可压剪切层线性稳定性特征直接数值模拟

基于伪随机数生成技术促生白噪声扰动，以高精度迎风/对称紧致混合差分算法求解二维/三维非定常可压Navier-Stokes方程，揭示了可压自由剪切层初始剪切过程中扰动的线性演化特征，以及该过程对扰动波数方向的内在选择性。验证了所用算法的有效性，表明线性理论同数值模拟相结合是可压剪切层研究的合理途径之一。

可压缩双组分混合层的直接数值模拟研究

通过数值求解可压缩Navier-Stokes方程模拟了三维可压缩双组分混合层问题,着重研究了双组分密度比和可压缩效应对混合层发展演化的影响.研究表明,随着密度比的增大,混合层扰动增长率降低.在混合层发展初期,可压缩性作用尤其是斜压效应对旋涡的发展起主导作用;在混合层发展后期,可压缩性影响减弱,旋涡的拉伸扭转效应占主导作用.同时,还分析讨论了可压缩混合层中湍流的转捩及拟序结构的演化过程.

可压涡卷空间演化的迎风紧致差分数值模拟

从数值算法的耗散和色散特征的时空全离散Fourier分析出发，通过直接求解二维非定常可压Navier-Stokes方程，将发展的5阶迎风紧致差分格式用于无约束可压平面受迫剪切层中基频涡卷空间演化过程的数值模拟。采用被动守恒标量等方法显示了基频涡卷的饱和、一次对并、二次对并等现象，据此探讨了入口来流亚谐扰动引起的初值效应问题，表明可压大尺度涡结构空间演化形态与受迫扰动方式之间存在关联。

弱粘性流体中垂直激励表面波的阻尼效应

在竖直振动的圆柱形容器中，将Navier-Stokes方程线性化，利用两时间尺度奇异摄动展开法研究了弱粘性流体的单一自由面驻波运动．整个流场被分为外部势流区和内部边界层区两部分，对两部分区域分别求解，得到包含阻尼项和外驱动影响的线性振幅方程．利用稳定性分析，得到形成稳定表面波的条件，给出了临界曲线．此外，还获得了阻尼系数的解析表达式．最后，将线性阻尼加到理想流体条件下所得到的色散关系中对其进行修正，理论结果证明修正后的驱动频率更加接近实验的结果．通过计算发现，当驱动的频率较低时，流体的粘性对表面波模式选择有重要影响，而表面张力的影响不明显；但当驱动频率较高时，流体的表面张力起主要作用，而流体的粘性影响甚小．

微重力环境下蒸发液层热毛细对流的数值模拟

提出了一种新模型来研究由单一物质构成的液层在其纯蒸气中的蒸发．液层置于微重力环境中并且受到水平方向温度梯度的作用，液层的热毛细对流和蒸发耦合在一起，使得气液界面的传热传质规律更加复杂．用理论分析的方法求解了不考虑热毛细效应的纯蒸发模型，得出温度场分布和界面质量流量的解析表达式．对于热毛细对流和蒸发耦合情况，采用有限差分的投影算法同时求解Navier-Stokes方程和能量方程，得到了不同蒸发Blot数和Marangoni数下流场和温度场的稳态数值解．论述了蒸发Biot数和Marangoni数对界面传热传质的影响，提出并解释了蒸发和热毛细对流耦合的三种模式．

亚声速段横向射流对Coil性能影响的数值研究

在化学氧碘激光的混合喷管内发生的是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响.利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,对COIL的气动和增益特性进行探讨.在不同的射流穿透条件下,计算COIL混合喷管中的混合与化学反应过程,发现穿透深度决定了增益的分布特性以及过度穿透条件下的非定常结构,

再入飞行器湍流尾迹流场研究

再入飞行器湍流尾迹流场状况，直接系统到飞行器的雷达散射特性。对再入飞行器湍流尾迹等离子体场理论模型，试图通过湍流模式理论来表达，即使用k-ε-g模型方程来封闭平均化的全Navier-Stokes方程，从而准确获得流动平均场和脉动场住处。使用的N－S平均议程由质量加权平均过程产生，湍流模型方程也经过可压缩性能修正。真实气体效应重点考察空气处于局部热化学平衡状态。流动控制方程运用一个二阶TVD格式有限体积法求解。以一典型小钝锥体零攻角再入飞行为例，计算了在两高程（H = 40 km和H = 30 km）条件下的高超声速湍流尾迹流场。获得的尾迹流场参数与流动物理状况符合，并且湍流脉动参数与已有相应的实验结果定性一致，初步证实该方法合理。

近岸非平整海底上耗散动力系统的广义波作用量守恒方程

为刻划近岸波-流-海底相互作用耗散动力系统的多种复杂作用机制,着眼于波浪对近岸大尺度变化环境流作用和考虑多变海底地形(可典型地刻划为由慢变水深和快变水深构成)的影响,由基于黏性流体Navier-Stokes方程的平均流方程,建立了近岸耗散动力系统的广义波作用量守恒方程,从中提出垂向速度波作用量和耗散波作用量这两种新概念,使得它们和经典的波作用量相互间达成了一种互补、协调而又主次分明的更为广泛的守恒形式。从而把波作用量这一经典概念从理想的平均流守恒系统引申到实际的平均流耗散系统(即广义守恒系统)中去,为解释沿岸过程和应用于近海、海岸工程提供了一个理论基础。

用非结构网格研究旋转振荡圆柱绕流

研究了雷诺数Re=200,1000,线速度比α=0.5,2.0,4.0,强迫振荡频率fs=0.1～2.0情况下的旋转振荡圆柱绕流问题.通过基于非结构同位网格有限体积法对Navier-Stokes方程进行数值求解.对流项、扩散项和非恒定项的离散格式均具有二阶精度,利用SIMPLE算法处理压力-速度耦合.计算得到了作用力系数随不同控制参数的变化规律.通过对升力系数的频谱分析得到自然脱落频率和强迫振荡频率下的作用力振幅.通过对不同频率作用力幅值的分析,得到频率之间的竞争关系,进而定量地给出了不同尾迹涡脱落模式的分区图.

圆柱振荡绕流的三维不稳定性研究

通过数值求解三维不可压缩Navier-Stokes方程，研究了振荡圆柱绕流的旋涡不稳定性。研究表明，在一定的参数范围内，由于旋涡不稳定性，振荡流出由二维演化成三维流动，并沿圆柱轴向形成交错排列的三维涡结构。数值计算合理地预测了三维涡结构的空间失稳波长，并与实验测试值相符很好。文中还进一步研究了圆柱的受力特性，通过求解Morison方程，计算了圆柱的阻力和惯性力特性，其计算结果与已有的实验数据相吻合。

基于非结构化同位网格的SIMPLE算法

通过基于非结构化网络的有限体积法对二维稳态Navier-Stokes方程进行了数值求解。其中对流项采用延迟修正的二阶格式进行离散；扩散项的离散采用二阶中心差分格式；对于压力-速度耦合利用SIMPLE算法进行处理；计算节点的布置采用同位网格技术，界面流速通过动量插值确定。本文对方腔驱动流、倾斜腔驱动流和圆柱外部绕流问题进行了计算，讨论了非结构化同位网格有限体积法在实现SIMPLE算法时，迭代次数与欠松弛系数的关系、不同网格情况的收敛性、同结构化网格的对比以及流场尾迹结构。通过和以往结果比较可知，本文的方法是准确和可信的。

湍流不同尺度间的近程和共振作用规律及应用

从Navier-Stokes方程出发,研究了湍流不同尺度间的相互作用规律,给出相近尺度间近程粘性应力的积分和微分表达式.引入极相近尺度之间共振相互作用的概念,得到共振粘性应力的微分表达式.利用共振粘性应力张量获得不含经验关系和常数、近似封闭的大涡模拟(LES)方程组.利用近程和共振粘性应力张量获得不含经验关系和常数、近似封闭的湍流多尺度方程组.讨论了湍流多尺度方程的性质及用于湍流计算的优点,尺度间相互作用的近程特性说明:多尺度模拟是湍流计算很有价值的方法,并列举了算例.

耦合离散流体理论的差分格式及其应用

求解Navier-Stokes方程组，一直是粘性流动计算的主导途径。但在计算中，都是在一定的网格单元上进行离散，而对不同的离散单元，流动的特征并不相同。该文通过离散单元上网格雷诺数的变化分析，采用耦合离散流体理论(CDFT)差分格式，对向后台阶底部超声速流动问题进行数值模拟，得到了满意的结果。

Starting Nozzle Flow Simulation Using K-G Two-Equation Turbulence Model

The starting process of two-dimensional nozzle flows has been simulated with Euler, laminar and k - g two-equation turbulence Navier-Stokes equations. The flow solver is based on a combination of LUSGS subiteration implicit method and five spatial discretized schemes, which are Roe, HLLE, MHLLE upwind schemes and AUSM+, AUSMPW schemes. In the paper, special attention is for the flow differences of the nozzle starting process obtained from different governing equations and different schemes. Two nozzle flows, previously investigated experimentally and numerically by other researchers, are chosen as our examples. The calculated results indicate the carbuncle phenomenon and unphysical oscillations appear more or less near a wall or behind strong shock wave except using HLLE scheme, and these unphysical phenomena become more seriously with the increase of Mach number. Comparing the turbulence calculation, inviscid solution cannot simulate the wall flow separation and the laminar solution shows some different flow characteristics in the regions of flow separation and near wall.

Chemical Nonequilibrium Effects on Flow Field for Reusable Launch Vehicles

High temperature chemical non-equilibrium phenomena have a great effect on the flow field around a reentry vehicle. A set of three dimensional Navier-Stokes equations have been solved by implicit finite volume NND scheme. Both ideal gas viscous flow and chemical non-equilibrium flow are calculated for a spherical-cone at a small angle of attack. The results of the two flows have been compared and the effect of chemical non-equilibrium has been analyzed. The effect of wall material's properties, such as catalysis and radiation were studied. The results are in good agreement with the referenced paper.