• 主题
高级搜索  >
历史搜索 清空历史
首页>中文会议>其他>第十六届全国流体力学数值方法研讨会
第十六届全国流体力学数值方法研讨会

第十六届全国流体力学数值方法研讨会

  • 召开年：2013
  • 召开地：湖南凤凰
  • 出版时间： 2013-08-23

主办单位：中国空气动力学会;中国核学会;中国数学会

会议文集：第十六届全国流体力学数值方法研讨会论文集

会议论文

热门论文

全部论文

全选（0）
  • 摘要：一维非多介质大变形问题的数值模拟,是流体力学问题数值模拟中具有挑战性的课题.它需要求解多种介质相互作用、并发生剧烈运动的问题(如,介质撞击和作用的弹塑性问题,高温高压的辐射流体力学问题).这种可压缩问题的计算焦点主要集中在当流体通过网格边界时,设计更满足真实物理的流量计算的算法.现有的主要方法是拉格朗日方法和任意拉格朗日欧拉(ALE)方法.前者使用的网格随着介质的运动而运动,而后者仅在介质界面处网格随着介质运动,而在其它地方则可以调整网格.这些方法在网格边界的通量计算中,均使用局部一维的黎曼解方法.
  • 摘要：爆轰是武器物理研究的一个重要环节,它是流体力学与化学反应动力学相互耦合的一个复杂过程.爆轰过程中,流体运动的图象是非常复杂的,爆轰波前沿是冲击波阵面,它伴随化学反应能量的释放,爆轰产生的压强可以达到数十万个大气压.当如此强的冲击波在介质(包括炸药)内进行传播时,波后物质可视作流体.实际介质内往往存在着大量的孔隙、杂质、颗粒等局部微介观结构,冲击波扫过区域属于典型的复杂、多相流体系统.这一系统的演化涉及到多尺度、动态物理场的演化,动力学和热力学非平衡效应显著,其模拟和分析均具有较强的挑战性.本文利用含质量分数的BGK模型构造了爆轰流体力学的动理学数值方法，首先利用含质量分数的BGK模型构造推导出对应得爆轰流体力学方程，利用分裂格式处理反应中释放能量与流体的能量，并将它与动理学数值方法藕合起来，数值实验证明这种方法对稳定的与非稳定的爆轰问题有比较好的分辨率。
  • 摘要：本文讨论Mie-Gruneisen状态方程拟守恒模型的数值离散格式.该模型基于Abgrall等效方程思想,且分介质质量保持守恒的模型的数值离散格式.与基于体积分数对流方程模型相比,本文讨论模型不仅能保持混合流体的质量、动量、和能量守恒,还保持各组分分质量守恒,且对纯接触问题保持界面压力速度一致.本文使用波传播算法离散系统,但不是象文对所有守恒方程进行相同数值离散,而是在对分介质质量守恒方程离散时,采用Larrouturou对完全守恒系统设计的质量分数保极值原理算法,对波传播算法进行修改.即对分介质质量守恒方程的数值通量进行修改,同时引进一个类似CFL条件的时间步长约束.
  • 摘要：本文基于叉树数据结构的自适应笛卡尔网格方法能够简化网格生成过程，并能实现流场信息剧烈变化区域的动态捕捉和提高流场解的分辨率。本文基于流场特征的网格自适应技术研究主要包括:自适应判据的定义，自适应网格单元的判定，以及网格单元的动态加密和粗化过程等。针对无粘可压缩流动问题，考虑曲面边界的影响，以及速度的法向修正，开展了虚拟单元方法的构造研究;数值结果显示GCM在处理无粘流动问题是能够满足守恒性要求，且具有良好的鲁棒性;针对可压缩层流粘性流动问题，开展了基于径向基函数边界条件局部重构的虚拟单元方法的应用研究。对于高雷诺数可压缩流动问题，基于壁面函数(Wall Function, WF)模型的基本假设，构造了一种壁面函数一虚拟单元方法(WF-GCM)来处理湍流壁面边界条件。通过构造参考点上的流场信息，并结合壁面函数模型定义虚拟单元上的流场基本信息和湍流变量值。最后，我们将虚拟单元方法应用于流动控制研究和内埋舱开门过程中流场响应的数值模拟。
  • 摘要：可压缩多介质流动和多相流问题在天体物理、惯性约束聚变(ICF)等很多科学与工程领域有着广泛的应用背景,由于存在强间断、大变形以及多相混合等复杂流动特征,如何对其有效模拟一直流体力学数值方法研究的一个挑战性课题.由于实际工程应用对物质界面和自由面的高分辨计算要求,拉格朗日方法和任意拉格朗日一欧拉方法(ALE)一直是这一领域数值模拟的主要方法.然而,界面大变形是长期困扰拉氏方法和ALE方法发展的一个瓶颈困难.为此,本文通过结合欧拉界面方法和拉氏方法的优点,利用整体重分重映策略,建立了一种多介质整体ALE方法.当物质界面变形不大时,以拉氏模式高精度地追踪界面,当界面产生较大变形时,自动地转换为欧拉模式捕捉界面,从而可以有效地模拟多介质大变形流动问题.
  • 摘要：流动稳定性是指流动在外部扰动下偏离原始状态后的演化特性,由此形成了系统的理论,即流动稳定性理论.针对线性稳定性理论(Linear Stability Theory, LST)稳定性方程的有限差分离散存在的精度问题，本文提出引入2点4阶的Euler-Maclaurin公式，而采用对称紧致格式则可以获得更高的精度。描述了抛物化稳定性方程(Parabolized Stability Equations, PSE)保留了Navier-Stokes方程的主要特征，因此不仅适于对流不稳定分析，而且还可被用作一些流动问题或现象的快速数值模拟，如拟序结构、气动声学，甚至气动光学。最后，在流动数值稳定性分析中，线性稳定性理论、抛物化稳定性方程、整体稳定性等3类方法有时是部分相互关联的，进而其中的一些数值技术可彼此借鉴或启发，且均能够在一定程度上与常规的CFD计算结合。
  • 摘要：高效线性求解算法是隐式数值方法的核心组成部分,对于大规模流体计算起着至关重要的作用.多层迭代法(如代数多层网格法)是设计具有最优或接近最优计算复杂度的线性求解器的常用手段.将从几类连续介质和多孔介质典型流体问题出发,简单介绍流体计算中一些常用的离散方法.并针对其中的几类方法,具体讨论一些多层迭代算法的思想和理论,及其大规模并行实现表示.最后,通过一些油田开发实例来说明高效迭代法在精细油藏模拟中的重要作用.
  • 摘要：本文发展了一套基于JASMIN框架的光滑粒子动力学并行程序.该程序被应用于液滴撞击液膜过程的数值模拟.不可压NS方程采用弱可压SPH方法进行求解.基于界面重构的算法被应用于表面张力的模拟.应用动态虚粒子方法模拟无滑移固体边界和对称边界.对二维和三维液滴撞击液膜过程进行了数值模拟.考察了不同撞击速度和液膜厚度的撞击过程中,皇冠半径随时间的变化.数值模拟结果与理论一致.新发展的光滑粒子动力学并行程序可应用于液滴撞击液膜过程的数值模拟研究,还将被应用于其它界面流动问题.
  • 摘要：动理学格式(Kinetic scheme)是从Botlzmann方程出发构造的数值离散格式,目前主要分为两大类:KFVS格式和BGK格式.其中KFVS格式是从无碰撞Boltzmann方程出发构造得到的动理学格式,它具有通量分裂型格式(FVS)共有的优点:简单、易于实现、计算效率高、健壮性好等优点.但KFVS格式存在一个严重缺陷,即在求解光滑区和接触间断区域时会带来过多的耗散.BGK格式考虑了粒子的碰撞效应,可以近似看作是反耗散项,但碰撞项在数值通量中的比重依赖于问题.本文基于以前的工作基础,借鉴Toro-Vazquez的通量分裂方法,将描述可压缩流动的欧拉方程分裂成对流项和压力项,通过分析对流项引入耗散的机理,设计了求解该对流项的基于粒子运动的迎风格式,而压力项采用中的格式——NOK格式进行离散.
  • 摘要：文中首先对LARED-S程序进行了介绍.该程序为欧拉网格下的二维、三维并行多介质辐射流体力学模拟程序,主要用于惯性约束聚变(ICF)等领域中辐射流体界面不稳定性模拟.在计算建模上,LARED-S程序包含流体动力学、电子和离子热传导、辐射过程、热核反应、带电粒子输运等物理过程.LARED-S程序支持平面和球坐标系;采用高精度的欧拉格式(包括NND、WENO等)计算流体力学;采用LevelSet方法进行物质捕捉;采用五点二阶精度的格式计算热传导/扩散方程,并通过改进的迭代算法加速非线性能量方程组的求解效率;二维程序具备活动自适应加密(AMM)和局部网格自适应加密(AMR)计算功能.在JASMIN软件支撑框架的支持下,LARED-S程序可在数千甚至数万处理器核上高效运行.
  • 摘要：SPH方法属于粒子类拉氏方法,比较适合于计算具有运动界面的大变形问题.在使用SPH方法的数值模拟中相邻粒子搜索要耗费相当大的计算时间,使整体的计算效率较低,以往增加统一尺寸辅助背景网格的方法因为要保证与粒子相邻的粒子只存在于同一个背景网格和毗邻的背景网格内,比较适合于计算粒子光滑长度变化很小的情况.水下爆炸中药包爆炸形成气泡并膨胀和收缩的过程中炸药粒子的光滑长度会发生非常大的变化,要将基于辅助背景网格的SPH方法用于大规模三维水下爆炸计算必须要改进其网格系统,提高SPH方法中相邻粒子搜索方法的效率和健壮性.AMR形式的分级网格系统,以背景网格范围内最大的粒子光滑长度决定有效背景网格的级数,使网格大小与粒子光滑长度始终保持适当比例,能够在保证相邻粒子只存在于同一个和相邻背景网格的前提下较大地减小相邻粒子搜索范围,非常有助于搜索效率的提高.文中采用的AMR背景网格，保持细级网格的覆盖区域是粗级网格覆盖区域的子区域是为了保证计算中网格细分、合并的可逆性。粒子数据存储于覆盖粒子的最细一级网格上，网格数据以及网格下的点数据都以链表形式保存，有利于网格数目变化和粒子在网格间的迁移管理。
  • 摘要：在计算流体力学的移动网格数值方法上,研究了一种高阶移动网格动理学格式.首先利用无显式重映ALE-型动理学方法,得到流体力学方程组的离散格式,这种格式利用流体力学的积分方程,通过定义相对网格的运动速度,直接得到方程组的离散形式,为得到空间高阶的格式,采用移动网格上的WENO重构和自适应移动网格方法提高空间方向的精度,而在时间方向上,使用精确时间积分的BGK动理学格式,这样就得到整体高阶的流体力学数值方法.在结构和非结构网格上,利用该格式模拟了可压缩气体动力学问题,大量数值算例表明该格式是高精度、健壮的,且对等熵涡流问题给出了格式的收敛阶(3阶).为适应多介质流体的数值模拟,给出了多介质界面的算法,通过节点Riemann解法器求解节点的拉格朗日速度,并构造了界面的数值通量.数值试验表面该格式能够清晰的捕捉多介质界面,且在多介质界面附近有很高的分辨率.
  • 摘要：近年来,随着计算机技术的迅速发展,对模拟复杂流场结构的不可压缩或可压缩流动来说,Fluent是较理想的软件,其采用有限体积法建立离散方程,划分网格采用其他建模软件。Visit是一个开源可视化组件，它能将计算后的结果数据方便、快捷地转化成易理解的图表及影像，根据需要还可生成动画形式，将整个流体的流动过程清楚、直观地表现出来，易于研究者快速直接的捕捉问题的关键。为了便于更好的分析模拟结果，本文基于可视化组件Visit进行后处理模块的开发，并将其嵌入自己研制的软件中，输出主要参考平面的压力和温度等值分布图及相关平面的矢量图等。应用表明，使用Vislt进行流体力学可视化，效果好，处理速度快，还可根据需要对其进行二次开发并将其嵌入自己研制的模拟软件中。
  • 摘要：强脉冲射线束的研究兴起于上个世纪60年代,其研究内容为强X射线、强激光、强电子束、强离子束等的产生、传播及与物质的相互作用.当这些高能量密度粒子束辐照固体靶结构时,将在靶前表面内产生能量沉积,瞬间达到高温高压从而产生一系列物理、力学效应,如热激波、烧蚀物质的喷射、材料层裂等,对于结构还会产生振动、弹塑性变形、屈曲、塌陷和断裂等,这些由高能量密度粒子束辐照结构引起的材料响应和结构响应具有重要的研究价值.在脉冲束辐照材料动力学的数值模拟方面，经过多年研究，己经形成了一套基本成熟的理论分析方法和数值模拟方法，同时也积累了很多脉冲束辐照材料动力学的数值模拟程序，但这些程序功能相对单一且使用不方便，不具备通用性与易用性。为了更好地发挥这些程序的作用，便于程序的推广使用和功能改进，本文将其中一些程序在功能上进行了扩展，在结构上进行了优化，按照数值计算软件的要求对程序进行了改进，增加了前后处理图形化用户界面(GUI)，初步具备了软件化功能，形成了脉冲束辐照材料动力学数值模拟软件。
  • 摘要：本文主要发展了一种新的数值求解球面上准地转方程的Fourier有限体积元方法.在球坐标下,经度方向用Fourier基近似,而纬度方向用有限体积元离散.在提出的数值方法中,为了得到精确近似,需要仔细选取试探和检验函数.另外,通过改变极点附近的分辨率来克服球坐标引起的极点奇性.最后,用一些数值试验说明了新方法的精度,并且考察了球面准地转方程的一些性质.
  • 摘要：非定常对流扩散方程是一类基本的运动方程.对于非定常对流扩散方程的求解有多种方法,如有限差分法、有限元法、有限体积法等.当流体方程中的对流项占优时,源于对流扩散方程中的非对称的对流项所引起的迎风效应将会使对流扩散方程的数值求解变的困难.本文基于文献提出了一种求解二维非定常对流扩散方程的高精度指数型差分方法,此方法在空间层和时间层分别利用四阶紧致指数型差分公式和(2,2) Pade逼近进行离散,并证明了所构造差分格式的无条件稳定性,通过数值算例验证了差分格式的有效性和合理性.
  • 摘要：根据中国火力发电的现状，由于煤炭资源紧张，煤炭价格上扬，导致目前越来越多的电厂在实际运行中很难一直燃用设计煤种，混煤掺烧己经成了多数电厂的选择。与此相对的是目前还没有成熟的性能评估和后果分析的方法。基于广西某电站的具体问题，来煤为混煤并且掺杂着一定数量的无烟煤，法国电力公司中国研发中心开展了一项基于CFD的燃烧性能优化的研究。通过对不同来煤情况的数值模拟的结果来分析混煤的成分对电站热效率的影响。并且验证了许多潜在的解决方案，找出了在对锅炉改动很小的条件下高效率地改进煤粉未燃尽率的措施。通过CFD计算同时否决了一些效果不明显，甚至会带来负面影响的方案。在工程应用上，从另一个方面给电站提供一个技术分析和支持。
  • 摘要：采用数值方法对跨声速风扇级中径处的非定常流场进行模拟,针对尾迹干扰下的静叶附面层流动进行研究.建立尾迹与附面层干扰模型,结合叶片壁面摩擦力、近壁面附面层湍动能和壁面静压脉动,详细分析了尾迹和势流干扰下尾迹对扩压叶片附面层产生的影响.研究结果表明:在非定常条件下,尾迹能够诱导静叶层流附面层在尾迹干扰的局部范围内转捩发展为湍流状态,尾迹和受其诱导的势流碰撞静叶前缘产生的压力扰动波在压力面附面层内以音速传播,影响压力面整个弦长的静压和摩擦力,而吸力面扰动的传播仅局限在前缘区域部分弦长上,吸力面和压力面传播现象不同与逆压梯度和曲面凸、凹形状相关.
  • 摘要：本文对阴阳网格进行了简单介绍。对阴阳网格的质量守恒进行了分析。对阴阳网格上平流和浅水波进行计算。利用新开发的阴阳网格守恒强迫方案和CSLR半拉格朗日算法，进行了球面平流理想试验和浅水波方程积分，包括刚体平流、变形流和平衡流试验，结果显示了阴阳网格的良好计算性能和新的守恒强迫方案对阴阳网格边界通量约束的合理性。图1给出了阴阳网格刚体平流试验中无守恒强迫、总质量零盈余数学强迫、网格内质量均匀分布和线性分布假设边界通量一致性强迫方案的计算结果，可见几种守恒强迫方案都获得了较好的效果，但对于质量集中的简单试验而言，计算精度对强迫算法不敏感。
  • 摘要：一些浅水波问题可归结为求解非线性弱色散的Green-Naghdi模型.一个稳定的数值方法需要保持该模型的静水稳定解.因此提出了一个保持平衡的中心间断Galerkin有限元法来求解该模型.在这个方法中,本文首先将该模型改写为一个平衡律和一个椭圆型方程的耦合系统,这是为了分离方程中的时间和空间的混合导数,以便进行数值离散, 然后提出了一个保持平衡的中心间断Galerkin法来求解该平衡律,并使用传统的有限元法求解椭圆型方程.最后,一些数值算例被使用来检验该模型的能力和所提出的数值方法的精度和稳定性.
  • 摘要：目前空化两相流的计算方法主要分为两大类:SIMPLE类方法与预处理方法.本文采用基于预处理方法的空化数值计算模型,发展了类比于Roe格式的通量计算格式,可以有效地应用于定常和非定常空泡流问题的研究中去.通过对NACA0012水翼的典型试验的数值计算,表明本文建立的整套空化数值计算方法能够对空泡的初生、发展、溃灭、脱落等现象进行有效的数值预测.
  • 摘要：对工业应用计算,在精度、简单性、易维护、鲁棒性和效率诸因素综合考虑下,二阶中心格式是最好的折衷和选择.不过二阶中心格式当网格不够细密的时将导致振荡解甚至发散.本文利用作者提出的数值摄动算法,从对流扩散方程的二阶中心有限体积(FV)格式出发,对扩散通量和源项同时进行数值摄动重构,构建出二个新的有实用价值的摄动中心FV格式.新格式具有如下的特点.格式的结点、结构(或称基元)与原二阶中心FV格式一致,但新格式插值近似精度高(为四阶和六阶精度)、稳定范围大且四阶摄动格式为绝对稳定;源项的摄动重构步长多项式恒为1,特别是新摄动格式不包含二阶中心FV格式固有的结点到界面的距离参数,因此,重构扩散通量—源项之摄动格式,它的综合性能显著优于常用的二阶中心FV格式.此外,摄动格式的精度本质上是离散方程的精度,与导数离散的精度不同,摄动格式因此也提高了函数源项的计算精度,减轻了函数源项引起的假扩散现象,该现象使许多熟知的高精度格式的实际计算精度大为降低.解析分析和模型方程的数值实验证实了新摄动格式的优良性能,新格式同样用于不可压Navier-Stokes方程组计算.
  • 摘要：拉氏方法(Lagrangian)和ALE(arbitrary Lagrangian and Eulerian)方法具有自动处理界面运动、获得高清晰界面的优点,其在可压缩多介质领域如天体物理、惯性约束聚变(ICF)的数值模拟中被广泛使用.本文的主要工作是提出了一种思想将没有acoustic形式的Riemann解成功推广应用于Maire等人的方法中并保证算法稳定。本文以MFCAV(Multi-FluidChannel on Averaged Volume)为例来说明该思想。该工作为将其它近似Riemann解推广应用于Maire等人的方法中开辟了一条道路。由于MFCAV近似Riemann对激波和切向间断能够获得比较高的分辨率，但缺点会产生数值振荡，因此将其与W WAM和HLLC等结合研究设计了一种自适应近似Riemann解ADRS，并采用如上的思想将其推广应用于Maire等人的方法。
  • 摘要：随着人们对海洋资源的深入开发利用和军事方面的需求,潜水器在军事方面和科研领域的应用日益引起广泛重视.在潜水器综合性能中,水动力性能是其重要的组成部分,是潜水器安全航行和充分发挥其战术水平的重要保证,也是潜水器总体性能设计的重点.本文根据本潜水器初步设计的模型,采用商用流体力学软件FLUENT模拟循环水槽试验求解潜水器的水动力系数.此后,进行模型循环水槽试验,对试验数据处理并结果解算分析,并以该结果作为衡准值完成了对上述计算方法的评价.FLUENT软件求解潜水器水动力系数的核心是基于时均化的Navier-Stokes方程,利用有限体积法对计算域离散并建立离散方程组,以及基于SIMPLE算法的流场数值计算.在求解空间非定常粘性运动的时候采用湍流模型,近壁面时应用壁面函数法.
  • 摘要：本文基于亚格子预估校正的变分多尺度算法对定常自然对流问题进行了理论分析和数值模拟.通过选取适当稳定化参数,理论证明了该算法的预估步和一步校正的稳定性和误差估计能达到最优收敛阶,通过解析解数值例子验证了理论收敛结论,通过浮升力方腔驱动流数值算例验证了算法的稳定性和有效性.
  • 摘要：本文针对计算二相流中有表面活性剂的移动接触线的问题，从控制方程、数值方法、数值例子方面阐述了水平集方法。数值模拟显示了其有效性。
  • 摘要：基于动量交换的IB-LB方法克服了传统的求解N-S方程方法耦合浸没边界方法的缺陷.该方法模拟弹性体的流固耦合问题无需引入额外的人工参数,且算法简单易实现,但其在流固界面处的精度及分辨率不高.鉴于此,本文采用迭代校正的思想对该方法改进,使其在边界上更为准确的满足无滑移边界条件.显然,改进后的方法仍保持了原方法的优点.数值试验结果表明,迭代校正的基于动量交换的IB-LB方法能够更准确地模拟流固耦合问题.
  • 摘要：本文提出了一类新的基于相场理论的不可压格子Boltzmann模型.与已有的扩散界面模型相比,新模型可以模拟低粘性,有较大密度差流体的流动.新提出的模型利用了两类分布函数:一类分布函数跟踪流体间的相界面.另一分布函数计算流场的速度与压力.通过Chapman-Enskog理论分析,跟踪界面的分布函数可以准确地恢复到Chan-Hilliard方程,并且碰撞过程可以在当前点执行.模拟速度和压力场的分布函数可精确地恢复到不可压的Navier-Stokes方程,克服了已有扩散界面模型的可压缩效应.本文通过Zalesak圆盘的自转的模拟,Laplace准则的测试,液滴的合并,层状的Poiseuille流的模拟,亚稳相的分离等一系列数值实验验证模型的捕捉界面的能力以及正确性.最后,利用新提出的模型应用于高Re下的Rayleigh-Taylor不稳定性的研究.图(1)给出了Re=2048和Re=10240的界面演化的不同时刻,发现在高雷诺数条件下,界面更易发生不稳定,在演化的后期(t3 2)出现了不对称和偏转的现象.
  • 摘要：由于溃坝洪水的巨大危害性,溃坝问题的数值模拟长期以来受到国内外学者的广泛关注.溃坝问题的数值模拟主要存在以下两方面的困难:一方面是物理的,因为库区的地形以及河流的流域是非常复杂的;另一方面是数值的,因为要捕捉大的间断,需要稳定的高分辨率数值格式.本文使用RKDG方法来模拟溃坝问题.图l(a)、(b)、(c)是分别使用二阶精度、三阶精度、四阶精度的RKDG格式所得到的一维溃坝5.0s后水面线的数值解与解析解的比较.结果表明,随着格式精度的提高,数值解并没有越来越逼近解析解.图2(a)、(b)分别是二维溃坝问题在3.0s和5.0s所得到水面线结果,可以看出当水面线率先达到堤岸的一侧时,发生了流动壅塞的现象.
  • 摘要：本文从连接微观分子动力学与宏观流体力学的介观Boltzmann速度分布函数理论出发,基于文章作者过去开展高稀薄自由分子流区、过渡区到连续流区一维、二维、三维简单外形体较低马赫数跨尺度气体流动问题统一算法研究框架,针对往返大气层飞行器高超声速绕流特点,分析推导刻画气体分子稀疏、稠密程度的当地碰撞频率和考虑气体分子粘性输运、热力学效应及分子相互作用规则的当地平衡态分布函数表达式,确立适于描述复杂飞行器跨流域高超声速流动输运现象统一的Boltzmann模型方程.运用所提出的气体运动论离散速度坐标法,研制适于跨流域高超声速绕流问题模拟的离散速度坐标点自适应选取技术与基于离散速度分布函数适应大规模并行分布式求和的宏观流动参数数值积分方法,发展适于高低不同马赫数离散速度分布函数与真实分布函数间计算精度实时控制计算方法与最优化计算程序.
  • 摘要：稀薄流模拟中,提高精度的重要途径包括保持单元内适当的粒子数目及减小粒子碰撞距离(MCS)等.文献推荐的单元内粒子数目在20-30左右,在单元尺度小于局部分子自由程前提下随着粒子数目增加可得到与粒子数目无关的收敛解,但太多的粒子数目要求对大型复杂外形计算是个较为沉重的"负担".减小MCS的途径包括采用各类子单元技术.本文鉴于非结构网格能较好地描述复杂外形表面,对非结构网格DSMC计算进行了关注,目前在非结构网格DSMC模拟中,固定子单元技术仍不失为一种简单有效的计算手段.针对非结构网格DSMC计算,建立了一种4个子单元的格式,并与8子单元格式及各类子单元格式进行了初步的计算对比,得到了有用的结论.
  • 摘要：在近连续过渡区高超声速流动中,流场参数变化很大,导致流场部分区域处于连续流状态,部分区域处在过渡流状态,如钝体飞行器高超声速再入绕流,在飞行器前部流场中,来流被激波压缩和加热,流动可以认为是连续流,而在尾迹流中,气流膨胀为稀薄流.整个流场中包含了不同的流态,需要发展相应的计算方法. 为了研究不同气体动理论速度分布对N-S/DSMC祸合算法影响，本文在数值求解N-S方程CFD算法和稀薄流DSMC方法研究基础上，采用MPC ( Modular Particle-Continuum )耦合技术，研制了N-S/DSMC耦合算法，在耦合边界上分别采用Maxwell平衡态速度分布与Chapman-Enskog非平衡态速度分布，对一维激波结构和球头绕流流场进行了数值仿真，并与DSMC方法的结果进行了比较，分析了不同类型速度分布对计算精度与效率的影响。预期能为近连续过渡流区高超声速流动数值模拟研究提供一种工程适用的预测分析手段。
  • 摘要：不可压流体在多孔介质内的流动在流体力学的理论研究和实际应用中具有重要的意义,已有的格子Boltzmann(LB)模型通过Chapman-Enskog (C-E)展开恢复的宏观方程是具有可压缩效应的渗流控制方程.对于真正的不可压问题,这种"可压缩"误差会影响LB的数值精度.鉴于此,本文构造了一类新的不可压LB模型,通过C-E展开,该模型可以恢复到真正的宏观不可压渗流控制方程.在构造模型的过程中,通过引入一个"压力"分布函数来代替密度分布函数,可以消除压差大导致密度变化大的问题.在求解宏观量时,速度不再与密度相关,从而使计算变得简单.
  • 摘要：使用GPU模拟大量粒子的运动具有良好的并行加速效果,本文探究GPU并行模拟波形板干燥器内水滴的加速效果.图1为典型波形板干燥器的截面图,工作原理为:气体夹带液滴进入板间,液滴的惯性使其撞到板壁,从气相中分离.使用CFD方法可了解板间气相流场、液滴行为,有助于分析波形板干燥器的分离效率.对板间两相流动模拟采用如下近似:仅考虑二维流动;仅考虑气相对液滴的曳力作用(one-way couple);液滴为球形,采用Schiller-Naumann曳力模型,液滴撞壁即被分离.基于拉格朗日法模拟液滴运动:分析单个液滴的受力,根据牛顿第二定律得到液滴运动方程.
  • 摘要：CIP方法(Cubic Interpolated Propagation)是25年前由Yabe等人发展的,现已是求解一般双曲方程的几个常用数值方法之一.本文使用下列C1分段三次插值样条来替代CIP方法中的三次插值。研究得出：在使用C1加权三次插值样条进行插值时，发现其不会带来新的极值点，而三次自然样条则会带来新的极值点。这就说明加权三次插值样条能适应急剧变化的数据。
  • 摘要：射流控制作为提高飞机升力,缩短起飞着陆距离重要技术,对民机高升力系统性能的研究起了重要的作用.很多学者通过研究合成射流的激振频率,激振强度,激振位置等因素,来探讨最佳的激振因素,使气动性能达到最佳.本文采用基于SA模型的DES方法,将合成射流技术应用于带简单襟翼的翼型上,在襟翼的不同位置处布置射流激振器,讨论组合控制对气动性能的影响.研究表明,在襟翼肩部区的控制效果最为有效,组合控制可以有效的改进单点控制的结果.
  • 摘要：本文主要介绍了自适应有限差分WENO方法中标记步骤的两个标记策略既基于理查德森外推法的标记策略和基于WENO权重的标记策略,并在一维方程组的算例中对比了两种标记策略下的自适应WENO方法在间断附近的分辨率以及运行时间.根据一维方程组数值实验,两种标记策略下的自适应有限差分方法在激波和稀疏波附近有着相近的分辨率,而以WENO权重为标记策略的方法的运行时间却大大低于以理查德森外推法为标记策略的方法的运行时间.因而在激波和稀疏波附近本文更推荐使用WENO权重为标记策略.二维和三维的结果将是未来的工作.
  • 摘要：在实际的CFD计算中,高分辨率格式的限制器的作用是抑制数值振荡,其机理是格式的数值粘性起了粘性抹光的作用,如果适当调节限制器参数,使之超越限制器的无振荡条件,可以产生可控数值振荡,从而起了人工脉动的扰动作用,这种情况相当于人为的引入了湍流机制.本文通过实际算例的计算,研究其对气动力和流场的影响情况,为设计解决湍流问题新思路提供算例依据.算例选用二维翼型,如NACA0012和S809.
  • 摘要：Savage-Hutter( SH)方程是描述Coulomb颗粒材料在地表面上流动的薄层近似方程，是滑坡、泥石流等地质灾害研究中的一个重要的力学模型。本文对SH方程的一维和二维形式，利用Godunov有限体积法进行积分离散，用一阶常值重构或者二阶MUSCL重构网格界面两侧的守恒变量，并采用Lax-Friedrichs数值通量逼近Riemann问题的通量，或者采用无需解Riemann问题的中心型格式(NOC)。作为初步研究，源项采用显式处理;在干湿边界处理上，为克服虚假速度问题，初始时刻在没有颗粒的地方也敷设一层很薄的颗粒，计算过程中限制颗粒流深度不小于此值。边界条件采用基于Riemann变量的特征边界条件。
  • 摘要：移动粒子半隐式法(Moving Particle semi-implicit,MPS)和光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法是近年来广泛应用于自由表面流动的粒子方法.为避免传统MPS方法在离散非牛顿流动动量方程中剪切应力张量T的散度时连续两次加权平均带来的积累误差，本文参考SPH方法常用的散度算子离散方案改进了MPS方法的散度算子离散方案，将MPS方法拓展至非牛顿自由表面流动。本文采用改进MPS方法模拟了在不同物性和入流速度下，Cross流体充填正方形容器的几种典型流型。左列为SPH方法模拟结果，右列为本文模拟结果。比较发现，本文结果与SPH结果吻合良好，说明了本文算法的正确性。
  • 摘要：炸药两点起爆情况下柱形爆轰驱动飞层问题同时涉及炸药爆轰驱动、多飞层相互作用、金属熔化、断裂等内容,是典型的高维多介质弹塑性大变形问题.张崇玉等人在文献中通过对铅材料的实验研究，认为铅材料的低强度、低熔点是造成铅飞层对碰区出现射流状超前凸起现象的主要因素。本文从强度、熔点、密度、声速四个方面考察对凸起现象的影响。在极少部分飞层熔化的问题模型计算中，得到如下初步结论:(1)金属熔化效应对对碰区凸起现象影响不明显;(2)金属材料强度对飞层内界面凸起有相当影响，高屈服和较高的抗拉强度能使对碰区凸起形状钝化;(3)金属材料声速大小直接影响对碰区正压作用时间及能量积累，其影响远大于材料密度、强度的影响。本文数值模拟研究结论还需更多实际材料的实验验证。
  • 摘要：目前工程应用最广泛的计算凝聚炸药爆轰问题的数值方法是拉格朗日方法.随着爆轰物理精密化要求,高精度欧拉方法成为数值模拟爆轰的热点研究内容.从国外典型成果看,数值方法主要特征有:二阶Godunov型离散格式;应用简单化学反应模型和状态方程;反应率源项分裂格式等.凝聚炸药爆轰的控制方程是带复杂状态方程和强刚性源项的双曲型守恒系统.为了准确获得爆轰波间断的传播速度,采用低数值耗散的高分辨格式是必要的.同时,由于爆轰化学反应物质的状态方程很复杂并且需要进行温度迭代,因此,采用基于Riemann求解器的高分辨格式是困难的.本文将松弛方法应用于凝聚炸药爆轰问题的数值模拟。数值考察了凝聚炸药PBX9404平面一维定常爆轰波结构，与精确解符合得很好，表明本文发展的数值方法能够很好地模拟凝聚炸药的爆轰问题。数值考察了PBX9404炸药柱面一维散心爆轰的起爆和传播、平面一维爆轰波的稳定性等典型问题。
  • 摘要：在应用研究领域中,许多复杂物理问题通常由多个不同种类的物理过程耦合构成,其数值模拟需要将相应的多个应用程序耦合在一起共同完成.然而,多物理耦合集成程序的研制难度大、周期长,耦合模式的扩展性差,程序并行化研究滞后,这些因素大大制约了集成程序在实际应用问题的数值模拟研究.为了改进ICF数值模拟研究中传统的程序研究模式,北京应用物理与计算数学研究所自2004年开始研制JASMIN框架(J Adaptive Structured Mesh applications INfirastructure),其全称为并行自适应结构网格应用支撑软件框架.本文基于JASMIN框架的"联邦计算",联接两个不同应用背景的串行程序(辐射流体程序RH2D与粒子输运程序Sn2D),形成耦合集成程序RHSn2D.遵循JASMIN框架“联邦计算”的集成程序RHSn2D，具有良好的扩展性，可以采用数千个处理器进行辐射流体与粒子输运耦合问题的并行数值模拟，而且同步实现集成程序的祸合研制与并行计算。实际应用算例表明，集成程序总体模拟具有较高的并行效率。
  • 摘要：本文推广并发展了WEND格式和RKDG格式在爆轰中的应用，构造了守恒型高精度保正计算格式，并对其收敛性、稳定性进行了相关的证明，同时采用Inverse Lax-Wendroff (ILW)方法处理复杂边界，使其对强间断和复杂边界的计算达到较高的精度。将GFM( Ghost Fluid Method)和RGFM ( RealGhost Fluid Method )界面处理方法相结合，从根本上避免了GFM方法处理物质界面强间断时引入的虚假物理解，同时，克服了RGFM方法处理弱间断时，重复求解Riemann问题引起的计算资源浪费。提出了流体弹塑性问题的界面处理方法，针对固体或固体和空气的物质界面两侧的间断条件对界面两侧密度、速度、压力以及偏应力等物理量进行修正。集成以上提出的计算方法，研发出基于MPI高精度动态并行网格自适应计算程序，实现了可燃气体爆燃转爆轰、凝聚相炸药冲击起爆与爆轰、空中爆炸、水中爆炸等典型爆炸与冲击问题的数值模拟。
  • 摘要：本文分析了目前可压缩格子Boltzmann模型的基本问题，包括:限制比热比问题、可压缩Euler方程和可压缩Navier-Stokes方程的选择、Ghost方法和戈登诺夫关系式、三维各项异性误差、2阶假设的问题以及新的特征数的引入.作为一种可选择的思路，提出了Ghost方法，其用于可压缩Eider方程的高阶格子Boltzmann模型。该方法使用了平衡态分布函数的高阶矩的高阶形式，选择一个成熟的三能级三速格子Boltzmann模型，在此基础上，提出Ghost分布的概念，得到了Ghost分布函数。为了以消除非物理粘性部分，使用了常规的差分方法处理平衡态的高阶矩的计算。在数值的例子中，同前期的一阶格子Boltzmann模型的数值结果进行了比较。
  • 摘要：在流体力学的拉格朗日计算中计算网格随流体运动,从而能够清晰地追踪物质界面,并适应移动界面问题,在内爆流体力学得到了广泛应用.本文将网格内人为粘性的作用力分解为每个子网格边界处的作用力，每条子网格边界处的人为粘性与当地的速度差相关，同时采用了分辨激波压缩与等嫡压缩的限制器限制每个子网格边界处的作用力，给出了一种基于子网格的人为粘性构造方法。本文对子网格边界处速度差的取法进行了研究，给出了几种人为粘性。当子网格边界处速度差的取法不同时，可以分别构造出边人为粘性及中心黎曼解人为粘性。在相容拉格朗日方法中使用新构造的人为粘性对典型问题进行了测试，取得了较好的效果。将新人为粘性应用于激光聚变研究的二维总体程序，在黑腔靶丸耦合计算中取得了满意的结果，革巴丸压缩形状等与实验符合更好。
  • 摘要：2001年,Toro等人引入了具有任意精度的ADER (Arbitrarily high-order accurate)格式.ADER格式是高精度Godunov有限体积格式.与其他高精度格式,如WENO格式相比,ADER格式在时间和空间两个方向上都具有同等的高精度.本文借鉴了欧拉框架下ADER格式的思想,构造拉格朗日框架下的ADER格式(LADER).该格式具有高精度、守恒和基本不振荡的性质,且在时空两个方向上都具有同样高的精度.从表1和表2可看出,对光滑流场,LADER格式达到了理论收敛结果,而且,LADER-TS和LADER-E的结果非常接近.LADER-TS和LADER-E分别表示双激波近似Rimeann解和精确Riemann解的LADER格式的计算结果.
  • 摘要：本文针对多介质大变形流动问题，采用MMALE方法开展数值模拟研究。首先采用单速度多介质流体力学守恒方程组对多介质大变形流动进行建模。然后，在混合网格内，采用MOF( Moment-of-Fluid )方法进行界面重构，采用各介质压力增量相等的封闭性假设来完备守恒方程组，求解每种介质的体积变化率。流体力学算法采用经典的IGT梯度积分格式。MOF方法中形心的追踪采用等参变换。
  • 摘要：假设非线性波全是激波,得到了非守恒两相流5方程Saurel-Abgrall模型的黎曼解,称为四激波黎曼解法器.基于该四激波黎曼解法器,构造了非守恒两相流5方程Saurel-Abgrall模型初边值问题的数值解的路径守恒格式,所构造的格式是路径守恒方法的非守恒形式.进而,基于四激波黎曼解法器,通过空间上利用MUSCL重构,时间上利用Runge-Kutta技巧,给出了一维空间中的高阶Godunov型路径守恒格式;然后,通过维数分裂推广到二维空间情形.数值算例显示了该方法的精度和健壮性.
  • 摘要：CHAP3D(Compatible Hydrodynamics Analysis Program)程序是北京应用物理与计算数学研究所自主研发的通用弹塑性流体力学分析程序,它基于相容拉氏动力学数值方法,适合于非线性结构的高速碰撞、爆炸以及各种工程问题的数值模拟.移动界面或移动物体之间的接触是整个拉氏计算中最关键的部分之一,因此接触问题的并行计算受到广泛关注。本文在CHAP3D程序中对接触问题设计了双重区域剖分的并行方法，并详细描述了其步骤。基于分配完整接触面的区域分解方法是将完整的接触面分配到一个进程上，在此方法中需要建立接触区域与主体计算区域的消息传递和通讯，不需要进行进程间的接触面单元的搭接，串行接触算法不需要修改就能直接应用。基于主面分解的区域分解方法是将所有滑移面的主面作为一个整体进行区域分解，分配到相应处理器上，从面根据接触关系，在所需进程上迁移。
  • 摘要：为解决不具有"保正"性质的扩散格式在求解热传导问题时出现的"能量出负的问题",提出了一种守恒的扩散格式非负性修正算法。本文阐述了该算法在继承传统"遇负置零方法"简单易用这一优点的基础上,提高了数值计算的"守恒性"和"精度",使热传导方程的求解在保物理特性方面得到改进.分析了算法采用的技术途径。本文提出为了得到非负的迭代初始值，可以采用“五点格”式进行第一个非线性迭代步的计算。
  • 摘要：本文针对三维饱和—非饱和渗流方程，详细推导了一种无条件稳定、具有二阶精度的三维交替方向隐式求解格式，并采用迭代方法处理方程的非线性，使得该方程可采用追赶法进行快速求解，从而大大提高了时间步长和计算效率。研究表明本文推导的三维交替方向隐式求解算法具有稳定性好、计算精度及效率高的优点，能够很好地解决饱和—非饱和渗流的求解难题，可以满足复杂水文地质条件下的渗流计算工程需求。
  • 摘要：目前CFD中应用广泛的数值方法都是基于网格离散流场,对于日益复杂的实际工程问题,高质量网格的生成已经成为数值研究面临的巨大挑战之一.对于超音速反应流，粘性的影响通常可以忽略，因而采用二维轴对称多组分Eider方程。本文所发展的算法是基于多项式基函数最小二乘无网格方法，流动基本变量采用线性函数作为基函数，通过中心点及卫星点构造矛盾方程组，采用最小二乘方法求解空间导数;中心点与卫星点间中点的数值通量采用多组分AUFS格式计算;化学反应源项采用有限速率反应模型处理，本文H2/O2反应采用7组分8步反应机理，采用Evans, Schexnayder给出的系数计算反应速率常数。远场边界采用无反射条件，固壁采用无穿透条件。为了验证本文算法在超音速化学反应流场中应用的有效性、准确性，选取了2个弹道靶实验进行了数值模拟，自由来流为等化学反应当量比的H2/O2和H2/Air预混气体，其温度T,压力P,速度u，分别为291 K. 24797Pa、2705 m/s(算例1)和250K. 42662Pa、2605 m/s。
  • 摘要：近似特别解法(Method of approximate particular solution,简称MAPS)是一种基于径向基函数(Radial basis functions,简称RBFs)无网格方法. 本文考虑采用MQ和Matern两种类型的RBFs，将上述局部化MAPS方法推广到求解涡一流函数形式下和原始变量形式下的Navier-Stokes方程组。Matern-RBFs无需考虑形参取值且对支撑域内点的分布要求相对宽松。最后通过数值算例验证了方法的有效性。图1给出了雷诺数为Re=1000时方腔驱动流稳态时的流线，图中可以看出在方腔中心附近形成较大的主漩涡，同时在左右下角有次生的小涡出现。当计算区域长宽比例改为2:1时则会在腔内产生两个大的漩涡，如图2。图3(a)和3(b)给出了圆柱绕流问题在不同雷诺数Re下的流线分布，由图中可以看出随着雷诺数的增大，对称涡渐渐不再对称。当雷诺数大到一定程度后，绕流体后面会发生涡脱落现象，并形成Karmman涡街。
  • 摘要：本文针对带有间断系数的泊松方程,提出了一种修正的有限体积法进行求解,该方法二阶逐点收敛,在界面处达二阶精度.文中针对一维、二维泊松方程进行数值试验,结果表明,文中的方法可以较好地解决椭圆型方程的界面问题;特别是系数跳跃较大的情况下,该方法较已有的算术平均法和调和平均法更具优势.
  • 摘要：本文通过MIB方法在界面上适当的利用辅助线、虚拟点和跳跃条件求解带有奇异源的不连续系数的椭圆型方程.该方法对微分方程的离散和跳跃条件的离散是分离的,反复处理低阶跳跃条件可以达到任意高阶的MIB格式.用差分格式离散界面处的微分方程时,由于界面两侧的材料有所不同,这样会导致差分方程近似微分方程原有精度的降低.为了避免精度阶的降低,本文通过在界面不规则点处采用多项式插值的方法来提高精度,这样会使得差分格式在整个域上的精度不会有太大的变化,从而提出了新的处理界面问题的方法(MIB方法).通过二阶MIB格式分别和IIM格式对拉普拉斯、泊松方程求解的结果对比可以得出,该方法的误差更小,更具有广泛性.还可以说明高阶的MIB方法会使椭圆型方程解的误差更小,精度更高.
  • 摘要：加权基本无振荡(WENO)格式在计算流体力学中得到了较为广泛的应用,同时WENO格式也在不断的得到改进和完善.通过研究分析,这些工作多数主要是针对WENO在极值点(即一阶导数为O)的不足之处来进行改进的,如Henrick等2005年构造的WENO-M格式,Borges等2008年发展的WENO-Z格式等.进一步分析,本文发现,这些格式在靠近间断的点(本文称为过渡点,意为连接一个光滑区和间断点的点)只有三阶精度,而这个精度并不是最优的.本文提出利用逐阶加权方法结合Henrick等人的映射(mapping)函数来构造WENO格式,如对五阶加权WENO格式,先对两两相邻的3节点模板加权得到2个4阶的中间通量,再对这两个中间通量进行加权,得到最后的五阶加权通量.
  • 摘要：Reich (2007)提出一种向前轨迹的半拉格朗日平流方案(简称ECSL方案,Explicit and Conservative remapping strategy for Semi-Lagrangian advection),方案中为了保证物理量的守恒性,在拉格朗日轨迹出发点的插值计算时考虑网格点面积权重的影响,采用了带有网格点面积权重的线性和三次B样条插值相结合的方法进行求解,研究表明ECSL方案在理论上能够保证物理量的守恒性,并且可以达到较好的计算精度.在此基础上,Reich将该方案中的插值算法进行改进,结合向后轨迹的计算方法,提出一种新的向后轨迹的半拉格朗日平流方案.
  • 摘要：DSMC方法自出现以来已成功应用于航天、微机电、材料加工等领域.研究表明,DSMC模拟中必须保证网格尺寸在当地分子自由程的三分之一量级才能有效保证模拟结果的正确性,即在DSMC模拟过程中碰撞对的选取在空间上必须满足一定的限制,为了降低模拟过程中对网格尺寸的限制,同时在不损失精度的前提下提高计算效率,研究人员先后引入了子网格的概念、动态子网格方法及虚拟子网格方法等,为提高DSMC方法的计算效率及其对较高密度稀薄流问题的模拟能力,本文针对其碰撞对抽样环节,发展了基于自适应碰撞距离的虚拟子网格方法,并通过平板、钝锥等典型算例验证了该方法的正确性.结果表明,虚拟子网格技术放宽了DSMC方法对网格尺度的要求,可以在较大的网格尺度下得到满足计算精度要求的结果.
  • 摘要：为了模拟含硼推进剂二次燃烧过程,为固冲发动机燃烧室设计提供理论基础,建立了一套有理论依据并且经过地面试验数据优化和验证的仿真方法.其中,通过燃气发生器热力学计算提供精确的燃气计算边界条件;采用广泛应用的湍流模型、气相燃烧模型、两相流模型;选用经典硼粒子点火燃烧数学模和经过试验得到的硼粒子熄火模型,编写用户自定义函数嵌入FLUENT软件,实现离散相与连续相迭代耦合计算;参考固体火箭发动机燃气中粒径经验公式形式拟合硼粒子粒径函数,通过地面试验数据与仿真结果进行对比分析,优化计算方法;通过地面试验数据与仿真结果进行对比,得出计算方法的误差范围在10％以内.
  • 摘要：谱方法是偏微分方程数值解和湍流直接模拟中一种常用的数值格式,它的最大特点就是精度高。近年来,随机偏微分方程和随机Navier-Stokes方程受到越来越多的关注.本文提出了一个求解带有时空白噪声外力不可压Navier-Stokes方程的有效数值算法.这个算法在空间采取谱方法,因此时空白噪声也是在谱方法下离散的,在时间方向使用半显半隐格式,对于一些简单区域的问题,可以进一步通过对角话方法构造高阶的Runge-Kutta方法.对高雷诺数问题还可以直接使用完全显式的Runge-Kutta方法.本文使用此算法研究了Poiseuille流的层流解失稳现象,所得结果与基于大偏差理论的极小作用方法的结果是相容的.
  • 摘要：在船舶的水动力系数计算过程中最常用的是数值模拟的方法,即fluent流体力学软件.在使用期间我发现定义不同的模型和选择不同的参数对结果的影响非常大.所以本文主要就湍流模型的选择和湍流参数的设定进行介绍.例如,使用不同湍流模型时,哪些变量需要设定,哪些不需要设定以及如何给定这些变量的具体数值等.关于FLUENT软件的湍流模型,本文主要就l Spalart-Allmaras模型;2 k-ε模型;3 k-ω模型做详细的介绍.Spalart-Allmaras模型是设计用于航空领域的,主要是墙壁束缚(wall-bounded)流动,而且已经显示出很好的效果.在透平机械中的应用也愈加广泛.
  • 摘要：搅拌反应器内操作过程的研究主要依靠经验手段,依照经验设计并改良后的搅拌器也并不一定能达到最优状态.计算流体力学方法可以为搅拌器的改良设计提供更为准确的改良依据,从而确定改良方法.Lattice Boltzmann方法是计算流体力学中一种有效的计算方法,将其与动量转换法相结合,可以计算固体与流体之间的相互作用情况.本文用该方法研究了圆柱形搅拌反应器内流体的搅动流动及搅动圆柱的受力.结果表明,当搅拌反应器内的流体达到相对稳定状态后,搅动圆柱受到的升力与阻力的变化周期是相同的.
  • 摘要：在计算风工程中上风向的湍流问题是一个始终无法回避的问题.在模拟过程中很少考虑其对流场的影响.以方形柱体为研究对象,本文模拟了单个涡街的形成过程基于非稳态雷诺应力方程并讨论了不同位置、不同强度及不同半径的涡街在经过流场时对柱体周围流场及柱体本身气动特性的影响.通过研究可以发现,入口湍流对流程的影响程度,而湍流强度是影响流场气动特性的主要因素之一;同时还可以发现当单个涡街遇到柱体后会产生分离,但是分离的情况由于涡街的位置和半径的不同而不同.
  • 摘要：光滑粒子流体动力学(SPH)方法作为一种无网格方法,由于摆脱了网格的约束,特别适合处理动边界及流体自由面捕捉等问题,如波面的翻卷和破碎等现象.然而,采用SPH方法模拟流体运动时,往往会出现压力的非物理振荡,计算精度和稳定性较差.为了克服SPH方法的局限性,各种改进方法相继提出,其中以Parshikov基于黎曼解提出的改进方法最为引人注目.该算法无需引入人工黏性项,能效缓解压力在界面的异常跳跃,但数值黏性较大,对水动力学问题的模拟失真较严重.为此,本文提出了基于不完全黎曼解的SPH方法,并利用该方法对溃坝问题进行了数值模拟.结果表明,在保证压力分布较理想的情况下减小了数值黏性,从而使水动力学模拟结果更加符合实际情况.
  • 摘要：利用高智提出的数值摄动算法并结合Liu等人构造的三阶WENO格式的物理特性提出一类新的数值摄动算法即物理摄动算法,由此物理摄动高精度重构获得具有四阶精度的高智WENO格式,将高智WENO格式应用于RT不稳定性问题,激波作用下RM不稳定性问题和双马赫反射问题等典型算例,数值结果证实了高智WENO格式具有理想的精度,表明该格式应用于数值求解高能密度物理等复杂流动问题的有效性.
  • 摘要：在受限管道中,液滴遇到障碍物在石油工业、化学工业、微流体等领域有着广泛的应用是经常遇到的问题.本文采用基于Shan-Chen多相模型的(多松弛)格子Boltzmann方法对液滴穿过障碍物时液滴变形、破碎及子液滴合并等过程的动力学行为进行较为系统的数值模拟，详细研究了正面/离心碰撞、流体粘性比和润湿性对液滴破碎的影响。计算结果表明对于对心碰撞，液滴破裂为两个对称的子液滴，当偏心率增大时，液滴生成两不等大小的子液滴，本文定量给出了子液滴大小跟偏心程度的关系;粘性对液滴破碎动态有着重要的影响，相比低粘性液滴，高粘性液滴穿过障碍物时形成又细又长且不聚拢的丝状;壁面润湿性对液滴破碎动态的影响主要包括(如图2):(a)生成二次液滴的位置不同，(b)通过障碍物的时间不同，(c)二次液液滴是否包围连续相。
  • 摘要：多孔介质内一种流体对另一种流体的互溶驱替过程在提高石油采收率、地下水资源污染、管道润滑、化学工业过程等现实工程应用中广泛存在.本文将首先采用格子Boltzmann模型，研究二维单孔隙内的互溶驱替问题;为了考察更为复杂多孔介质内互溶驱替现象的本质，还将分别对均匀排列以及随机排列的多孔介质内互溶驱替问题进行数值模拟和分析，揭示多孔介质内驱替过程中流体运动扩散的本质，并分析粘性比和佩克莱特数对驱替现象的影响。图1和图2分别给出了不同粘性比下，均匀排列和随机排列多孔介质内的驱替现象，可以发现粘性比越大指进现象越明显。
  • 摘要：对于很多复杂外形的复杂流动,其流动现象(如激波、面界层及多介质界面不稳定等)一般具有多尺度及各向异性的特征.为了精确模拟和捕捉这些流动特征,传统的网格生成技术很难胜任.本文主要包含了两个方面的工作。第一个方面是基于六面体背景网格的自适应网格生成。它与笛卡儿网格的只有一个“根”节点的基于“树”的数据存储结构不同，此方法采用许多“根”节点的基于“森林”的数据存储结构。它以非结构化四面形背景网格上的每个单元为“树”的根节点，这些“树”的集体就形成了“森林”，这样自适应生成相应的的网格就是一片以背景网格上各个单元为“根”节点的树的“森林”。除此外，本自适应网格方法具有占用内存少的优点。第二个方面工作是数值算法方面的工作，主要发展了在三维自适应网格下求解可压缩多介质流体的数值方法，特别是采用了与求解流场一致的HLLC格式去离散界面输运方程，界面附近不会出现数值振荡等的非物理现象。
  • 摘要：为使飞行器同时具备较高的升阻比和机动性,现设计的部分高超声速飞行器开始采用升力体加控制舵的外形布局.这种布局方案虽然能有效提高飞行器的升阻比和机动性,但是加大了控制系统设计的难度.同时,由于飞行器处于高超声速飞行状态,控制舵所处的流场环境较为复杂,舵机提供的铰链力矩能否满足要求,或者怎样才能设计出最为有效的舵机方案,也将成为较为关注的设计点.针对复杂飞行器，如何生成高质量的网格，一直是数值计算中的重点。结构网格由于技术成熟，网格拓扑结构简单，流场计算精度高，边界处理能力强等优点而大量应用，但其对几何外形复杂的计算区域网格生成困难。通过高精度嵌套网格技术，把复杂外形划分成不同的简单部件，然后针对各个部件进行网格划分，这将有效降低复杂外形结构网格生成的难度。网格划分的区域既能紧贴飞行器表面，也能远离飞行器表面。图1(a)给出了不同类型的网格(近壁面区域或者远离壁面区域)之间的结构关系。嵌套网格插值精度直接关系到不同部分网格之间的连通精度。为能更新交叉部分网格点上的值，把边界上的点分为两类:洞点和外点边界。当嵌套网格的一部分在物体内部时，洞点指的是与物面相交被截掉的网格。洞边界是指洞点表面的网格。
  • 摘要：针对HWCNS格式，作者开展了高阶非线性加权紧致格式耗散的自适应控制方法的初步探索。五阶精度HWCNS-E-S格式的插值过程在5点迎风偏置模板上实现，模板的偏置性致使格式具有较大的耗散。本文通过增加一个来自下游的插值模板，构造出了中心型HWCNS-E-6格式。为避免纯下游子模板的使用，使用全局模板的光滑因子表征该子模板的光滑程度。激波捕捉格式属于非线性格式，目前尚无方法获得其解析的频谱特性。这里借鉴Pirozzoli的ADR思想，发展了一种近似频谱特性分析方法，利用该方法得到了HWCNS系列格式的非线性频谱特性。HWCNS-E-6格式在光滑区域具有低色散、低耗散的优良特性，可用于跨声速问题的数值模拟，但在强间断附近会出现虚假振荡。在HWCNS-E-6格式的基础上，采用色散一耗散独立控制思想，实现了中心格式和迎风格式之间的自适应，发展了HWCNS-E-6A格式，该格式具有健壮的激波捕捉能力，能够有效地抑制强间断附近出现的虚假振荡。图1比较了几种格式的非线性频谱，HWCNS-E-6A格式的色散和耗散特性匹配程度更好，同时在较大的波数范围具有更低的色散、耗散误差。
  • 摘要：不可压缩流动的拟压缩算法由Chorin最早提出,在一些文献中亦称为人工压缩方法(Artificial Compressibility Method).本文在前期研究工作的基础上，将带预处理的拟压缩方法推广至三维N-S方程的求解，并推导出三维一般曲线坐标系下带预处理的拟压缩N-S方程特征系统，在此基础上建立了求解带预处理的三维拟压缩方程的迎风型Roe格式。
  • 摘要：本文将NND格式推广到定常超声速流动的空间推进计算中,采用预测、校正两步NND格式保证了推进方向的二阶精度.可以证明,这种二阶精度的NND格式是具有TVD性质的.本文首先将格式应用于二维无粘平板斜激波反射流场的推进计算,通过与时间相关法计算的结果比较,证明其有着良好的捕捉激波的能力,并具有良好的计算精度和计算效率.然后,在此基础上将格式应用于基于PNS方程的二维粘性平板斜激波反射流场的推进计算中,通过与时间相关法计算的结果比较可以看出,在粘性流场中单纯的应用推进计算,并不能捕捉到激波边界层干扰流动中的分离和再附现象.发展PNS算法目的是将来应用于高超声速飞行器气动设计的快速预测其气动力特性使用.
  • 摘要：在这次报告中,本文主要讨论针对双曲守恒律的基于间断有限元方法(Runge-Kutta discontinuous Galerkin method)与加权本质非振荡格式(Weighted essentially non-oscillatory scheme)的多区域耦合方法.本文给出了两种多区域耦合方式:一种是基于三阶精度间断有限元方法和五阶精度有限体积型的加权本质非振荡格式的多区域耦合;另一种是基于三阶精度的间断有限元方法和五阶精度有限差分型的加权本质非振荡格式的多区域耦合.多区域耦合算法的目的是为了在边界附近区域采用间断有限元方法来处理复杂边界条件,在内部流场区域采用加权本质非振荡格式来提高计算效率.理论分析和数值算例可以显示了多区域耦合算法具有高阶精度,很好稳定性和鲁棒性.本文将基于三阶精度的间断有限元方法和五阶精度有限差分型的加权本质非振荡格式的多区域耦合算法推广至求解一维和二维欧拉方程,通过数值算例可以看到耦合算法取得了较好的计算效果.
  • 摘要：龙格库塔间断有限元(Runge-Kutta discontinuous Galerkin,RKDG)算法是一种高精度的流场算法,它具有能够捕捉间断,处理网格悬点等优点.然而由于DG算法的计算量大,即使是结构良好,编写高效的串行程序也要花费很长的时间才能完成流场求解.CUDA是近年来非常流行和活跃的高性能并行计算平台.CUDA具有编程简单,加速效果明显等优势,从而在科学计算领域迅速普及开来.本文的CUDA解法器是二维非结构网格上基于RKDG算法的GPU实现.文章使用NACA0012作为测试算例,串行程序使用Intel C++编译器编译(开启O2开关),运行在Intel Xeon X5690(主频3.47GHz)主机上;CUDA程序使用GCC4.4.3和NVCC5.0编译器编译(开启O2开关),运行在单块Nvidia Tesla M2070 GPU上.算例的网格规模为9340个三角形单元,马赫数0.4,攻角5度,从0开始计算流场到15秒.程序结果表明串行程序的墙上时间为24823秒(6.9小时),CUDA程序的墙上时间为995秒(16分钟),程序的加速比达到25倍.随着问题规模的增大,该加速比将进一步提升.
  • 摘要：液滴(气泡)在流体介质中的输运过程是很多自然现象和工程应用中的关键基础问题.现有的理论分析和数值结果都基于准定态迁移过程假设。本文从流动区域的能量平恒条件出发，研究附加温度梯度的流场中液滴定态热毛细迁移的界面热流。采用渐进展开方法，发现在大Marangoni数下液滴的定态热毛细迁移存在非守恒的积分界面热流。非守恒积分界面热流很可能源于无效的定态迁移假设。表明大Marangoni数下，液滴热毛细迁移不能达到定态而保持非定态过程。这意味着大Marangoni数下液滴的非定态迁移源于热能从液滴外向内弱的传递，因而环绕液滴的热对流是热能在环绕液滴或向内传递过程中更重要的机制。
  • 摘要：在这次报告中,本文进一步发展了多区域耦合的间断有限元方法和加权非振荡格式(DG+WENO-FD),从而提出一种使用间断有限元方法处理边界的新型耦合WENO-FD格式.这种新型的耦合WENO-FD格式结合了传统的WENO-FD格式在结构网格上较高的计算效率同时更易处理复杂边界.对DG+WENO-FD多区域耦合格式边界处虚拟网格通过改用HWENO-FD格式与DG耦合,本文将仅在边界处一层网格中利用间断有限元方法求解,其他区域都利用加权本质非振荡格式求解.
  • 摘要：本文采用数值求解NS方法,探讨CFD模拟翼型俯仰简谐振荡跨声速绕流的格式效应和湍流模型的影响.分别用Roe格式、van Leer格式和AUSM+格式离散非定常Navier-Stocks方程,数值计算了NACA 0012翼型绕1/4弦点做俯仰简谐振荡运动跨声速粘性扰流,与实验数据比较,分析三种格式的计算精度和计算效率.对于Roe格式,分别采用Spalart-Allmaras(S-A)和Baldwin-Barth(B-L)湍流模型,验证这两种湍流模型的可行性.

客服邮箱：kefu@zhangqiaokeyan.com

京公网安备：11010802029741号 ICP备案号：京ICP备15016152号-6 六维联合信息科技 (北京) 有限公司©版权所有 出版物经营许可证

  • 客服微信

  • 服务号