用三维N—S方程计算钝体绕流

本文采用有限体积方法求解三维低速Ｎ－Ｓ方程，研究了三维钝体和类汽车物体的绕流。用中心差分和迎风差分的混合差分格式构造代数方程组，采用了隐式和显式相结合的方法使主对角元素占优以提高迭代求解过程的稳定性。利用压力校正算法，采用面松驰迭代来实现方程的求解，湍流的计算采用了标准的双方程模型，本文给出了钝体和类小汽车外形的计算结果，钝体的计算结果和实验结果进行了对比，与其它方法的计算结果也进行了对比，它们之     

用三维N－S方程计算钝体绕流

本文采用有限体积方法求解三维低速Ｎ－Ｓ方程，研究了三维钝体和类汽车物体的绕流。用中心差分和迎风差分的混合差分格式构造代数方程组，采用了隐式和显式相结合的方法使主对角元素占优以提高迭代求解过程的稳定性。利用压力校正算法，采用面松弛迭代来实现方程的求解。湍流的计算采用了标准的双方程模型。本文给出了钝体和类小汽车外形的计算结果。钝体的计算结果和实验结果进行了对比，与其它方法的计算结果也进行了对比，它们之间具有合理的一致性。     

分布存储结构并行处理机上隐式有限差分算法并行尝试

通过对传统的Beam-Warming隐式格式的并行化尝试,实现了无粘和粘性空气动力学方程的并行求解。计算中采用了SPMD并行编程模式,并将静态非重叠网格区域分裂技术用于建立计算区域和并行处理系统处理器节点之间的映射。结果表明原等价串行算法的稳定性和收敛性被基本保留,获得的加速比和并行效率较为满意。     

钝体前激波的数值模拟

本文通过直接求解N-S方程,研究激波问题,对是否可以和如何用直接求解N-S方程来处理超跨声速流进行了探索,在对粘性项的处理建立可压缩流体的压力校正方程和计算方法等方面均提出并实施了新的方法,最终得到了基本合理的数值计算结果。     

应用TVD格式分离求解不可压N-S流动

提出一种新的将连续方程与动量方程分离求解的TVD引用方法。对动量方程中的对流项采用三阶精度、迎风TVD格式离散, 粘性项和压力项采用中心差分格式离散。压力采用压力替代法求解。计算所用的网格是具有交错网格主要特点的修正非交错网格, 并采用一种压力修正法和G-S中心对称迭代法加速收敛。给出了二维管流和二维空穴流动在不同状态下的计算结果, 并与其它解法的计算结果或精确解进行比较。结果表明, TVD格式不仅能用于不可压流数值计算, 而且还能得到比非TVD差分法精度更高的结果。      

并行的多重网格方法在离散伴随优化中的应用

伴随优化方法在飞行器气动外形优化设计方面的应用越来越广泛,但以精细减阻等为目标的优化,面对真实飞行器仍然存在计算量大、计算周期长的问题。将多重网格技术结合并行技术运用于基于非结构混合网格、雷诺平均Navier-Stokes方程的离散伴随方程的求解,提高了离散伴随优化系统的整体效率。给出了伴随方程多重网格计算中的延拓和限制算子,采用V循环比较了不同层数的加速效果和粗网格残差计算方法对目标函数梯度敏感导数的影响。结合Metis分区技术,提出了适合伴随方程的数据并行传递简化方式,使伴随方程在300个并行分区计算时加速比仅比理想加速比低13%。采用发展的高效优化系统,选取了112个设计变量,对DLR F6翼身组合体跨声速状态进行减阻优化,使机翼空间激波得到弱化,阻力减小9counts。模拟验证结果表明,建立的高效的飞行器气动外形优化设计系统在三维真实飞行器外形优化方面,具有良好的应用前景。     

用二维N—S方程计算汽车流场的地面效应

采用有限体积方法求解了Navier-Stokes方程,计算了绕二维类汽车物体的绕流并研究了地面效应。在非正交网格系统上以强守恒形式构造出有限体积方程,采用压力校正算法来求解所得到的方程。对于湍流情况,采用了双方程模型的κ_ε模型。 为了验证采用本程序计算移动壁面效应的正确性,本文给出了Couette流动的计算结果。 本文也给出了汽车绕流的计算结果,它包括层流情况,从汽车头部开始由层流转为湍流的混合流动情况及湍流情况。对于每一种情况都比较了移动壁面的计算结果和固定壁面的计算结果。     

基于离散伴随方程求解梯度信息的若干问题研究

基于自主研发的大规模并行化结构化网格RANS求解器PMB3D,开展了黏性离散伴随方程构造、求解方法的研究与讨论。首先对离散伴随求解梯度的思想进行简要介绍,进一步对无黏项、人工黏性项、黏性项部分对离散伴随方程贡献以及变分推导进行了详细介绍;文中对离散伴随方程无黏项、黏性项边界条件实现形式进行了详细研究,并对关键模块变分推导的一些简化方式进行了研究讨论,通过典型宽体飞机标模、外压式超声速进气道算例,分析了所采用的简化处理方式对不同问题梯度求解精度的影响。最后在并行化求解、时间推进以及加速收敛方面进行了探讨、验证。数值模拟表明,文中采用的离散伴随方程形式更有利于程序化、模块化,梯度计算精度完全满足气动优化设计需要。     

双三角翼大迎角绕流的并行计算

本文在ＬＵ－ＳＧＳ方法求解可压缩Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的串行程序基础上,发展了适合ＭＰＰ系统类型的并行计算机的并行算法程序,并针对双三角翼大迎角绕流问题,就不同的并行计算方法进行了对比研究,探讨了优化并行策略,提高计算效率和计算加速比等问题。     

基于流场/声爆耦合伴随方程的超声速公务机声爆优化

基于自主研发的大规模并行结构化网格CFD求解器PMB3D以及并行化伴随方程求解器PADJ3D，开展了流场/声爆伴随方程的求解研究。首先采用标准算例，对内部CFD代码PMB3D软件和声爆预测代码进行了声爆计算可信度验证，以及声爆强度对近场声压梯度的校核。针对并行环境下多块对接网格的近场声压提取操作的复杂性，提出了"包围盒"的方法实现并行环境下近场声压装配单元编号、网格块编号以及对应的进程编号确定，基于声爆计算坐标将并行传递的数据进行一维排序，为声爆预测、伴随方程以及梯度求解提供输入条件。通过线性插值雅克比矩阵实现均匀坐标系梯度信息向非均匀坐标转换，并进一步根据结构化网格特征提出了插值原则，简化了近场声压转换雅克比矩阵的变分。通过装配单元记录，实现声爆强度对流场守恒变量的变分结果向各个进程装配，将装配结果作为流场伴随方程的右端项实现流场声爆耦合伴随方程的求解。此外，对小型超声速公务机开展了声爆优化，对比分析了设计前后的声压及其频谱特性。     

基于燃气发生器法的小型中涵道比发动机性能计算分析

为了研究小型中涵道比分排涡扇发动机装机性能,建立了基于燃气发生器法的性能计算模型。由CFD数值模拟计算喷管特性,由发动机地面台架试验及针对小型中涵道比的特点发展的修正方法获取内外涵喷管进口总压和总温的修正系数曲线,经高空模拟台试验验证,发动机最大状态下的推力计算误差≤0.5%。再基于飞行试验测试数据,计算得到发动机在装机条件下的空气流量与飞行推力,与发动机设计厂家的模型计算结果相比,发动机各状态下推力最大误差≤1.3%,流量最大误差≤2.5%。结果表明：发展的性能模型修正方法适用于小型中等涵道比涡扇发动机的装机性能确定;同时修正中等涵道比分排发动机的内外涵喷管进口压力可提高模型推力计算精度;同时修正小流量分排发动机内外涵喷管进口温度可提高流量计算精度。     

三维分块非结构化网格上的可压缩流计算方法

提出了分块非结构化网格生成方法,通过子块划分、子块网格划分、整体网格拓扑连接生成可局部加密的分块非结构化网格,既具备了非结构化网格对复杂区域的处理能力,又避免了分块结构化网格块间信息传递的复杂计算过程.通过将密度修正值引入压力修正方程,发展了非结构化网格上可压缩流动的SIMPLE算法.对孤立翼型及透平叶栅的流动进行了数值计算,压力系数、速度、折转角的数值结果与已有的实验值吻合较好,验证了数值方法的精度.      

有限分析方法求解粘性可压缩紊流

本文将有限分析方法进一步推广到粘性可压缩紊流流场的数值研究, 在贴体座标网格上数值分析了单列和串列叶栅内粘性可压缩紊流流场。计算表明, 有限分析方法具有数值精度高, 稳定性好和收敛速度快等优点, 适于粘性可压缩紊流流场数值计算。      

战斗机进排气一体化试验数据修正方法

为提高战斗机进排气一体化试验数据准度,基于推阻划分原理,提出了一种修正进气道内流和迷宫密封压差影响的试验数据修正方法。为提高修正可靠性,在总压测量方面,采取了按流场均匀度布置测量点的方法,对流场均匀度较差区域进行测量点加密,提高了总压测量准度；在总压计算方面,采用加权平均法计算平均总压,提高了总压计算准度。为验证该修正方法,在FL-14风洞开展了某型战斗机进排气一体化试验,试验结果表明:修正方法对试验精度影响在国军标相关试验精度指标范围内；本修正方法仅适用于中等迎角以下的进排气试验数据修正；与未修正试验结果相比,修正后的全机升力线斜率和升力值减小,阻力值增加。      

二次空气系统一维非定常计算方法

研究了燃气轮机二次空气系统的非定常计算方法.通过将整个二次空气系统划分为两部分,特征"长"元件以及局部损失元件.特征线法用于单个特征"长"元件的求解,通过将连续方程、动量方程、能量方程构成的偏微分方程组转换为常微分方程组并联立求解,可以充分考虑内部流动与换热的相互影响;基于压力修正的流体网络法则用于由多个局部损失元件组成的局部流体网络,首先对动量方程组进行求解,进而对各自的能量方程进行求解.如何在采用这两种方法进行求解的上述两类元件之间进行数据交互将被讨论.此外,所提出的时间步长定义方法以及改进的元件计算模型使得二次空气系统的非定常分析得以实现.计算程序经与某系统定常实验数据及单个元件的非定常计算数据进行对比,在10s的计算时间内,基于特征线法得到结果与CFD数据偏差达到10.2%,结果表明该计算程序可以满足二次空气系统非定常计算的要求.     

指尖密封泄漏特性数值计算与试验研究

为了研究不同压差和转速下指尖密封的泄漏特性,建立了CFD多孔介质数值计算模型,计算分析了某型航空发动机指尖密封泄漏特性。为有效验证数值计算模型的有效性,进行了一定压差、转速工况下指尖密封泄漏特性试验。针对压差和转子离心膨胀导致的多孔介质参数改变,根据试验结果对计算方法进行了分析,引入了压差修正系数C_k和离心膨胀修正系数k,并对修正系数进行了确定及验证。结果表明,未引入压差修正系数C_k和离心膨胀修正系数k时,计算得到的指尖密封泄漏特性与试验值会随着压差和转速的增加而偏离;引入压差修正系数C_k和离心膨胀修正系数k后,计算结果与试验值一致,未随着压差和转速的增加而偏离,最大偏差小于11%,平均偏差小于6%。     

飞行器亚、超音速气动载荷数值计算

应用Greem函数法数值模拟飞行器的气动载荷。给出了求解亚、超音速定常和非定常载荷的统一方法。数值模拟中釆用双曲四边形代替四边形元素;采用联合流场概念改进诱阻计算;并用计算机绘图原理核查输入的几何参数是否正确。以矩形翼及双三角翼航天飞机(089B模型)为例进行了数值模拟,结果与试验数据符合较好。     

燃烧室中辐射热流分布的蒙特卡罗计算

本文用蒙特卡罗法计算了燃烧室壁面辐射热流密度分布。计算中考虑了燃气参数如:压力、温度、燃气组分及燃气的吸收和发射特性沿燃烧室轴向、径向和周向的变化。详细地说明了计算过程并进行了算例计算。计算所得热流密度值与分布规律是合理的。      

湍流模型对三维翼梢涡流场数值模拟的影响

 梢涡流场数值模拟对减少梢涡的不良影响意义深远。应用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方法建立了三维翼梢涡流场数值模型,选用的湍流模型包括两种经典两方程模型和一种代数雷诺应力模型。计算内容包括翼梢涡流场速度分布、压力分布及涡核位置,为了准确模拟梢涡涡核内系统旋转和流线曲率影响,将旋转和曲率修正方法应用于选用的湍流模型中。计算时对翼梢涡涡核处网格进行了加密处理。将计算结果与实验结果对比后发现,修正后的湍流模型较标准湍流模型明显提高了预报精度,与实验结果吻合较好,具有工程应用价值。     

冷热两股气流在圆管内掺混的速度场、温度场与辐射通量场的数值方法

用数值方法求解冷热两股轴对称平行射流在圆管内掺混的流场、温度场和辐射通量场。计算采用一种通用性的数值方法,其特点是强烈地以物理本质为基础,而不仅仅是单纯的数学推导。这样做,能方便地分析和解释计算结果,使之更真实地接近于实际。 通过计算,分析了当引射系数改变时,掺混的流场,温度场和辐射通量场的变化规律,其结果与实验数据比较一致。