高精度高分辨率WENO格式分析与改进

高精度、高分辨率计算格式对提高超声速复杂流场的计算水平有重要的意义。WENO格式是在ENO格式基础上发展起来的一类新型高精度、高分辨率格式,本文在格式加权算法理论和数值分析的基础,对加权算法进行了改进,通过模型问题应用可以看出:改进后格式权值的计算更为光滑,仍具有高精度、高分辨率的性质,并克服了随网格变化而出现的波动现象。     

Essentially Non-Oscillatory插值的分析与方法

在科学研究与工程计算中对插值的分析与方法理论已有很重要的应用,而对于ENO插值的方法与理论在大多教科书中却很少涉及,本文介绍ENO插值的应用及算法,为大学生们学习数值分析中的插值计算提供参考。     

超音速外流与塞式喷管形成的干扰流场数值模拟

从考虑了k ε湍流模型和双组分气体模型的三维薄层近似NS方程出发 ,采用高效ENO差分格式 ,数值模拟了超音速空气外流与塞式喷管燃气形成的内外流干扰流场。部分计算结果与国外文献相比一致。在此基础上论证了应用计算流体力学开展塞式喷管研究的可行性。     

一种基于低扩散通量分裂方法的WENO格式研究

将低扩散通量分裂格式(LDFSS)和加权基本无振荡格式(WENO)相结合,构造出一种混合格式,其中WENO格式用于物理量重构,而LDFSS用于通量分裂。采用这种格式对Riemann问题、钝头体高超声速无粘绕流流场进行了计算,并对超声速平板湍流边界层进行了混合LES/RANS模拟,计算结果表明:相对于采用Lax-Fridrichs分裂的WENO格式来说,这种混合格式对于激波和接触间断的分辨率更高,并且在标量保正性方面更优,收敛性更好;而相对于采用带有Minmod限制器的MUSCL方法进行物理量高阶重构的LDFSS格式来说,这种混合格式在混合模拟的计算中能够更好地反映湍流流场的脉动特性,计算得到的湍流速度脉动量的统计值更加准确。     

用高阶高精度 WENO 格式求解二维激波附面层干扰流场

采用时间相关法求解二维 Navier-Stokes方程 ,数值模拟二维平板层流附面层与激波干扰流场 ,给出了物面压力分布和应力分布。计算中 ,对流项空间导数的差分离散采用高阶高精度 WENO格式 ,时间方向采用具有 TVD性质的 Runge-Kutta方法 ,粘性项采用二阶中心差分。所得压力分布和应力分布与国外实验结果吻合较好 ,计算实践表明高阶 WENO格式具有优异的性能 ,应用前景广阔     

WCNS格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用研究

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。首次将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算。进行了自由流速度5.0~5.7km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到了正确的流场参数分布,壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。     

加权紧致非线性格式在热化学非平衡流数值模拟中的应用

高精度格式因其在较低的计算资源消耗下仍能保持足够的精度而在精细流动结构的模拟中具有独特优势。将显式5阶加权紧致非线性格式(WCNS-E-5)引入二维高温非平衡流计算,进行自由流速度5.0~5.7 km/s的高焓风洞和高空条件下的圆柱非平衡流场数值模拟,得到正确的流场参数分布、壁面压力和壁面热流等结果与实验值吻合较好。计算结果表明,WCNS-E-5格式较2阶的MUSCL格式具有更好的热流网格收敛特性。分析并针对算例条件初步解决了高阶格式在刚性化学反应流模拟中的鲁棒性问题,为进一步采用高阶格式开展流场结构更加复杂的热化学非平衡流数值研究奠定了良好基础。     

基于高阶交错网格有限差分法的海洋声场计算

为更好地认识和解释海洋声场的传播规律,基于数值计算的方法对声场的传播过程进行了模拟,给出了二维理想流体介质中的一阶声波方程,推导出相应的高阶交错网格有限差分格式,以及海水自由界面和完全匹配层吸收边界条件(PML)公式,并采用通量校正传输方法(FCT)压制数值色散。通过对海洋声场计算,验证了所采用的自由界面条件、吸收边界条件、FCT,以及声场模拟的正确性。     

人工粘性法数值解一维 BURGERS 方程

本文通过对Brailovskaya格式的截断误差分析,对该格式作了人工粘性项修正。进行了数值实验,与文献[2]中所研究的几种格式作了比较。说明在计算精度和收敛速度等方面都较原格式为好。本文通过数值实验,进一步研究了隐式分裂格式,找到了较佳计算参量。     

高超声速尖双锥流动高精度数值模拟

以25°/55°尖双锥外形的高超声速低焓层流流动模拟为例,对高阶加权紧致非线性格式模拟激波/边界层干扰流动的能力进行验证和确认。空间离散采用二阶MUSCL和三阶、五阶加权紧致非线性格式,时间离散采用二阶精度双时间步方法,通量函数采用混合Roe-Rusanov,AUSMPW+,Van Leer等,对比了不同精度空间离散格式对时间、网格收敛特性和通量函数耗散特性的影响。数值模拟结果表明采用高精度空间离散格式能在较疏的网格上获得收敛解,并能消除结果对通量函数的敏感性,但收敛需要推进更久的计算时间。数值模拟结果与实验测量结果吻合良好,满足工程精度要求。     

舰船空调系统改进性方案设计

本文针对航行在热带海区的某型舰船用空调系统存在的降温效果差、舱室风机盘管噪音大、操作管理不便等问题进行了研究,并提出了改进设计方案;经实船安装和调试,明显改善了空调舱室的舒适性,提高了设备工作的可靠性和自动化管理程度,收到了良好的效果。     

测向交叉定位中基于最小距离的二次聚类算法

针对现有测向交叉定位系统中聚类算法存在的计算量大、求解最优解困难等问题,提出了一种基于最小距离的二次聚类算法.即先通过最小距离法对每条测向线上的交点进行聚类分析,得到几个聚类程度较高的交点集合,再对这些交点集合通过取交集的方法进行二次聚类,得到少数的几个交点集合,最后再对这几个少数的交点集合进行选优,从而消除虚假交点集合,得到真实交点集合.通过交点回归计算,保证了真实交点集合具有很高的关联正确率.计算机仿真结果表明,该算法具有很高的关联正确率,且计算量较小,实时程度较高,并且适应于多传感器存在漏测的情形.     

采用重组模板的权重优化WENO-Z格式

针对精确模拟含激波等复杂流动结构的流场对高精度格式的低耗散低色散要求,基于5阶有限差分WENO-Z格式,提出一种模板重组技术。在计算WENO非线性权时,引入一个由3点模板重新组合的4点模板,优化原格式中各模板的权重分配,进而提出了两种改进WENO-Z格式。采用近似色散关系分析方法对改进前后格式色散与耗散特性进行了对比与分析。分析表明：两种改进格式耗散有不同程度的降低。数值实验表明:改进格式具有更优越的激波捕捉性能,对小尺度流场结构具有更高的分辨率。     

高速SpaceFibre总线节点的系统设计

为了实现SpaceFibre总线节点的高效数据传输,针对网络协议中关键问题和技术提出了一种基于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的SpaceFibre总线节点系统设计方案。其中,采用了轮询仲裁算法,解决了多路虚拟通道中流量控制字的申请冲突;设计了基于服务质量机制的高效处理状态机,实现了多路虚拟通道的服务质量调度;提出了一种并行的分区存储架构和重发控制算法,实现了基于错误检测隔离恢复机制的错误恢复;采用了不同的数据并行处理方案,实现了多种数据格式的循环冗余校验和伪随机序列的计算。通过ModelSim仿真平台对节点系统进行功能仿真,并在Virtex-6 FPGA上完成了系统验证。结果表明,该设计实现了SpaceFibre总线节点的功能,串行传输速度可达3.125 Gbit/s,能够满足高速数据传输需求。     

双材料界面裂纹的加料有限元方法

为解决求解双材料界面裂纹应力强度因子等断裂参量的困难,在常规单元位移模式中引入界面裂纹尖端位移场,构建加料界面裂纹单元和过渡单元的位移模式,推出了加料有限元方程。采用不同的加料单元和过渡单元配置方案,建立了方形板中心界面裂纹和矩形板单边斜界面裂纹的加料有限元模型,求解有限元方程直接得到应力强度因子,与解析解的结果对比,表明该方法具有较高的精度,可方便地推广应用于界面裂纹的计算分析中。     

基于TVD思想的高阶迎风紧致格式

紧致格式具有模板紧凑、精度高的特点,然而直接应用该格式捕捉激波会产生虚假振荡。解决该问题有多种思路,本文着重研究基于TVD思想的紧致方法。首先推导了两种5阶迎风紧致格式,并采用Fourier分析比较其耗散与色散特性。然后,采用保单调保精度方法和限制器两种不同的TVD方法,进行算例验证。计算结果表明,应用TVD方法后,格式对激波、接触间断分辨率好且鲁棒性增强,但不同的TVD方法仍存在精度降低、耗散不足等问题。     

考虑变质量因素研究内燃机轴系扭振

本文分析了内燃机曲柄连杆机构往复运动件的高谐次运动对轴系惯量变化和固有频率的影响,并对一多缸机轴系进行了扭振计算.指出,在研究变惯量系统时,只考虑往复运动件的简谐运动会带来较大误差.本文还对变惯量系统的共振现象进行了探讨.     

WENO格式权重分析与改进

为了优化WENO格式计算性能,在对Jiang和Shu的经典WENO格式(记为WENO-JS)加权方法分析的基础上,通过引入间接光滑指数,构造出一种新的WENO格式——WENO-E格式,取得减小间断区耗散的效果。理论分析表明,该格式与WENO-JS格式计算效率基本相同,可达到相同阶的计算精度;但在相同网格下,较之WENO-JS格式,该格式对光滑区域的求解有更小的截断误差,对间断的捕捉有更高的分辨率。与WENO-JS格式相比,采用WENO-E格式进行线性迁移方程、非线性Burgers方程、欧拉方程等相关问题的数值实验,均能取得更好的数值结果。