基于浸入边界法的低雷诺数流固耦合数值模拟(英文)

提出一种基于SIMPLE算法的非定常流固耦合计算方法。流体Navier-Stokes方程空间采用非结构化网格有限体积法离散,时间项采用了欧拉隐式方法。利用浸入式边界方法模拟静止或者运动固体区域,流固界面作用力通过流体体积(VOF)方法进行处理。从而可以用固定网格求解任意复杂区域中的流固耦合作用。本文模拟了低雷诺数静止及振荡圆柱绕流,所得结果与文献中贴体网格计算结果吻合,从而验证了本文方法的合理性和正确性。     

燃油直接喷射入横向气流中雾化机理数值研究

采用商业软件Fluent对燃油直接喷射入横向气流中的破碎雾化过程进行数值模拟,选用欧拉-欧拉方法中的VOF（volume of fluid）耦合level-set方法模拟气液两相流动.数值模拟了横向气流中燃油直接喷射射流破碎雾化过程及其相应流场信息,分析了流场结构对液柱破碎雾化过程的影响,获得了横向气流中射流破碎点位置以及射流穿透深度,并与试验数据进行了对比.数值计算结果表明:①采用VOF耦合level-set算法能够较好地模拟射流喷入横向气流中燃油破碎雾化过程;②由于反向旋转的涡对的存在,使得液膜和液滴沿着展向（y向）输运,对于液滴的二次雾化起到促进作用;③射流液柱总是在喷嘴下游约8倍直径处开始破碎,且破碎点位置取决于喷嘴几何特性.      

一种强耦合Spalart-Allmaras湍流模型的RANS方程的高效数值计算方法

在工程实际中,一方程湍流模型或两方程湍流模型的求解通常和雷诺平均Navier-Stockes (RANS)方程的求解是解耦的,也称之为松耦合求解.在松耦合求解过程中,RANS方程和湍流模型方程通常采用不同的数值方法异步求解.这种求解方式很容易产生因两者计算精度不一致而引起的额外数值耗散.为了消除这种耗散,将RANS方程与Spalart-Allmaras模型方程耦合成一个系统方程——强耦合RANS方程,并发展了一种用于求解该系统方程的高效强耦合算法,其中对流项离散采用了Roe格式,时间项的离散采用了隐式LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)格式,为了提高计算效率,采用了三层V循环多重网格方法.通过翼型/机翼和振荡翼型/机翼等算例验证了本文发展的强耦合算法不仅具有较好的收敛性,而且计算精度明显优于松耦合算法,特别对于阻力的预测,强耦合算法更加准确.     

用多重网格法模拟三维流动

采用多重网格法模拟三维流动。控制方程在三维直角或圆柱坐标系中通过有限体积方法进行离散 ,SIMPLE算法对速度与压力进行耦合 ,亚松弛策略提高离散方程的收敛速度。在压力方程的求解过程中 ,界面速度应用由Rhie、Chow和Majumdar等人提出的动量方程插值法来剔除不合理的压力波动。三维流动算例表明采用多重网格法模拟三维流动可以得到良好的计算精度和收敛性。     

背压对液体离心喷嘴内液膜厚度的影响

从理论分析和数值计算两方面研究不同背压下的液体离心喷嘴内液膜厚度.在经典理论的基础上建立的包含气液界面摩擦作用的损失系数理论模型并不足以体现背压对液膜厚度的改变;通过使用旋转轴对称模型在自适应网格中求解耦合VOF(volume of fluid)方程的Navier-Stokes方程组的数值模拟表明,随气体密度增加而减小的气液界面附近过渡区域中的平均速度分布是导致液膜厚度增加的原因.      

电磁阀动态特性的流固耦合模拟研究

为了研究液体火箭发动机高压供气系统中电磁阀的动态特性,采用流固耦合方法对电磁阀进行数值模拟。结构采用单自由度质量弹簧阻尼动力学模型描述,纽马克算法(The Newmark Method)求解。流场控制方程为非定常Euler方程,采用弹簧近似动网格的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)有限体积法求解。应用新型流固界面算法,采用"虚拟挡板通气"技术实现电磁阀开启/关闭引起的流场拓扑变化。数值模拟讨论了影响电磁阀动态特性的设计因素。模拟发现,存在19%能量损耗的主阀-气缸碰撞模型相对无损耗模型使阀门开度达到稳定状态的时间缩短一半,表明碰撞模型是电磁阀动态特性的重要影响因素。     

电磁阀颤振的流固耦合模拟研究

采用流固耦合数值模拟研究了液体火箭发动机高压供气系统中的电磁阀在地面试验中出现的不稳定现象。固体结构采用质量弹簧阻尼单自由度模型描述,纽马克算法(The Newmark Method)求解;流体控制方程为三维Euler方程,采用基于弹簧近似动网格的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)有限体积格式求解。程序应用了新的离散几何守恒律和流固界面算法,采用"虚拟挡板通气"技术实现电磁阀开启过程引起的计算区域拓扑变化。验证算例表明程序的有效性及算法的精度。数值模拟复现了试验中出现的故障,认为故障机理是典型的颤振现象,指出电磁阀和减压器之间的管路长度是影响气体激振力频率的主要因素。     

高超声速连续/稀薄流自适应界面推进重叠网格方法及应用研究

根据高超声速飞行器在过渡流域飞行时绕流流场具有连续流与稀薄流并存的特点,提出了一种适用于混合流场自适应界面推进的多尺度重叠网格方法。用两套独立生成不同尺度的结构网格和非结构网格覆盖整个流场。根据连续/稀薄流界面失效函数的截止值在结构网格内进行自适应"挖洞"。在挖洞后的稀薄流区利用非结构网格DSMC方法进行计算;在连续流区的结构网格内采用基于N-S方程的CFD算法。两种算法进行耦合计算和求解,在连续/稀薄流分界面进行流场信息的插值、交换和处理。根据流场实时耦合计算结果,利用界面失效函数自适应改变两套网格的重叠部分。最后,通过对超声速圆柱和高超声速带扩张角圆管绕流的数值模拟,验证了方法的可行性和有效性。     

纤维增强复合材料细观温度场计算

对高阶理论的原始算法进行了改进,采用界面的平均温度替代了假设温度函数的系数做为求解的未知量,并利用了子胞的热传导方程,建立了热流与平均温度间的关系,进一步求解出温度场。改进后使求解的方程数目减少了大约60%,求解时间大大缩短;并且消除了亚子胞的概念。结果表明,该方法计算的复合材料细观温度场结果与理论解和有限元解具有较好的一致性。      

方形截面导弹摇滚特性数值研究

采用隐式耦合求解RANS方程与滚转运动方程的方法研究了方形截面导弹的摇滚运动特性。耦合求解过程采用隐式处理提高了求解精度,采用强迫摇滚得到了自由滚转静导数和动导数;采用与摇滚方程的耦合求解得到了方形截面导弹模型在不同迎角下的自由摇滚历程。两种研究结果均显示随着迎角的增加,方形截面导弹将由滚转稳定变为不稳定,并形成极限环振荡,即摇滚;随着迎角进一步增加将形成滚转发散。两种分析方法所取得的结果与试验结果吻合较好。     

改进虚拟流体方法在气-水界面捕捉中的应用

提出了一种改进的Ghost方法,通过求解双介质的Riemann问题,将全部解参量外推得到虚拟流体状态参量,使单一的气-水间断问题转化为两个单介质的Riemann问题。流场控制方程求解采用二阶NND格式,LevelSet方程用五阶WENO格式离散,实现了对气-水界面稳定而准确的捕捉。激波与气-水界面作用的一维和二维算例验证了程序的有效性。对气液两相均运用可压模型,计算了单个水滴被马赫数为2的空气激波扫过后的二维变形过程。     

基于双向最近邻准则的编队预定目标选择方法

相比传统的预定目标选择方法,基于编队形状的反舰导弹预定目标选择方法是一类性能优越的新方法。其原理是利用导弹飞行期间舰艇编队形状的相对稳定性,并将发射前装订的编队形状和末制导雷达探测到的编队形状表示为2个点集,通过点集匹配实现预定目标选择。提高这类算法性能的关键在于研究合理的点集距离函数。文章提出一种基于共同点的距离函数,研究了其抗干扰的机理,并证明其计算过程可通过双向最近邻准则实现。仿真试验表明该方法性能优于以往的MHD方法。     

资源约束项目调度问题的粒子群优化算法求解

介绍了应用粒子群优化算法求解资源约束项目调度问题的实现方法。建立了资源约束项目调度问题的数学模型,提出了确定资源约束项目调度问题解空间的办法。采用不同的策略处理前后约束和资源约束。编制了粒子群优化通用程序并对典型项目实例进行了优化,优化结果验证粒子群优化算法求解资源约束项目调度问题的有效性。     

MIMO雷达中一种降维MUSIC的相干角度估计算法

研究单快拍下双基地多输入多输出（Multiple—InputMultiple-Output,MIMO）雷达中相干信源的离开角（Directionofdeparture,DOD）与到达角（directionofarrival,DOA）联合估计问题。利用单快拍下双基地MIMO雷达的接收信号构造一组Toeplitz矩阵,利用这组ToepIitz矩阵重构一个信号矩阵,提出一种基于降维多重信号分类（ReducedDimensionMultipleSignalClassification,RD-MUSIC）的DOD与DOA联合估计算法。提出的算法能够有效估计相干信源以及非相干信源的角度,实现角度的自动配对,并且角度估计性能远优于FBSS—ESPRIT算法以及ESPRIT-like算法。仿真结果验证了算法的有效性。     

基于优势关系粗糙集的属性约简算法

针对目前对不同信息系统下优势粗集的处理几乎都是将其划为单值完备信息系统来处理这种现象,以及基于区别矩阵和基于正域的属性约简算法是不等价的这个问题,提出了一种基于单值完备信息系统的快速属性约简算法。首先,提出了对象集约简;其次,使用基数排序思想计算;再次,结合了区别矩阵和正域约简2种算法,在大量提高算法时间复杂度的同时提高了算法的可信度;最后,采用实验验证了约简算法的实用性。     

标量图像测速原理及数值检验

标量图像测速是一种新型的能够测量微小结构的湍流实验测量系统,其理论依据是Schmidt（Sc）数〉1的标量湍流里,标量场脉动的时间尺度和空间耗散尺度要小于对应的速度场脉动的时间尺度和空间耗散尺度,标量脉动比速度脉动具有更强的间歇性,标量场所含信息大于速度场所含信息,从高＆数标量场提取速度场是可能的。笔者详细介绍了标量图像测速原理,并在积分最小化法思想指导下根据标量输运守恒方程及限定条件,建立了积分最小化标量图像测速的数学表示。通过变分法,获得了积分空间每个点的三个速度分量的欧拉特征方程,对欧拉特征方程离散化即可在积分空间建立一线性稀疏方程组。采用变分迭代法对此线性稀疏方程组进行求解即可获得三维速度场,据此采用积分最小化法建立了标量图像测速图像处理系统。还介绍了四维标量场（三维空间加一维时间）的图像采集原理,并采用DNS数据对标量图像测速处理系统进行了数值检验,检验结果表明标量图像测速技术所求解的速度场和DNS精确解之间在结构上是十分相似的,标量图像测速可以正确地提取速度场。     

基于Contourlet的SSIM图像融合质量评价方法

利用contourlet能有效表示图像的边缘和轮廓信息的特点,并将其引入到图像融合后的评价中,提出了一种基于Contourlet的结构相似度(SSIM)图像融合质量评价方法。以失真信道模拟融合过程,通过对标准参考图像与融合图像之间的结构相似度来实现对融合方法、融合规则性能优劣的评判。实验表明该方法与主观评价方法有很好的一致性,且与经典的SSIM算法相比具有更好的区分度。     

改进最近邻算法及其在雷达目标识别中的应用

最近邻（Nearest Neighbor,简记NN）算法是一种广泛采用的非参量模式识别方法,其渐近分类错误概率不超过Bayes错误概率的两倍。但NN算法需要存贮的训练样本较多。剪辑最近邻算法通过对训练样本进行预处理,改善了NN分类器的渐近性能,也略减少了设计NN分类器所需要存贮的训练样本,但需要存贮的样本仍然较多。     

基于 SURF算法和 Kalman预测的运动目标跟踪

SURF(Speeded Up Robust Feature)特征提取方法是SIFT(Scale Invariant Feature Transform)算法的改进,具有速度快和精度高等特点,但其对于较大尺寸图像的匹配速度仍然有待提高。文章提出了一种将基于SURF特征匹配算法与卡尔曼滤波相融合的目标跟踪算法,该算法用特征点的中心近似目标最佳位置;通过卡尔曼滤波预测出当前的目标位置,建立自适应匹配窗口;最后,应用SURF算法提取窗口内的特征向量进行匹配。实验表明,该算法在目标发生大尺度旋转和缩放、部分遮挡时能够稳定跟踪,其跟踪速度比SURF算法有很大的提高。     

一种时域稳定参数预报与最优估计兼容的参数辨识法

 本文导出一种基于时域稳定的参数预报与最优估计兼容的状态估计和参数辨识算法。这种算法将系统辨识分为三步:1.以辨识系统预报误差渐近稳定为准则的参数预报;2.以预报参数为条件的状态估计;3.对参数和状态的后验修正。即一般分割辨识算法（GPIA）与模型参考辨识算法（MRIA）相结合的兼容辨识算法。本文将这一算法用于飞行器气动系数和控制导数的辨识,并与GPIA算法所得结果相比较。