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     

固体火箭发动机二次喷射控制矢量喷管流场仿真

采用基于Favre平均的三维N-S方程和k-ε湍流模型对固体火箭发动机二次喷射推力矢量喷管复杂干扰内流场进行数值模拟。空间上采用三阶精度差分格式进行求解,时间上采用隐式Jacobi点迭代方法进行迭代推进,直至流场收敛。数值模拟得到矢量喷管二次射流的激波系结构,以及复杂的主/次流干扰流动图像。二次喷射流场包含复杂的涡系结构和波系结构,还存在着边界层与激波的相互干扰、自由剪切层、激波、膨胀波和大尺寸分离。数值模拟还表明,高温燃气射流导致喷射孔附近喷管壁面处的温度相当高,需采取相应的热防护措施。     

N.S.方程差分格式研究(一)

本文是数值解可压流N.S.方程差分格式研究的第一部分.用显式MacCormack格式和隐式Briley-McDonald格式解拟一维粘性喷管流场,进行了数值实验;分析时间相关法解守恒型N.S.方程时数值边界条件近似处理方法及其对解的影响,并对守恒方程的特点等问题作了探讨,也对显、隐格式的计算作了对比.所得的结论对于用显式或隐式差分格式解实际流动问题时,会有一定的指导作用.     

高超声速乘波飞行器三维流场的并行数值模拟

针对高超声速乘波飞行器三维绕流流场,在基于LINUX+MPI系统的分布式并行计算平台上,并行求解了三维雷诺平均的N-S方程。并行数值方法采用的是有限体积方法(FVM)、OC-TVD差分格式、B-L代数湍流模型及流场分区的并行方法。计算结果表明,所采用的并行数值模拟方法能够求解包含强激波的流场,激波穿越区域边界时无断层、错位等通量不守恒的现象。并行计算效率高,8个处理机计算时的并行加速比达到了6 8。     

等截面隔离段中激波串结构的数值模拟

采用二阶TVD格式的有限体积法偶合Baldwin Lomax代数湍流模型求解雷诺平均Navier stokes方程 ,数值模拟了二维矩形等截面隔离段中的流动现象 ,很好地模拟出由激波 /附面层干扰所形成的复杂的激波串流场结构。计算结果与国外有关文献的结果进行了比较。     

一类非线性类薛定谔方程的有限差分格式

给出了一类非线性类薛定谔方程的有限差分格式,推导了这类非线性类薛定谔方程的积分形式,并得到积分形式下系统的2个守恒定理.通过对积分方程离散化,并对系统的守恒量进行有限差分,得到了这类非线性类薛定谔方程的有限差分格式.     

泥沙传输方程广义初边值问题的解析解与差分解比较

Cheng提出了泥沙传输问题的广义底边界条件并导出了具有复杂形式的解析解 ,解析解的求解过程中还需求解两个超越方程。本文一方面分析了解析解的复杂性 ,简化了超越方程根的搜索区间 ,另一方面 ,通过数值试验 ,得到了一类稳定的差分格式 ,格式参数为 0 .48≤Θ ≤ 1 ,数值例子表明 :对于稳定的差分格式 ,差分数值解具有很好的逼近效果。     

飞船再入舱三维化学非平衡流数值模拟

对飞船再入舱高超声速化学非平衡三维流场进行数值模拟。控制方程为含化学反应源项的全Ｎａｖｉｅｒ－ Ｓｔｏｋｅｓ 方程组, 化学模型为高温空气的七组元模型, 其组元成分为Ｎ２ 、Ｏ２、ＮＯ、Ｎ、Ｏ、ＮＯ＋ 、ｅ－ 。差分格式采用张涵信院士提出的ＮＮＤ激波捕捉格式并用全耦合方法处理流动方程及化学反应方程, 对化学反应源项采用全隐式处理, 运用时间预处理技术以加快收敛。同时, 也对完全气体模型进行计算, 以分析真实气体效应。与实验数据对比, 说明本文结果是可信的。     

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。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

含新型间断探测器的混合WCNS格式在间断无粘可压流的应用

为了让高精度数值格式在含间断和小尺度涡等复杂结构的超声速无粘可压缩流动情况下,仍能鲁棒地捕捉激波并快速得到流场高保真的模拟结果,研究了以子模板导数组合为基础的光滑度量算法,构造了精度与鲁棒性兼顾的新型间断探测器,使间断识别对小尺度涡也具有高分辨率;研究了混合加权紧致非线性格式(weighted compact nonlinear scheme, WCNS)方法,对流场中的光滑与间断区域分别使用线性与非线性加权格式求解,从而克服单一非线性格式在光滑区分辨率难以达到设计精度的问题。数值实验表明,使用新型间断探测器的混合WCNS格式对一维、二维Euler方程模拟结果良好,并且相比于在全流场使用局部特征分解的原始WCNS方法有计算效率的提高。     

大长径比固体火箭发动机点火瞬态过程数值分析

研究大长径比固体火箭发动机点火瞬态特性,采用守恒型N S方程描述了集点火器、燃烧室和喷管于一体的数学仿真模型,应用NND-3差分格式进行数值求解,计算结果表明,点火期间,发动机内除了压强急升之外,还存在振荡和拍击现象。     

飞船轴对称热化学非平衡流场数值求解

本文从轴对称热化学非平衡Ｎ－Ｓ方程出发,利用时间相关法,采用双温度、七组元反应气体模型,利用隐式ＮＮＤ有限差分格式和时间预处理技术数值求解了ＦＩＲＥＩ飞船热化学非平衡流场,得到了较为准确的结果,并分析了热力非平衡对流场的影响。     

制导航空子母炸弹高速抛撒分离数值仿真

制导航空子母炸弹在跨音速抛撒子弹药过程中,子弹药与母弹的分离伴随着复杂的流场和激波干扰,该过程中不仅存在着激波与激波的相互碰撞、部分激波的多次反射,而且由于受到多体运动的相互作用,其气流方向也发生变化,形成了变化复杂的压力、速度分布区域。采用数值模拟的方法对制导航空子母炸弹子弹药高速抛撒分离过程进行了数值仿真分析,应用嵌套网格技术,耦合多体动力学方程以及 N－S 方程求解子母炸弹高速分离过程,为工程设计、研究提供理论指导与计算依据。     

计算介质体瞬态散射矩阵元素方法的改进

针对求解均匀介质体的瞬态电磁散射问题,采用基于MOT的方法求解Müller方程来分析,对分析中矩阵元素的积分求解,提出了一种奇异分离方法。该方法考虑了时间项延迟的影响,减小了计算中的近似,提高了计算精度。验证表明,和原算法相比,新算法在近奇异处理上的误差很小。     

双时间隐式方法求解非定常绕流的相关问题

空间采用三阶精度的WeightedNND(WNND)格式,时间方向则采用具有二阶精度的双时间步隐式方法求解二维非定常Euler方程,数值模拟了NACA0012翼型俯仰强迫振动流场,讨论了内迭代步数、内迭代收敛判据以及物理时间步长对计算结果、计算效率与计算CPU时间的影响,并将计算结果与实验值进行了比较。     

超声速扩压器中激波串结构的数值模拟

通过求解由BL湍流模型封闭的二维、轴对称及三维雷诺平均N S方程 ,数值模拟了等截面超声速扩压器中由激波 /附面层干扰诱导的复杂流场 ,比较了二维直管、圆截面直管及三维矩形截面直管中的流场特性、激波串长度及压强恢复程度。在来流马赫数为 3 0的二维直管计算中 ,采用四步Runge Kutta显式方法数值仿真了激波串自激振荡过程 ,并与实验结果作了对比分析     

三维化学非平衡粘性激波层流场数值模拟

本文通过引进主流贴体坐标 ,将粘性激波层概念推广到三维流场 ,得到了三维粘性激波层方程 ;应用空间推进与总体迭代相结合的求解方法 ,对三维化学非平衡粘性激波层流场进行了数值模拟     

三维边界积分方程中的奇异积分的处理

针对三维边界积分方程中奇异积分的不同形式分别进行了讨论,用刚体位移原理消除强奇异因子,用线性位移函数消除弱奇异因子,在计算工作量大大减少的情况下,保证了原求解精度的要求,并通过数值算例表明了该方法的可行性。     

用多重网格TVD方法求解三维高超音速粘性流场

本文采用时间相关法求解了三维Ｎ－Ｓ方程。在计算中，对于压力和对流项采用Ｒｏｅ的通量差分分裂技术和Ｏｓｈｅｒ－Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ的ＴＶＤ格式，对于粘性项，采用了中心差分格式。通过数值模拟得到了钝头双锥体高超音速层流流场在不同攻角下的数值解。计算的重点放在壁面热流率的预测。在攻角为４°和１２°的状态下，Ｓｔａｎｔｏｎ数的计算值与实验值进行了比较，二者吻合较好。为了加快收敛速率，计算时采用了多重网格方法。