跳点有限体积法及其在跨音速流场计算中的应用

[1]和[2]曾用几种差分格式求解一维N-S方程和欧拉方程,计算表明,Hopscotch格式(跳点格式)计算速度最快。为探讨这种格式在多维流场特别是跨音速流场计算中应用的效果,本文将此差分格式应用于有限体上,成为跳点有限体法,并用该方法求解二维欧拉方程组。对若干个喷管和叶栅所做的计算得到了满意的结果,计算时间较目前常用的差分格式少得多。     

二维粘性不可压缩流场的分块耦合求解方法

本文用分块耦合的方法，并采用S.Abdallah^[1,2]和M.L.Mansour^[3]的在非交错网络上隐式求解原始变量的Navier-Stokes方程的提法和离散格式，成功地解决了二维复杂流场的数值求解问题，获得了空腔流、T型叉管流、NACA0020翼型绕流和方块钝体绕流的稳态解，并进行了讨论。此方法还可推广到三维复杂流场的计算问题。     

NND格式在航天飞机头部段N—S方程求解中的应用

本文采用实质上为二阶精度的无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)求解了非定常的二维和三维完全N-S方程,对类似于航天飞机头部外形的超声速粘性气体绕流流场进行了模拟。在计算中,使用了代数网格生成技术,对脱体激波采用了装配法。作为验证算例的二维圆柱绕流计算结果同文献[4]的数据进行了比较。二维凹陷外形绕流的计算结果同无粘流结果进行了对比,由于粘性流动出现了分离,二者的壁面压力是有差异的。最后,对三维外形的绕流也进行了模拟,计算结果提供了流场的细节。     

任意曲线、流面座标系中超音速三维流的一般特徵关系式

在参考文献[1]中推导出了流面座标系中的特征方程及沿双特征线的物理量变化关系式,但在该文中只求得在ξ~3=C~3和ξ~2=C~2流面内沿四条双特征线的物理量变化关系式。没有求得沿非流面内双特征线的变化关系式。本文推导得任意曲线座标系内的特征方程及沿任何一条双特征线的物理量变化关系式,并也推导得流面座标系内沿任何一条双特征线(可以是在非流面内)物理量变化关系式。所求得的结果如退化为笛卡尔座标系与参考文献[2]中的结果完全一致。     

无波动,无自由参数的耗散差分格式（NND）在喷流计算中的应用

本文用文献[1]建立的无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式),对无粘喷流流动进行了数值模拟,并就一典型的自由射流流动,与国外高精度、高分辨率的PLM差分格式(Piecewise-Linear Method)的计算结果和实验结果作了比较,得到了很一致的结果,且所用的计算时间少于PLM格式。     

高超声速无粘流场的推进计算

本文将文[1]中用于时间相关法计算的NND格式推广到定常超声速流动的空间推进计算,采用二步的预测、校正方法保证了推进方向的二阶精度,可以证明,这种二阶精度的NND格式具有TVD性质,是MacCormack二步显式格式的推广。本文首先将格式应用于二维平板上斜激波反射流场的推进计算,以检验格式捕捉激波的能力,同时研究了不同的通量分裂方法对格式捕捉激波能力的影响,得到了相当满意的结果。在此基础上,计算了航天飞机简化外形的身部超声速流场,给出了M_∞=10,α=0°,和M_∞=5,α=5°两种状态的部分结果,计算结果清楚地描绘了由于气流在机翼附近受到强烈压缩而产生的内嵌激波与外激波相交的复杂流场结构,与文[7]相比,流场结构更为清晰。     

计算钝头体脱体绕流流场的稳定法

本文讨论了如何应用MacCormack八步交替方向格式计算头部无粘绕流问题。为了克服在音速区和驻点附近的局部不稳定性,我们在校正步中引入了二阶粘性项。在激波、物面和外边界点上,均采用二阶单向的差分格式,它既能保证差分格式的精度,又具有省计算时间的优点,本文还讨论了如何合理地使用物面条件和激波补充条件问题。我们曾计算了包括奶头形在内的各种光滑的钝头外形的绕流问题,结果表明,绕球计算的数据与文献[7]是完全一致的,它说明方法是精确的。绕奶头形计算的结果表明,采用本文的方法捕捉次激波,基本是成功的。     

ISOMS——计算粘性流场的一种隐式差分格式

用稳定化方法求解可压缩完全Navier-Stokes方程(CCNS方程)是计算复杂流场的一种有效的手段。我们在文献[1]、[2]中利用新的开关函数,构造了一种新的混合格式,称为SOMS格式,用于数值求解CCNS方程。本文是将SOMS格式推广到隐式混合格式,称为ISOMS格式(The implicit second order monotone scheme)。它具有如下几个特点:ⅰ)它是隐式格式,稳定性良好;ⅱ)穿过激波是单调的;ⅲ)对于     

LTRAN2的一种改进方案

本文提出了LTRAN2的一种改进方案BTRAN2用来分析翼型的各种频率的非定常运动。用E-O调转换格式和ADI方法求解了完全的二维非定常跨音速小扰动位流方程,并用单调转换的AF2格式计算了定常跨音速小扰动方程,以此作为非定常计算的初场。本文给出了带后缘正弦振荡襟翼的NACA 64 A006翼型的绕流和做正弦俯仰振荡的NACA 64 A010翼型的绕流计算结果,它们与Euler方程解或实验数据很吻合。     

高超声速电离绕流的数值模拟

本文从三维N－S方程出发，采用稳式L－U分解算法和7组分15个反应的化学模型，数值模拟高超声速电离空气绕流。首先采用对称TVD格式、AUSMPW＋格式和Van Leer的矢通量分裂格式计算了高超声速球头绕流，并对它们的计算结果做了对比分析。然后用前两种格式，对RAM－C飞行试验模型三个再入高度（81km、71km、61km）的流场进行了数值模拟，计算的流场电子数密度值和试验测量数据符合较好。     

WNND格式在稳态问题中的应用

基于二阶NND格式,引入Jiang和Shu的空间模板加权思想,构造了一种空间守恒变量型三阶精度的Weighted NND格式(WNND格式),通过组合波、球头以及Stardust返回舱绕流等多个算例对WNND格式进行了验证,数值结果表明,WNND格式引起的耗散和波动较小,并且能够高精度地分辨间断.在返回舱数值模拟中,引入了ADI隐式时间离散方法,加快了收敛速度,提高了计算效率.     

带副翼三维机翼绕流的N-S方程解

提出了一种求解带副翼偏转三维机翼绕流的N-S方程计算方法。采用对接分区网格与分区求解算法的结合,有效地求解绕此外形的复杂流动。提出了一种满足通量守恒的内边界耦合条件。数值方法中选用vanLeer分裂格式离散无粘通量项,并构造了一种Limiter函数以保证TVD性质,采用中心差分格式来离散粘性通量项。数值算例表明该方法是求解带操纵面偏转的机翼绕流的有效方法。     

大迎角振动三角翼跨声速粘性绕流数值分析

本文通过数值求解三维可压缩雷诺平均ＮＳ方程，研究发析了振动三角翼的三维复杂非定常流场，其中对流场项计算格式的空间离散在平行物物理面方向与物面法线方向的空间导数分别采用二阶ＮＮＤ格式和由ＮＮＤ格式高阶插值而得到的三阶迎风格式，时间推进为隐式ＬＵ分解方法，并使用了修正的代数ＢＬ湍流模型模拟高雷诺数的湍流流动。     

激波／边界层干扰数值模拟的格式效应

用不同的数值格式,包括Ｒｏｅ的ＦＤＳ格式和ｖａｎＬｅｅｒ的ＦＶＳ格式并配备不同限制器,求解二维Ｎ－Ｓ方程,模拟研究了激波／边界层干扰的流动问题,分析了模拟出的流动现象,仔细研究了其中的格式效应,得出同前人不尽一致的结论：ｖａｎＬｅｅｒ格式对限制器的依赖性比Ｒｏｅ格式更强;在本文情况下,ｍｉｎｍｏｄｌｉｍｉｔｅｒ的激波、膨胀波的分辨率比ａｌｂａｄａｌｉｍｉｔｅｒ还好     

用四阶Runge-Kuta法和TVD格式求解两维跨超音流场

利用坐标转换给出两维任意曲线坐标系下雅可比矩阵特征值、特征向量及Harten型TVD格式的详细表达式, 并结合四阶Runge-Kuta法发展了一种新的、有效的求解超音、跨音流场的算法。数值计算表明, 本文的方法可有效地求解跨音流场。      

紧致格式数值模拟超音速粘性绕流问题

通过数值求解可压Navier-Stokes方程的方法计算了球锥粘性绕流问题。方程中粘性项按通常办法逼近,为改善收敛速度利用了文[1,2]中之算子附加修正方法。方程中之流向导数利用了四阶精度的紧致差分。这是由于该方向上流动参量光滑和边界条件易于处理的缘故。在法向方向上利用了中心差分。对差分方程之隐式部分利用了近似因式分解法。由于选用了文[3]中之特殊Jacobiall系数矩阵分裂法而使计算工作量大为减少。用这种方法计算了超音速粘性绕流问题。计算结果与实验结果相符很好。     

高温高压超音速气液两相流场数值模拟

采用欧拉-拉格朗日方法对燃气-蒸汽发射动力装置内高温高压超音速燃气中的横向喷雾的气液两相流进行了数值模拟研究，气相采用RK-AUSM+格式求解N-S方程，液相应用颗粒轨道模型，两相之间的耦合通过在气相各守恒方程中添加源项来实现。针对不同的喷水孔径、喷水压差以及水汽质量比进行了数值模拟计算，分析了各种条件下的液滴蒸发情况以及对气相流场和能量输出的影响，为燃气-蒸汽发射动力装置的设计优化和能量调节技术提供了理论依据     

矢通量分裂显式格式及二元喷管射流模拟

本文在较常用的显式两步格式的基础上,采用 Steger- Warming形式的矢通量分裂 (简称矢分或 FVS)的原理,提出了一种矢分二阶精度显式两步格式。在分析了格式的各种特性后,与Mac Cormack格式进行了实算对比。又给出了某二元喷管射流问题的模拟实例。计算结果表明,矢分与该显式格式的配合具有矢分法的基本优点和计算稳定、速度较快的优点。      

实用S形进气道内部流动特性研究

根据ＹａｎｇＪＹ的思想构造了一种求解湍流ｋ－ε模型方程的有限差分格式—湍流Ｕ－格式。采用此种方法以及一种完全Ｎ－Ｓ方程解算器对变截面Ｓ形弯曲进气道内部旋涡湍流运动进行了研究,通过大量型号设计与计算证明了本套方法可以正确地描述流场中的分离、二次旋涡等重要物理现象。作为一种特例,本文给出了一种Ｓ形进气道内部流动的数值模拟结果,并与圆截面Ｓ形弯管的计算结果进行了定性比较。     

皮托管式轴对称进气道跨音速内,外流场的AF—2方法计算

本文构造了轴向大扰动,径向小扰动轴对称速势方程的AF-2分解格式,计算了IC型皮托管式进气道的跨音速内外流场,并对这种分解格式进行了线化的稳定性分析。分析表明:AF-2方法的稳定性优于SLOR方法,其收敛速度至少比SLOR方法快10倍。