转动坐标系中三维跨声速欧拉流的有限体积-TVD格式

在非惯性转动坐标系中,本文采用贴体网格、有限体积法离散和修正数值通量技术,将Harten的一维TVD格式推广到三维。由于转动使方程出现源项,文中通过对源项的巧妙处理,使修改后的格式能用于非齐次双曲守恒律方程组高分辨率的数值计算。为了加速解的收敛,提高显式时间推进的CFL数,本文采用隐式残值光顺技术。三维跨声速带非齐次源项欧拉方程的典型算例表明:捕捉的激波分辨率较高;激波前后没有发现大的数值波动和伪振荡现象;所得的跨声速流场解与实验较接近。

LEVEL SET输运方程的求解方法及其对气-液两相流运动界面数值模拟的影响

用数值模拟方法来研究气-液两相流动与传热现象是当今多相流领域的一个热门课题.由于两相流固有的复杂性,气-液两相流界面迁移现象的数值模拟一直是两相流研究中的一大难点.本文介绍了捕捉气-液两相流相界面运动的水平集方法(Level Set)及其研究进展,介绍了求解Level Set输运方程的3种方法,即一般差分格式、Superbee-TVD格式和Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式.结合主流场的求解,分别用这3种方法对4种典型相界面在5种流场中的迁移特性进行了模拟计算,并对计算结果进行了比较和分析.结果表明,Runge-Kutta法-5阶WENO组合格式求解Level Set输运方程的效果最好,在以后的计算中将主要采用这种组合格式来进行气-液相界面输运方程的求解.

High-Resolution Finite Compact Difference Schemes for Hyperbolic Conservation Laws

A finite compact (FC) difference scheme requiring only bi-diagonal matrix inversion is proposed by using the known high-resolution flux. Introducing TVD or ENO limiters in the numerical flux, several high-resolution FC-schemes of hyperbolic conservation law are developed, including the FC-TVD, third-order FC-ENO and fifth-order FC-ENO schemes. Boundary conditions formulated need only one unknown variable for third-order FC-ENO scheme and two unknown variables for fifth-order FC-ENO scheme. Numerical test results of the proposed FC-scheme were compared with traditional TVD, ENO and WENO schemes to demonstrate its high-order accuracy and high-resolution.

爆轰波平掠惰性气体界面及其解耦现象的数值研究

采用基元化学反应模型和迎风TVD格式,数值研究了爆轰波平掠惰性气体界面时的物理现象及其作用机制,并用点隐方法克服化学反应源项引起的计算刚性.数值结果显示,当爆轰波平掠过惰性气体界面时,形成了爆轰波、界面、透射激波以及稀疏波相互作用的现象.在高N2比例稀释的可燃混合气体情况下,当爆轰波平掠过特定惰性气体界面时,它与惰性气体界面相互作用产生的稀疏波可以导致爆轰波的解耦.

高超声速升力体气动力气动热数值计算

升力体气动布局，由于其良好的高超声速气动特性、有效的内部空间和有益的防热特性，越来越受到气动工作者的重视，该文应用张涵信院士的NND格式思想，用数值模拟的方法对类似于美国X-33的升力体外形进行了气动力、气动热研究。特别是在粘性项的离散和表面热流率的计算中应用了散度和梯度的积分定义，避免了数值计算的奇异性，保证了通量守恒，提高了计算效率。结果表明气动热计算结果与美国同类飞行器结果接近，驻点热流率与经典理论结果一致。

M_∞→1时圆球绕前体流场的数值模拟

本文根据来流马赫数Ｍ∞选取坐标变换函数，将Ｍ∞→１时的低超声速回球绕流前体流场变换到矩形的计算区域，忽略粘性影响，采用时间相关法，用ＴＶＤ有限差分格式求Ｅｕｌｅｒ方程的定常解，得到了Ｍ∞＝１．０５、１．０１和１．００５的流场分布。结果与弹道靶的实验吻合较好

Numerical-simulation of low supersonic-flow around a sphere

The controlled equations defined in a physical plane are changed into those in a computational plane with coordinate transformations suitable for different Mach number M(infinity). The computational area is limited in the body surface and in the vicinities of detached shock wave and sonic line. Thus the area can be greatly cut down when the shock wave moves away from the body surface as M(infinity) --> 1. Highly accurate, total variation diminishing (TVD) finite-difference schemes are used to calculate the low supersonic flowfield around a sphere. The stand-off distance, location of sonic line, etc. are well comparable with experimental data. The long pending problem concerning a flow passing a sphere at 1.3 greater-than-or-equal-to M(infinity) > 1 has been settled, and some new results on M(infinity) = 1.05 have been presented.

变截面流化床理论模型及数值模拟

基于双流体模型,在一定假设的条件下推导得到了用于描述变截面床流化过程的局部平衡模型。对于局部平衡模型,空间导数项的离散采用五阶精度的WENO有限差分格式,时间导数项的离散采用TVD Runge-Kutta型的离散格式,对流量突变后的瞬态过程进行了模拟,得到固相体积分数在整个变化过程中沿床高的分布以及床高变化规律和床层表面颗粒速度变化曲线。对于流量突增过程,在床内不同位置形成了一系列的连续波,当所有的连续波到达床面整个变化过程结束。而对于流量突然减小过程,将会有固相体积分数间断在分布板处形成,当所有间断到达床面时,塌落过程结束。

共用尾喷管多管脉冲爆震发动机数值模拟研究

采用基元反应模型和显式迎风TVD差分格式数值模拟方法，研究共用尾喷管多管脉冲爆震发动机（Pulse Detonation Engine，简称PDE）各爆震管之间相互影响。采用点隐算法解决化学反应引起的刚性问题，模拟了共用尾喷管内的流场，以及爆震波退化为激波遇到尾喷管收敛斜面反射及反射波向爆震管上游传播的过程。研究结果为多管PDE的共用尾喷管设计提供了理论基础。

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。

一个基于非均匀网格上的二阶基本无振荡差分格式

在基本无振荡格式的构造中,将通常的对流通量f的逼近方式推广到对通量导数的逼近,这一构造方法可以有效地应用到非均匀或非结构网格.直接基于非均匀网格上,构造了一个二阶的基本无振荡(ENO)差分格式.该格式具有形式简单,对网格的划分灵活,与传统格式相比不增加计算量等优点.几个数值算例证明了格式的有效性.

甲烷超声速燃烧过程的数值模拟

提出了一种CH_4/O_2在超声速气流中燃烧的6方程化学反应模型，并且用在超声速高温空气中横向喷射的二维流场进行了数值模拟验证。特别模拟了不同来流条件和壁面条件对燃烧效率的影响及CH_4和空气中的氧气混合燃烧的过程。数值方法采用二阶精度的Harten-Yee隐式TVD格式，计算结果表明6方程反应模型能较好地反映CH_4/O_2的燃烧过程。

气-液两相流界面迁移现象的数值模拟研究

借助于Level Set函数,建立了气-液两相的统一控制方程组,并在交错网格中进行离散.用两种格式,即Superbee-TVD格式和5阶WENO格式求解Level Set函数的输运方程,用SIMPLER算法的思想对主流场控制方程的求解方法进行改进.数值实验结果表明,在求解Level Set的控制方程时,5阶WENO方法比Superbee-TVD格式的结果更准确;用改进的数值算法可成功实现对密度比大于1 000/1的气-液两相流界面迁移问题的数值模拟.对几种典型大密度比气-液两相流问题的计算结果与实际问题的物理规律完全一致,验证了该方法的有效性和可靠性.

NS方法数值预测跨音速气动颤振边界(英文)

本文通过耦合求解三维薄层Navier-Stokes方程与结构运动方程数值模拟了跨音速气动颤振现象。其中,流动控制方程的求解采用具有三阶精度的HLLEW(Harten-Lax-vanLeer-EinfeldtWada)迎风TVD空间离散格式和LU-SGS内迭代时间推进方法,同样的内迭代方法用于结构运动方程的求解。在每一步实时推进计算中,通过内迭代,使整个耦合计算的时间精度达到二阶。针对每一时间步的结构变形,发展了一种自适应网格变形方法,在中等结构变形的情况下,该方法能保证变形后的网格具有原网格的质量。为检验发展的跨音速气动颤振计算程序,对一标准气动弹性机翼的跨音速气动弹性边界进行了计算,获得了与实验一致的结果。另外,还详细研究了网格数、时间步长及内迭代步数对气动颤振计算的影响。