计算地球流体力学若干新进展

本文简要介绍了有关计算地球流体力学问题研究的若干新进展,其中包括显式平方守恒格式,经济算法,辛算子法,泥沙冲积和三角洲发育的数值模拟等,从中也可以看到计算地球流体力学的发展是具有重要理论意义和实用价值的。     

二维Euler方程组的高分辨率隐式差分格式的进行计算

本文首先对标量双曲型守恒律构造了一类新的二阶隐式ＴＶＤ差分格式，再利用Ｒｏｅ方法和隐式近似因子分解法推广格式到一维、二维守恒率方程组。为减少计算工作量，推导了二Ｅｕｌｅｒ方程组隐格式的对角形式。最后，针对江南－Ⅱ并行机设计了适合盱多处理机结构特征的并行计算程序，计算翼型的跨声速流场，结果令人满意。     

三维复杂外形横截面拓扑结构随迎角变化研究

通过数值求解抛物化的椭圆型方程生成复杂外形三维网格;采用交替方向隐式分解的隐式NND格式求解全N S方程模拟"类升力体"外形在高超声速下的大迎角流动;采用张涵信发展的流动拓扑结构理论分析给出了"类升力体"外形垂直于体轴的横截面流线随迎角变化的拓扑结构;此外,通过计算发现:大于20°迎角后,在部分横截面背风对称线上出现结构不稳定的鞍点相连现象。     

高超声速再入体表面热流数值模拟研究

本文采用计算效率较高的标量对角化隐式NND格式，通过求解Navier-Stokes方程对影响再入体表面热流计算准确的诸因素进行了综合分析，研究了Steger-Warming通矢量分裂、Van Leer通矢量分裂和通量差分分裂方法及相应熵修正方法对热流的分辨能力，并阐明了在物面边界上采用二阶中心格式、二阶中心和二阶迎风混合格式、以及一阶迎风格式等不同边界格式对热流计算的影响。在此基础上，采用通量差分形式NND格式对钝锥和钝双锥高超声速粘性绕流进行了数值模拟，计算给出了与试验结果相吻合的热流分布。     

翼型大攻角绕流的数值模拟

以求解二维N-S方程数值模拟NACA0012翼型大攻角状态的可压绕流特性;N-S方程是在贴体坐标系中给出的,以代数方法生成C型网格系统。采用LU-ADI格式计算,为提高格式的稳定性在隐式和显式部分分别添加了2阶和4阶人工粘性项。应用BaldwinLomax湍流二层代数模型模拟了大攻角时前缘分离涡的形成,旋涡对流及其非定常现象。在某些Mach数和攻角下NACA0012翼型的湍流解具有周期性。通过比较,本文数值计算结果同实验及国外相应的数值计算结果基本吻合。     

非线性壁板颤振分析

利用一种改进的计算流体力学与计算结构动力学(CFD/CSD)耦合方法研究了由气动和结构几何非线性引起的壁板颤振问题。在非定常气动力计算中,考虑了通量分裂格式、隐式时间推进方法和几何守恒律;二维和三维壁板的结构几何非线性建模则采用了有限元的协同旋转理论,并利用一种近似能量守恒算法求解结构的非线性响应。流场和结构求解器采用二阶松耦合方法联立求解,并将其应用于壁板在超声速、跨声速和亚声速的颤振计算中。当考虑结构几何非线性和气动非线性时,出现了典型的极限环振荡现象,并对颤振边界和极限环振荡幅度进行了对比分析。     

矢通量分裂隐式有限体积法解超音速喷流强干扰流场

发展了用于轴对称流场,任意非正交曲线网格下的矢通量分裂隐式有限体积法;统一了二维和轴对称流场计算的表达式。该方法对粘性通量项进行了分解和归类,考虑了包括交叉导数项在内的所有项对隐式增量的贡献。对带中心喷流的流动计算表明该方法收敛速度和计算精度均优于ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ显式格式。横向喷流强干扰流场的计算初步揭示了姿控发动机喷流产生间接推力的机理,由此,设计中可降低对主发动机额定推力的要求     

气动计算中一个简单有效的差分格式

本文采用算子附加修正方法,提出了一个气动计算中简单而有效的差分格式。此差分格式的特点是保持原显式格式的精度,计算过程有显式格式的简单,又有隐式格式的特点,即对于任意步长此格式都是稳定的。本文利用此格式求解了N-S方程,给出了二维激波与边界层干扰的分离流计算结果,并与MacCormack的隐式格式进行了比较。计算结果表明,本文提出的格式与MacCormack隐式格式相比,大大简化了计算过程,节省了计算机时。     

基于GPU和隐式格式的CFD并行计算方法

从图形处理器(GPU)架构特点出发,提出了基于数据并行的隐式计算流体力学(CFD)求解方法,空间离散格式采用迎风Roe格式,计算网格适用于结构和非结构网格。采用统一计算设备架构(CUDA)技术实现了GPU上的隐式CFD并行计算。分别在Intel Core2 Quad3.0GHzCPU和NVIDIAGTX280 GPU上进行了计算,结果表明隐式格式计算速度是显式格式6倍以上,采用显式格式的计算加速比达到28倍,采用隐式格式计算加速比达到了28.7倍,同时计算加速比随计算规模的增加而增加。计算结果和实验结果较为吻合。     

用CSCM格式求解激波反射问题

本文对Euler方程采用CSCM格式,数值求解了激波反射问题,与目前流行的交替方向隐式(ADI)格式以及总变差递减(TVD)格式的计算结果进行了比较,并作了简要分析讨论。