bed braided, are located in 4 different areas that can be divided by 2 straight lines.     

半数值解析法计算高弹粘流在狭缝流道中的流动

文章在二维非牛顿流体流动分析的基础上，根据高弹粘流在狭缝流道中流动的特点，通过将沿流道高度方向流速分布用级数模拟，建立了一种半数值解析法。该法可将三维流动问题化为平面问题处理．且有节约内存及机时，使用方便等优点。通过与理论解的比较，精度是令人满意的。     

Efficient parallel implementation of the lattice Boltzmann method on large clusters of graphic processing units

Many-core processors, such as graphic processing units (GPUs), are promising platforms for intrinsic parallel algorithms such as the lattice Boltzmann method (LBM). Although tremendous speedup has been obtained on a single GPU compared with mainstream CPUs, the performance of the LBM for multiple GPUs has not been studied extensively and systematically. In this article, we carry out LBM simulation on a GPU cluster with many nodes, each having multiple Fermi GPUs. Asynchronous execution with CUDA stream functions, OpenMP and non-blocking MPI communication are incorporated to improve efficiency. The algorithm is tested for two-dimensional Couette flow and the results are in good agreement with the analytical solution. For both the oneand two-dimensional decomposition of space, the algorithm performs well as most of the communication time is hidden. Direct numerical simulation of a two-dimensional gas-solid suspension containing more than one million solid particles and one billion gas lattice cells demonstrates the potential of this algorithm in large-scale engineering applications. The algorithm can be directly extended to the three-dimensional decomposition of space and other modeling methods including explicit grid-based methods.