N-S方程及其简化形式在圆柱绕流分离点邻域的数学性质

证明了在圆柱绕流分离点的邻域上 ,N-S方程和高智的简化 N-S方程是正则的 ,即存在级数解 ;而 Davis和 ГКП的简化 N-S与经典的边界层方程一样存在 Goldstein奇性     

跨流域空气动力学模拟方法与返回舱再入气动研究

针对回收类航天器(返回舱)再入过程所遇跨流域多尺度非平衡绕流问题,综述基于Boltzmann方程碰撞积分物理分析与可计算建模,构造考虑完全气体、转动非平衡、含振动能激发热力学非平衡效应各流域统一Boltzmann模型方程,及由此建立返回舱再入气动力热绕流问题气体动理论统一算法研究进展与算法检验。作为方法间验证结合,进一步简述了融合再入热化学稀薄气体电离非平衡流动DSMC方法、近连续过渡流区N-S/DSMC耦合算法、经滑移边界修正的N-S方程解算器、低密度风洞实验测试等多种空气动力学模拟手段,建立求解Boltzmann模型方程气体动理论统一算法(GKUA)、DSMC、N-S/DSMC、滑移N-S解算器、低密度风洞实验验证补充,适于返回舱再入从外层空间自由分子流到近地面连续流跨流域空气动力学一体化模拟平台。将此平台用于再入H=110～30km各流域球体、高超声速尖前缘中空柱裙、返回式卫星球锥体、飞船返回舱稀薄过渡流以至近连续流区气动力/热与姿态配平绕流问题计算与实验分析比较,证实统一算法在高稀薄流区,与DSMC吻合很好;在连续流区,与(滑移)N-S解算器相一致;在中间过渡带,与N-S/DSMC耦合算法相容;具有全飞行流域很好的计算一致收敛性。简述了跨流域空气动力学几种模拟手段的适应性特点与展望,揭示了返回舱再入跨流域复杂高超声速流动变化规律。     

计算流体力学在飞行器研制中的应用

本文以高速飞行器气动计算为例,介绍了计算流体力学在飞行器设计中建模及应用.计算流体力学在飞行器设计中的应用是伴随着计算机技术及空气动力学的发展而发展的.从较早的从宏观角度出发求解Euler方程,N-S方程,到考虑真实气体影响带化学反应和电离的N-S方程的求解,以及从微观角度出发用蒙特卡洛法对气体分子运动直接模拟求解,即代表计算动力学理论的发展,也是现今计算机技术发展的结果.本文讨论的是计算流体力学应用问题,包括数学模型的选择,计算方法的选用,及其在飞行器设计中特殊问题上的应用.     

等速上仰翼型绕流结构的数值模拟

通过数值求解涡量-流函数形式的N-S方程研究等速上仰翼型的分离流动结构。用ADI方法解涡量方程;用Poisson方程直接法解流函数方程。在计算得到的流场中除可看到实验中观察到的多涡结构外,还发现一些实验中未观察到的现象。将分离流动结构的计算结果与翼型气动力变化相联系,并结合涡动力学理论,定性地解释了上仰翼型产生高升力的原因。     

边界层分离数值解

用N-S方程直接求解分离流的工作近几年已有不少。但这种计算比较费机时,需要存储最也大。在实际应用中,边界层理论仍然是研究分离流的一种好的近似方法。本文对二维、定常、不可压层流的分离流动进行了数值分析。主要内容有:(1)从典型的以流函数表示的边界层方程出发,对分离流进行数值计算。Keller和Cebeci曾用此方程求解过附体流动的反问题。在具有相似性解的条件下,这个方程简化为著名的Falkner-Skan方程,在初始剖面,这个方程简化为Blasius方程。(2)给     

复合材料加筋圆锥壳的大变形方程

 <正> 本文利用最小势能原理和平均筋条刚度法,建立了在任意载荷作用下以一环向密加筋复合材料圆锥壳的大变形方程。所建立的Donnell型方程可作为研究圆锥壳许多具体力学问题的理论基础。对一些特殊情况,给出了简化方程。 1.基本假设和关系式 在本文理论推导过程中作如下基本假设:     

混合气体流动的一种数值模拟方法

本文建立一个数值模拟完全气体混合流动的理论模型.该模型首先应用混合气体的Euler方程和每种气体组分的质量分数方程来控制流动.为了消除混合网格内气体组分界面附近出现的非物理振荡,我们假定混合气体的每种组分达到了动力学平衡状态然而尚未达到热力学平衡状态.这种思想导致需要另外给定每种气体组分的总能量方程.为使用高分辨格式来求解这组双曲型偏微分方程并且简化对所需要的Jacobi矩阵的推导,混合气体的压力方程也被耦合起来.Godunov型的波传播方法被采用来离散求解所获得的控制方程.从典型算例结果来看,一维问题的数值解与精确解一致,二维问题的数值解与理论分析一致.这说明本文的理论模型是合理的.     

三维层流分离流动Navier-Stokes方程的数值解法

本文研究了配平翼和直角板的三维层流分离流动。利用反扩散的显隐式差分格式和显式混合差分格式对N-S方程和简化N-S方程作了计算,求得了流场的物理量分布。与已有数值结果比较,本文的结果是满意的。     

面向稀薄流非线性本构预测的机器学习方法

稀薄非平衡流域内连续介质假设已经失效,主要围绕Boltzmann方程及模型方程对稀薄非平衡流开展理论与计算研究,统一气体动理论格式（UGKS）是其中一种代表性方法。在稀薄非平衡流数值模拟中,Navier-Stokes （N-S）方程连续介质假设已经失效,不能有效描述流场非平衡特征。UGKS方法虽然计算精度高,但速度空间离散导致计算效率低下,多维高速条件下数值计算难以开展。基于数据驱动的思想,在N-S方程与UGKS方法的研究基础上发展出了一种稀薄非平衡流非线性本构关系求解方法（DNCR）。该方法以N-S与UGKS求解器获得的流场数值模拟计算结果作为训练数据集,基于流场特征参数采用极端随机树算法生成机器学习模型,对预测流场中线性黏性应力项与热流项进行非线性修正,并耦合非线性本构关系求解宏观守恒方程得到目标状态稀薄非平衡流动数值解。针对DNCR方法中所采用的机器学习方法-极端随机树模型,通过二维顶盖驱动方腔流算例对高维非线性建模涉及的特征参数选取、参数调优开展了相关验证工作,选取若干典型状态对极端随机树模型的泛化性能开展研究,并评估了相关模型与方法的计算精度与计算效率。     

径向简谐激励下航空发动机机匣的振动分析

根据航空发动机机匣薄壁结构的几何特征,将机匣简化为一端简支一端固支的圆柱壳结构,建立了系统的动力学方程,并采用多尺度法对动力学方程进行了求解,进而研究了径向简谐激励下机匣动力学方程的零解及非零解的稳定性,并讨论了系统单模态运动发展到复合模态运动以及能量在模态之间的转移过程,最后采用数值方法研究了径向简谐激励下机匣的振动特性.结果表明:随着径向简谐激励的增加,系统表现为周期运动、倍周期运动及混沌运动交替出现.