轴对称物体空泡流动的数值计算

基于势流理论和边界元方法,对水下运动的回转体的空泡流进行了数值模拟.将半经验空泡封闭模型由平面流动推广至轴对称流动.对头部为圆锥的圆柱体空泡流动进行了数值计算.分析了空化数、半锥角、空泡长度间的关系.计算与实验结果符合较好.     

考虑压缩性影响的超空泡流动数值计算

为了研究水下航行体航速接近水中声速时水的可压缩性对超空泡外形的影响,采用理想可压缩流体定常流动以及Riabouchinsky空化封闭模型,基于势流理论和有限体积方法,对绕圆盘空化器的超空泡流动进行了数值计算.计算时考虑到水的压缩性,水的状态方程采用Tait幂次率.提出了一种新的超空泡外形迭代方法并分析了流体压缩性对超空...     

超空泡航行体锥形空化器优化设计

分析比较超空泡外形计算的不同经验公式,结果表明Guzevsky模型具有较好的精度与适用范围。建立了以减小阻力、增大空化数、增加舱内容积为优化目标的超空泡航行体锥形空化器设计模型,以权重因子法和遗传算法求解了优化问题,验证性计算结果与已有文献吻合。研究了空化数、航行体长径比等因素对超空泡航行体空化器设计的影响规律,结果表明空化数是影响航行阻力的首要因素,空化数决定了超空泡长径比并使之与航行体外形匹配,通过优化设计能够在不增加阻力的情况下有效提升航行体舱内容积。     

细长锥型射弹不可压缩超空泡流的数值计算方法

假定理想不可压缩流体呈无旋定常流动、起空泡尾部Riabushinsky为闭合方式,基于水动力学势漉理论及细长体理论.建立了描述水下细长锥型射弹超空泡流动的积分微分方程.谊方法发展了求解谊类方程的数值离散方法,提出了多种超空泡外形初值解.分析了它们对超空泡形态计算结果的影响,优化了计算过程,简化了初始遮代条件.计算得到的...     

二维水翼空化流动的数值模拟

基于RANS方程,结合不同湍流模型与空化模型对粘性流中二维NACA66012模型水翼附近流场进行数值计算与模拟.计算得到固定攻角、固定来流速度时升力系数和阻力系数随空化数的变化规律以及固定空化数时升力系数随攻角的变化规律,并对相应流场进行分析.在二维水翼空化流动的准稳态模拟中,重点对比分析了不同湍流模型、空化模型对空化流动模拟结果的影响,并将计算结果与实验数据进行比较.研究结果表明,在二维水翼附近空化流动的数值模拟中,采用k-ω湍流模型和均相流空化模型计算得到的结果与实验数据吻合较好.最后,采用分离涡模型对不稳定的空化流动进行了瞬态模拟,并得到空化流动的变化规律.     

低频域结构噪声问题数值解法

对形体不规则的物体 ,数值计算其结构噪声问题是获得解答的直接办法 .文中综述了结构噪声问题数值解法的基本思路 .首先介绍了数值求解的两个基本方法 :有限元法和边界元法的基本数学原理、操作方法及各自的局限性 ;其后描述了结构噪声耦合问题的数值计算公式的构造及运用不同数值方法构造求解公式的特点 ;针对边界元法构造的公式分析特征值问题的不足 ,给出了几种边界元法结构噪声特征值分析的方法 .文章结尾 ,提出了目前商业有限元软件分析噪声问题的不足及改进方向     

无尾舵布局超空泡航行体弹道优化设计

给出了无尾舵布局超空泡航行体在纵垂面内的受力分析及运动方程,建立了变深度机动最优轨迹问题的数学模型。针对空泡扩张与收缩带来的延时效应,提出改进的延时型高斯伪谱法,利用所有高斯节点的运动状态插值获得整个运动过程的状态量,由此得到各个时刻的实时超空泡航行微分方程。通过计算各节点处运动方程约束,对其变深度机动轨迹进行数值求解,得到相应的优化弹道结果及控制策略。对给定布局方案的超空泡航行体下潜机动最优弹道问题进行求解,计算结果表明,采用空化器偏转控制策略,无尾舵布局超空泡航行体可满足运动稳定性与机动性要求,所提出的延时型高斯伪谱法能够处理超空泡航行弹道优化中的延时效应,具有较好的快速收敛性。     

KP458螺旋桨水动力及空泡特性研究

以螺旋桨(KP458)为研究对象,研究其空泡流场特性。首先通过梢涡区域划分及网格加密,对螺旋桨(KP458)在无空化均匀流条件下进行敞水性能数值模拟,建立螺旋桨流场数值预报模型,并对4套网格进行不确定度分析。将计算结果与实验数据进行对比,然后应用Schnerr-Sauer空化模型数值模拟。通过将试验结果与螺旋桨(VP1304)水动力及空泡特性仿真结果进行对比,无空化流场与空化流场中的推力、扭矩系数误差均低于8%左右,以此验证数值计算模型的可行性。研究表明：采用的数值模型具有良好的精度,螺旋网格加密能够捕捉螺旋桨产生的梢涡;KP458螺旋桨在进速系数较低时有较为明显的梢涡空泡产生,随着进速系数增大空泡面积逐渐减小且梢涡空泡消失,螺旋桨的梢涡强度逐渐减小且梢涡融合现象发生越早。     

尾空泡对水下航行体流体阻尼力影响数值研究

针对航行体尾空泡对流体阻尼力影响问题,结合动坐标系技术和空泡多相流数值模拟方法,通过求解雷诺平均的NS方程组,进行了阻尼力计算研究。通过与试验数据对比,表明该方法具有较好的精度。数值计算研究表明,尾空泡会削弱航行体尾部压力的不对称性,使航行体尾部流体阻尼力减小。当尾空泡增加到一定尺寸时,流体阻尼力减小幅度逐渐趋缓,同时尾空泡也改变了流体阻尼力随攻角的变化趋势。研究充分表明了航行体流体力设计中考虑尾空泡影响的必要性。     

近自由面串列超空泡航行体的流动特性研究

近自由面串列超空泡航行体的多相流动现象非常复杂,涉及了自由面与空泡的耦合作用以及2个甚至多个超空泡流场的相互干扰。采用VOF方法数值模拟了不同浸没深度条件下串列航行体的多相流动,获得了串列航行体的超空泡演化特性和流场分布特性,分析了自由面对超空泡形态及波浪特征高度的影响。研究结果表明：串列双航行体的超空泡在发展过程中出现了2个超空泡互相融合与分离、尾空泡溃灭等现象;超空泡流场的彼此相互作用导致后发航行体进入了前发航行体的超空泡内部,导致后发航行体受到的阻力减小,航行体的串列布置使后发航行体实现了减阻效果;浸没深度较小时,自由面的作用明显,航行体的超空泡形态上下对称性较差,自由面兴起的波浪特征高度较大,前端高压区压力分布沿航行体中心线不对称。     

三维超声速开式空腔振荡特性研究

采用时间3阶、空间5阶的高精度、高分辨率格式,对稳态来流条件下超声速开式空腔的非定常振荡特性进行数值研究。通过二维和三维空腔压力变化、声压级、振荡频率等参数的计算和分析表明:空腔内存在典型的压力振荡,振荡有近似的周期性,且变化规律较复杂,三维空腔对主振荡频率影响较小,但振荡强度有较大的不同。     

高超音速粘性流场数值计算中差分格式的对比分析

本文通过三维高超音速粘性流场的求解对三种常用的差分格式： Ｈａｒｔｅｎ 的 Ｔ Ｖ Ｄ 格式、修正后的 Ｏｓｈｅｒ Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ 的 Ｔ Ｖ Ｄ 格式以及 Ｊａｎｅｓｏｎ 的当地极值递减 （ Ｌ Ｅ Ｄ） 格式对激波的分辨率、边界层计算的准确性和格式的计算效率等三个方面进行了较细致的对比分析， 为三维高超音速复杂流场的数值模拟打下基础。     

球锥体高超声速绕流的俯仰阻尼导数的数值计算

采用Navier Stokes方程描述球锥体外形非定常振动流场 ,在Etkin理论下给出俯仰阻尼导数的计算公式。对定常流场的计算采用ADI形式的NND格式 ,对非定常流场的计算采用四步Runge Kutta方法 ,并引入变系数残值光顺技术加速收敛。将俯仰阻尼导数计算结果与实验及工程计算进行了比较 ,并数值研究了其随振动中心的变化规律。     

跨声速母弹空腔流的数值模拟

将ＳＬＩＰ格式和ＬＵ－ＳＳＯＲ隐式迭代方法结合，数值模拟了尖头母弹在开舱前后的跨声速定常流场。采用修正的Ｂ－Ｌ湍流模型，用轴对称Ｎ－Ｓ方程求解零攻角时母弹在Ｍａｃｈ数０．９４～０．９８ 的临界气动特性和空腔流特性。开舱前母弹计算结果与实验以及Ｓａｈｕ 的结果能够很好吻合， 开舱后空腔流的计算结果也给出了合理的理论分析。     

椭圆型方程曲线网格的快速生成方法

本文在用椭圆型方程的网格生成方法生成曲线网格时,通过比较四种常用的计算格式,得到了收敛速度较快的生成方法。在计算流体力学领域,对于边界形状随时间变化的流动问题的数值计算,及自适应网格的生成等同题,生成网格的收敛速度直接影响流场的计算速度。在上述情况下使用本文的结果,能有效的减少机时,提高计算效率。     

地籍数据库点线拓扑一致性并行检查方法

针对拓扑检查算法复杂、计算量大,串行计算已远不能满足海量地籍数据高效拓扑检查需求的问题,在分析了点线拓扑关系的并行特点基础上,将界址点的数据划分方法与界址线的QR空间索引方法相结合,实现了界址点与界址线的并行拓扑计算。用某地区实际的界址点集与界址线集对点线拓扑并行检查进行实验。测试结果表明:并行检查算法的并行效率随着进程数的增加而有所衰减,但稳定在30%以上,加速比达到5以上,且相比于Arc GIS效率提升了30倍以上。并行检查方法以工具的方式集成应用于高性能地理计算平台中,应用效果良好。     

滑移边界条件的收敛性分析及应用

用速度滑移与温度跳跃边界条件代替通常假定的无滑移边界条件,可有效地提高计算流体力学模型对高空滑移流区域流动的预测精度。应用Maxwell滑移边界条件时,通过直接计算速度梯度及温度梯度而得到速度滑移和温度跳跃量的处理方法在网格较密的时候会出现迭代计算发散的问题。理论分析表明,直接计算梯度的方法使边界条件的时间推进过程等价于雅克比迭代过程,因此必须满足相应的收敛性条件。为了消除收敛性条件的限制,给出了一种在任意网格密度下均收敛的边界条件处理方法并通过数值算例验证了该方法的正确性。针对高空高超声速流动,以空天飞机为例,对比了滑移/无滑移边界条件所得结果的差异,分析了滑移效应对飞行器气动特性及热环境的影响。     

燃烧室-喷管流场数值解

本文用时间相关法计算了固体火箭发动机燃烧室─喷管亚跨声速流场数值解,控制方程用ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ二步显格式：边界点参数用物理边界条件和参考平面上的特征方程计算。计算表明,达到收敛的数值积分步数比纯喷管的跨声速计算要多得多。虽然喷管壁上和轴线上的马赫数分布与纯喷管计算类似,但喷管中的等马赫线分布与纯喷管计算的结果［３］相差较远。     

空泡螺旋桨在任意形状船体上诱导的脉动压力数值预报方法研究

研究了空泡螺旋桨在任意形状船体上诱导的脉动压力的一种数值预报方法 .该方法采取了在船体表面布置偶极子的办法 ,取代了传统的固壁因子 .对放置在自由表面上的平板船体模型进行了计算 ,并将计算结果同理论估算方法的结果进行了比较 ,说明本计算方法是可行的     

化学氧碘激光器光腔边界层的被动控制方法实验

针对化学氧碘激光器(Chemical Oxygen-Iodine Laser, COIL)光腔内边界层的被动控制方法,设计了三种实验件。光腔的上下壁板是可拆卸的,可以更换不同的实验件,以此比较边界层的控制效果。实验结果表明:开槽板、主流引射缝和开孔板在对光腔边界层的控制上都取得了一定的效果,改善了光腔特别是光腔后半部分的压力分布。在一定范围内,增加边界层的抽气量,可以进一步减小边界层厚度,降低光腔压力,同时提高COIL出光功率,但是当抽气量过大时,反而会降低出光功率。三种实验件中,主流引射的方式对抽气量最敏感,当抽气量增加至5%时,COIL出光功率已经明显下降;开孔板对抽气量不太敏感,抽气量从1%增加至7%,对COIL出光功率的影响并不明显。