Maxwell方程的高阶间断有限元数值解法

采用高精度方法求解时域Maxwell方程,方程的空间离散采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)领域的高阶间断有限元格式,非定常时间迭代采用四步龙格-库塔格式。为了提高计算效率,本文采用了Quadrature-free implementation和网格分区并行技术。数值结果表明,采用高阶格式的情况下,采用稀疏网格便可以得到高精度数值解。另外由于本文的方法基于非结构网格,因此非常适合计算复杂外形的情况。     

三维非结构混合网格高超声速流场并行计算

在非结构混合网格上对三维高超声速化学非平衡粘性绕流进行了基于PC-Cluster的分布式并行数值模拟.本采用区域分裂思想,研究了三维非结构混合网格区域自动分解技术,并以此为基础对高超声速化学非平衡绕流进行了并行数值计算.控制方程为多组分N-S方程,空间离散采用有限体积格心格式,时间推进为显式Runge-Kutta格式.化学非平衡动力学模型为七组元带电离反应模型,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法.在PC-Cluster上对三维双椭球模型的高超声速绕流流场进行了基于区域分解技术的并行数值模拟,所得数值结果与参考献中的结果作了对比验证。     

三维复杂外形非结构网格的生成及应用

以 Delaunay方法为基础生成了三维复杂外形的四面体非结构网格。这种方法的特点是先布结点 ,然后按 Delaunay准则将其连接起来。与其他方法相比 ,其好处是能较好地根据计算需要控制网格点的疏密 ,提高计算效率 ,其运行过程也较稳定。在布点过程中采用了背景网格 ,使点的生成自动而合理。文末给出了 M6机翼和简化航天飞机的数值算例。     

三维有限元网格的自动划分

本文作者从研究结构的数学模型入手,讨论了建立三维结构有限元计算模型的方法。成功地获得了一些具有应用代表性的三维板壳和块体结构有限元计算网格的自动划分原理和算法。     

二维非结构网格DSMC方法的实现及其应用

研究了非结构网格DSMC方法实现的过程，将Bird位置元方案中的子网格思想引入到非结构网格上来，只存储子网格的总体标识号，做到了利用较少的计算网格提高分子的分辨率和计算精度；提出了将面积元坐标搜索算法与交替数字二叉树搜索算法(ADT)相结合来跟踪模拟分子在网格之间的迁移；使用ADT方法判别分子与物面是否相交，节约了计算时间；最后对过渡流域高超声速绕流进行了数值试验．结果表明这种方法的可行性、高效性及算法的通用性。     

三维Euler方程的自适应八叉树结构直角网格算法

给出了三维自适应八叉树结构直角网格的生成方法，采用了以几何外形为基础的网格加细方法，并解决了网格生成过程中的若干难点，使网格生成更简便迅速，产生的网格更适合于Ｅｕｌｅｒ方程计算。在计算中采用以中心差分为基础的Ｊａｍｅｓｏｎ的有限体积法和以面为基础的通量计算方法，减少了工作量。在物面边界处采用通量分解的方法实现边界条件，简单易行。本文对前机身、单个及多个外挂等问题进行了数值实验。结果表明，计算与实验符合较好。     

围绕旋翼飞行器的三维结构化运动嵌套网格生成方法

考虑到旋翼飞行器的旋翼各种运动和机身复杂外形特点,建立了一种鲁棒性高的三维结构化嵌套网格生成方法。采用三维Poisson方程对初始网格进行迭代,获得了高质量的旋翼桨叶三维结构化网格。以此方法为基础,以复杂外形几何体表面网格为初始网格,建立了一种抛物型法向外推方法。推进过程中,使用经抛物化处理的新Poisson方程进行光顺迭代,源项由Hilgenstock法确定,有效克服了椭圆型方程生成网格时边界点较难调整的困难。通过网格最小正交度的检测,表明了该抛物型方法的先进性。进一步将高效的挖洞法("Top map"法)和贡献单元搜寻法("Inverse map"法)引入上述三维结构化网格生成中,建立了围绕旋翼飞行器的运动嵌套网格生成方法,采用RANS方程分别对Caradonna-Tung旋翼和V-22倾转旋翼机流场进行计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)计算,表明该网格生成方法能够满足CFD计算的需求。     

基于三维非结构网格的连续伴随优化方法

基于非结构网格,采用Euler方程、连续伴随方法以及自由形面变形技术(Free-form deformation,FFD)结合序列二次规划(Sequential quadratic programming,SQP)优化算法,开发出了三维飞行器的气动外形优化代码。应用Fortran 90语言,动态存储数组和指针,节省了内存。采用Roe形式的二阶迎风格式和LU-SGS隐式时间离散格式求解连续伴随方程,同时采用一种新的参数化坐标求解方法,使得FFD技术更加鲁棒。和有限差分方法求得的梯度进行比较,验证了连续伴随方法所求梯度的正确性,实现了ONERA M6机翼的减阻优化,证明本文开发的优化代码能够实现三维气动外形的减阻优化。     

双级涡流器环形燃烧室整体流场数值模拟

在任意曲线坐标系下对包括扩压器、双级涡流器及火焰筒在内的环形燃烧室三维两相燃烧整体流场进行数值模拟。由于环形燃烧室形状复杂,采用偏微分方程法与整体分区结合法生成环形燃烧室整体网格。所用的数学模型有:k-ε紊流模型、EBU-Arrhenius紊流燃烧模型、六通量热辐射模型以及颗粒群轨道模型等。在非交错网格系下,气相采用SIMPLE算法求解,液相采用PSIC算法求解。数值分析不同燃烧室进口气流参数以及涡流器几何尺寸对燃烧室流场的影响,并将计算结果与实验数据进行了比较。结果表明本文的计算方法合理性可用于环形燃烧室的研制与优化设计。     

粘性非结构网格生成方法及绕流计算

运用非结构网格进行计算时，需要在物体附面层区域内生成高展弦比的三角形网格。本文给出了一种基于物理学中弹簧原理的粘性非结构网格生成新方法－－挤压法，它能有效地实现粘性区域内位伸网格到附面层外一般非拉伸网格的光滑过渡。然后在非结构粘性网格上对Ｎ－Ｓ方程运用有限体积法进行了数值计算，ＮＡＣＡ－００１２翼型以及平板层流的数值试验结果较为满意。     

三维非结构网格的生成及其应用

采用阵面推进法生成了高质量的三维四面体非结构网格，该方法的特点是在生成单元的同时引入结点，与其他预布结点的方法相比，其好处是能更好地控制网格单元尺度在整个计算域的合理２并提高网格质量。用Ｄｅｌａｕｎａｙ方法连接存储有控制参数的结点生成了背景网格。网格生成过程中采用了合理的数据结构，有效地提高了程序运行效果，最后给出了Ｍ６机翼的数值算例。     

一种基于块结构的非结构网格快速生成方法

以阵面推进法为基础,提出了一种用预制模块的方法实现在平面域内生成非结构网格的新方法,即模块方法。模块是由一组三角形构成,文中以三角形模块为例,介绍了网格模块的预制方法。网格的生成是根据空间步长的背景信息,从预存的网格模块中选取当地合适的模块,直接复制或变形到计算区域实现的。由于生成过程中每一步引入的是预制的网格模块而不是传统的单个三角形单元,因此可期望新方法要比传统方法快得多。算例显示了新方法的快速网格生成过程,该方法具有推广应用前景。     

超声速化学反应流场迎风格式数值模拟及并行计算

基于有限体积迎风格式对超声速燃烧流场进行了的数值模拟.由于超声速燃烧流场绕流的复杂性,要求对多组分Euler/N-S方程求解的数值模拟方法应具有较高的计算精度及效率.本文引用辅助点方法建立了具有空间二阶精度的van Leer迎风矢通量分裂格式,并应用于超声速燃烧流场绕流的数值模拟.化学反应为氢气/空气十反应模型,采用考虑了化学反应特征时间的当地时间步长显式Runge-Kutta时间推进格式.对钝头体模型爆轰现象、后向台阶氢气喷射及二维内外流超声速燃烧流场模型进行了区域分裂技术的并行计算.计算结果与参考文献作了对比,得到了满意的结果.     

非结构网格生成技术

描述了非结构网格生成的过程,网格的生成方法基于Delaunay 三角形方法,并对物面附近网格进行拉伸以便获得在边界层内高拉伸比的三角形单元。网格的生成过程分两部分:(1) 按Delaunay 三角形方法生成适于无粘情况下的非结构网格。(2) 对近物面的部分三角形单元进行拉伸,使生成的网格能适用于粘流。使用上述方法本文构造了二维弯管内绕叶栅区域的非结构网格     

非结构网格二维理想MHD绕流逆风格式解法

在非结构网格上发展了针对二维理想磁流体方程组的逆风格式求解方法.控制方程中的对流项采用AUSM格式处理,时间推进采用显式5步龙格-库塔方法.为了消除计算中产生的磁场散度的影响,引入了双曲型散度清除方法.通过对磁流体激波管问题的求解验证了该方法对激波的捕捉能力,对有均匀磁场干扰下的喷管流动情况进行了数值模拟,并与文献中结果进行了对比.计算结果显示了磁场对磁流体流动的干扰效应,该结果与参考文献中的数值模拟结果相吻合.     

面向体三维显示器的图形算法设计

针对一种基于旋转双螺旋屏幕逐层扫描技术的体三维显示系统,设计并实现了一套支持真实空间三维显示的图形算法体系.算法核心主要包括立体图元的体素化,切片图像渲染和投影同步控制等3个环节.图形系统通过离散三维网格模型获取体三维显示需要的体数据,并根据螺旋屏幕的几何特征将物体的体数据集渲染成切片图像序列发送至高速投影单元,在保持投影与屏幕旋转同步的情况下,快速变换的投影图像基于视觉暂留融合成具有真实物理深度的三维影像.算法在体三维显示器样机上进行了验证,显示的三维影像占据真实物理空间,具备全方向观察角度,围绕显示器可直接观察到立体图像各个不同侧面,如同观察真实物体一样.     

GENERATION AND APPLICATION OF UNSTRUCTURED ADAPTIVE MESHES WITH MOVING BOUNDARIES

INTRODUCTIONMany engineering applications require thenumerical prediction of strongly unsteady flowsinteracting with moving bodies.A case in pointis that the detailed calculation of sphere motionsin an unsteady field induced by blast waves is akey issue to determine the drag force exerting up-on the sphere by the surrounding gas and,inturn,to reveal the mechanism of unsteady effectson the drag coefficient.To cope with such pro-blems,one should simulate unsteady flows withmoving boundary co…     

某型航空发动机燃气涡轮叶片和盘结构静力学分析

首先采用UG软件对某型发动机燃汽涡轮两级轮盘/叶片进行三维实体建模,导入ANSYS Workbench软件后以solid87、conta174(接触面单元)和targe170(目标单元)单元类型划分网格,建立了考虑盘与叶片及盘与盘间接触影响的有限元模型。通过对涡轮结构的静力学分析,可以清楚地显示其应力分布,找出应力集中点,验证其静强度可靠性,并为进一步的模态分析和瞬态分析打下基础。     

混合细分曲面尖锐和半尖锐特征生成

在实际细分曲面造型中，模型初始控制网格经常需要同时用含有三角形和四边形的混合网格来表示。本文主要研究基于三角形和四边形的混合细分曲面的尖锐、半尖锐特征的生成方法。提出一种基于局部修改混合细分规则，把混合细分曲面的尖锐、半尖锐特征生成方式统一起来的自适应细分方法。为了使得多条折痕在相交点是C^1连续，在靠近折痕交点附近运用四点插值细分方法。根据特征处的尖锐程度通过自适应混合细分来实现半尖锐特征效果。实例表明，本算法生成的混合细分曲面尖锐、半尖锐特征效果非常好。     

热化学非平衡流场辐射特性数值计算

设计了耦合辐射的三维热化学非平衡流场计算方法,以适用于任意形状的网格。采用Jameson有限体积法求解耦合辐射源项的三维N-S方程。化学模型包含11个组元,20个化学反应。辐射源项通过直接求解辐射输运方程RTE获得。在空间和方向上分别离散后,利用有限体积法求解不同方向上的辐射输运方程,精确计算了波长为100-1500nm所有主要组元的吸收系数,逐条计算了目前已观测到的空气组元的原子谱线,而对分子的带状谱采用了带模型计算,并最终得到了驻点处辐射密度随波长变化的分布情况。