HLLC方法在三维非结构网格上的应用

以三维非结构网格的显式有限体积法为基础，采用格心方法以及基于近似黎曼解的二阶精度Godonov扩展方法求解三维Euler方程，使用HLLC(Harten，Lax，van Leer,Contact)近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量。为了验证方法的可行性，利用三维解算器对NACA0012翼型绕流进行了数值计算，结果令人满意。在此基础上对某型弹的流场进行了数值模拟，取得了比较好的结果。     

一种新型的直角网格生成方法及应用研究

提出了一种基于背景网格的直角网格新型生成方法。背景网格是用来提供网格加密的信息．通过网格尺度与所得计算参数的比较，定量判断确定网格是否需要加密；而在求解Euler方程计算中，采用的是Jameson的有限体积法，它可以适合任意形状的网格单元，以及四步Runge—Kutta时间推进。本文对NACA0012翼型和复杂多段翼型等问题进行了数值实验。结果表明，这种网格生成方法易于推广到三维情况中去，具有网格生成时间短．收敛速度快，易于处理复杂边界的优点。     

一类二阶守恒单调重映算法

在大变形流体力学问题的数值模拟中，经常会涉及到计算网格的重分。基于不同网格的物理量传递便是所谓的重映技术。重映算法是任意拉格朗日一欧拉方法的重要组成部分，本文描述了一类适用于任意网格的二阶守恒单调重映算法。该算法分为网格内物理量的多项式重构、近似积分计算、物理量的单调修正三个部分。本文采用了最小二乘法的思想构造了网格内物理量的梯度，并且通过对物理量的单调修正，保证了算法的精度和单调性。该算法计算公共表面上的网格间质量的改变，所以可以在任意网格上使用。通过一系列数值算例验证了该算法，并说明本文给出的算法是有效可行的。     

自适应计算网格的生成和优化方法

本文提出一种简单通用的自适应计算网格生成方法。配合文[1]的网格优化方法,能在生成自适应网格的同时,保证网格具有较好的光滑性和正交性。本文还阐述了单元加权函数W的取值和边界点的确定对自适应网格性质的影响。作为应用实例,本文将自适应网格用于二维无粘跨音速叶栅流场计算。结果表明,采用自适应网格能明显改善流场的计算精度。     

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。     

基于泊松方程的二元翼型网格生成技术

利用求解Posson 方程的方法来划分计算网格，使用Hilgenstock 方法来 控制网格间距和网格正交度。对于安装在风洞中的二元翼型，在进行Navier－Stokes 方程 计算时，需要在物面附近的网格间距很小，这导致网格划分时计算收敛速度很慢。 本文对 Hilgenstock 方法进行了改进，大大提高了网格划分的计算收敛速度。     

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。     

爆炸波与超声速运动物体相互作用的数值研究

针对在弹道靶及爆炸波装置上完成的实验,用数值方法来研究在比热为常数和层流情况下爆炸波与超声速飞行物体的相互作用.为了准确模拟爆炸波,首先通过有限体积法求解轴对称N-S方程计算了爆炸波流场,分析比较了数值干涉图和实验干涉图以及数值计算和实验得到的三个截面的密度分布曲线.其次以获得的轴对称流场为爆炸波初场,采用重叠网格技术,通过有限体积法求解三维层流N-S方程数值计算了在比热为常值和层流情况下爆炸波与超声速飞行物体的相互作用,得到了数值干涉图并与实验得到的干涉图进行了比较,分析了爆炸波对飞行物体表面压力的影响.     

混合网格在求解三维N—S方程中的应用

用三棱柱／四面体组成的混合网格求解三维Navier-Stokes方程，在物面附近采用三陵柱网格，而其他地方则采用四面体网格，与单一类型网格相比，混合网格易于调节粘性层内网点数目，并能减少存储量，提高解的效率，Navier-Stokes方程的求解采用有限体积法，对人工耗散项进行了改进，使得求解的结果更接近真实的物理解，本文对上述方法开展了数值实验研究。结果表明，用三棱柱／四面体组成的混合网格求解N－S方程是非常有效的。     

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。     

面向快速原型制造的海量数据模型重建(英文)

根据已有实物的测量数据进行模型重建 ,在机械产品逆向建模、计算机视觉、基于二维轮廓数据的生物外形重建等领域中具有重要应用价值。随着坐标测量设备的发展 ,获取包含被测物体更多细节的海量数据已非常方便 ,但大量的测量点却给模型重建带来了困难。本文首先提出了精度可控的海量数据自动简化算法。为了提高算法的效率 ,文中提出了一个数据集空间划分策略。根据简化后的数据集 ,应用步进立方体方法重建模型的三角网格曲面表示。由于种种原因 ,重建的三角网格模型常常含有不希望有的孔洞。为此 ,本文给出了一个算法产生形状优化的三角片以修补网格模型中的孔洞。经过孔洞修补 ,完全封闭的三角网格模型可以直接输出为快速原型制造中广泛应用的 STL文件。应用实例说明了本文的方法的可行性     

基于顶点分类的曲面三角网格模型自适应光顺研究

逆向工程中由测量数据得到的三角网格模型往往含有大量的噪声、扰动及不规则三角片，需对其进行光顺处理，以满足后续处理的使用要求。本文首先提出了一种新的网格模型顶点法矢计算公式，该公式采用网格模型中三角片面积与顶角角度综合加权，可同时反映三角片面积与顶角角度对顶点法矢的影响。在此基础上，对网格模型顶点进行了分类处理，提出了能够反映网格顶点特征性质的顶点势概念。势为1的点为特征点，势为0的点为普通点。最后，提出了一种新的自适应曲面三角网格模型光顺方法，综合了普通拉普拉斯光顺法与平均曲率法的优点。在该方法中，顶点调整方向为拉普拉斯光顺矢量在被调整顶点切平面上的分量与该点法矢的加权合成；顶点调整幅度根据顶点类别的不同而不同，特征点的调整幅度小，普通点的调整幅度大，从而可保护原有特征。实例表明，与现有方法相比，该方法在有效去除噪声，匀化三角片的同时，充分保留了初始网格模型上的特征。     

Scattering Analysis of Bi-anisotropic Materials Using Fast Dipole Method

Electromagnetic scattering from inhomogeneous three-dimensional( 3D) bi-anisotropic scatterers is formulated in terms of the volume integral equation( VIE) method. Based on the volume equivalence principle,the VIE is represented in terms of a pair of coupled bi-anisotropic polarized volume electric and magnetic flux densities. The VIE is solved using the method of moments( MoM) combined with tetrahedral mesh. Then the fast dipole method( FDM) based on the equivalent dipole method( EDM) is extended to analyze the scattering of bi-anisotropic media by solving the VIE. Finally,some numerical results are given to demonstrate the accuracy of the developed method for the scattering analysis of the bi-anisotropic media.     

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。     

三角网格模型的细分曲面拟合

提出一种用Loop细分曲面拟合三角网格模型的新算法.首先对网格模型进行特征识别,然后把经过简化和形状优化的网格作为拟合细分曲面初始控制网格.通过对控制网格顶点的循环修正、网格形状优化、局部自适应细分来求解拟合细分曲面控制顶点.该算法不仅避免了求解线性方程组,克服了拟合控制网格的扭曲现象,而且达到了用较少的控制网格拟合出反映物体细节特征并满足精度要求的分片光滑(片内除奇异点C1外其余C2连续)的Loop细分曲面的目的.实例表明,该算法用于测量数据的曲面重构是有效可行的.     

非结构网格上Euler方程有限体积解法的改进

对二维非结构三角形网格上Euler方程有限体积解法的格点格式进行了一些改进，重点在于提高数值解的精度，细致处理人工粘性项的尺度因子以及对该项建立适当的边界条件；发展一种新的基于最长边剖分的三角形网格自适应加密方法。采取多步Runge—Kutta格式推进、当地时间步长、隐式残值光顺等措施加速迭代收敛。文末给出的数值结果非常接近于参考文献中结构网格上的结果，验证了所发展数值方法的精确性。     

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。     

Lattice Boltzmann Flux Solver： An Efficient Approach for Numerical Simulation of Fluid Flows

A lattice Boltzmann flux solver （LBFS） is presented for simulation of fluid flows. Like the conventional computational fluid dynamics （CFD） solvers, the new solver also applies the finite volume method to discretize the governing differential equations, but the numerical flux at the cell interface is not evaluated by the smooth function approximation or Riemann solvers. Instead, it is evaluated from local solution of lattice Boltzmann equation （LBE） at cell interface. Two versions of LBFS are presented in this paper. One is to locally apply one-dimensional compressible lattice Boltzmann （LB） model along the normal direction to the cell interface for simulation of compressible inviscid flows with shock waves. The other is to locally apply multi-dimensional LB model at cell interface for simulation of incompressible viscous and inviscid flows. The present solver removes the drawbacks of conventional lattice Boltzmann method （LBM） such as limitation to uniform mesh, tie-up of mesh spacing and time interval, limitation to viscous flows. Numerical examples show that the present solver can be well applied to simulate fluid flows with non-uniform mesh and curved boundary.     

基于矩阵误差的流动自适应求解

为了构造一个网格沿流场特征方向进行分布,以保证整个流场的误差尽量均匀化的网格系统,本文对可压缩流动的自适应求解进行了研究.研究内容包括基于误差矩阵的流场特征探测方法和网格自适应方法.网格自适应方法包含网格移动、网格加密、网格稀疏以及这3种方法的混合.基于误差矩阵的流场探测方法能找到流场特征的主方向, 通过网格自适应使得网格按主方向进行分布,可以减少该区域的误差而得到高精度的解.以边为单位能使得该流场的误差尽可能均匀化.本文以捕捉激波为例,对该方法的过程及应用进行了描述,结果验证了该方法的可靠性.