兰姆波频散方程的分析及数值迭代算法

根据兰姆波运动规律的时间简谐波因子与频散曲线的物理特性,用数值迭代法在实数域内求解频散方程.给出了铝板中兰姆波相速度和群速度的解.研究表明:该法可较易获得频散曲线,无需方程分段求解,具一定的参考价值.     

捕捉激波的群速度控制方法

回顾及综述了群速度控制方法基本原理、发展过程及最新进展。群速度控制方法是通过控制色散误差以捕捉间断的一种数值方法。该方法通过在间断两侧采用不同色散类型的格式,将数值波的传播压制在间断附近,避免数值振荡向周围扩散,从而达到抑制数值振荡的效果。该方法主体上采用数值色散抑制振荡,实际使用中仅需补充较低水平的数值耗散就可将振荡压制在可接受的范围内。因而群速度控制格式的总体耗散水平较低,易于实现小尺度波的高分辨率捕捉,是复杂流动高分辨率数值模拟的有效方法。     

隧道内危险性介质泄漏扩散的数值模拟

化学危险品的意外泄漏已经造成很多事故,尤其是在隧道这样相对封闭的空间内,事故发生的概率更大。为了有效地控制和预防事故的发生,本文以RANS方程为控制方程,采用基于simple算法的有限体积法,对隧道内危险性介质泄漏扩散过程进行了数值模拟。讨论隧道内危险品(乙炔)运载车在行驶过程中发生小孔泄漏扩散的情况,计算得到了危险性介质浓度的时间和空间分布规律。同时,分析了运载车不同行驶速度和危险品泄漏释放方式(水平释放和垂直释放)对其扩散过程的影响,为进一步了解危险性介质的扩散行为和控制方式提供了理论基础。     

用于气动声学计算的非均匀网格紧致差分格式

为克服传统紧致差分格式在数值求解非均匀网格问题时产生的寄生波,构造了一种新的高精度紧致差分格式.通过泰勒展开分析方法,详细给出了格式系数的通用形式;利用傅里叶分析方法,分析了数值耗散、色散误差.以3对角6阶精度紧致差分格式求解均匀扰动网格问题为例,计算表明:色散值和耗散值随扰动因子的增加而更加趋近于精确值;当扰动因子大于0.213时,格式不稳定,当扰动因子小于等于0.213时,格式渐近稳定;对一维对流波和二维波传播的模拟计算所得数值解与精确解吻合,体现了该格式在求解非均匀网格问题时的优越性.      

不可压缩翼型绕流数值研究

使用标准k-ω模型及与色散模型相耦合的k-ω模型分别计算了NACA0012翼型和NACA 4412翼型的低速绕流问题.NACA 0012翼型计算了其来流雷诺数为2.88×106,攻角从0°到15°范围内的流动结构、翼型表面压力分布和升力、阻力特性;NACA 4412翼型计算了临界雷诺数为1.52×106,攻角为13.87°时的流动分离和翼型表面压力系数 ,并与实验数据进行对比.结果表明:在同等条件下,使用与色散模型相耦合的k-ω模型计算得到的NACA 0012翼型的升力和阻力系数比标准k-ω模型提高精度约5%,NACA 4412翼型的表面压力系数精度提高了约3%,进一步验证了其可信性,可将其进一步应用到低速飞行器的气动计算中.      

不可压缩湍流的色散模型

分析了广泛存在于湍流运动中的能量逆转现象,揭示了其产生的原因,提出了湍流的色散性质.在此基础上,修改了Boussinesq假设,建立了包含色散效应的新的雷诺应力封闭式和湍流色散系数,给出与不同模型相结合时,湍流色散系数所具有的不同形式,并阐述了湍流运动中能量的传递方向及条件.采用不可压缩平板边界层流动和平面后台阶流动验证了其可信性和优越性.平板摩擦阻力系数及边界层速度型与实验结果吻合良好,平面后台阶流动的流向再附长度、台阶边压力系数及湍流强度等参数均比标准k-ε模型更接近实验结果.结果表明:色散项的加入可以在不显著增加计算量的同时显著改善预测精度,模型具有一定的工程应用价值.      

基于常规多普勒滤波器组结构的合成宽带距离像性能分析

为了消除散布效应对宽带信号的不利影响,可以利用多个窄带信号合成宽带信号;同时,通过在子带内处理相干脉冲串,可进行杂波抑制、目标速度估计和区分不同速度的目标。然而,在子带内分别使用常规多普勒滤波器组,会引进多普勒散布效应所造成的输出失配误差,从而造成合成距离像的失真。分析了多普勒散布效应与子带常规多普勒滤波器组输出失配之间的关系,推导了运动目标通过滤波器组后所成高分辨距离像的距离走动公式,给出了适合子带常规多普勒滤波器组的目标速度临界值。仿真实验验证了以上结论。     

高精度有限差分格式的色散优化及耗散控制

本文综述了我们在高精度有限差分格式的色散优化和耗散控制方面的研究进展。首先,我们提出了半离散有限差分格式色散和耗散相互独立的充分条件,实现了差分格式色散和耗散特性的独立调节。在此基础上,提出了色散最小、耗散可控的高精度差分格式,称为MDCD格式。MDCD格式已经得到了广泛应用,取得了很好的计算效果,但其主要缺点是耗散的调节依赖于经验。为了解决这一问题,我们进一步提出耗散的自适应调节方法。具有自适应耗散特性的高精度有限差分格式的基本特征是,差分格式的耗散能够随解的局部尺度自适应调节。为了构造这类格式,我们提出了一种新型的尺度识别器,它能够以等效无量纲波数的形式来定量衡量数值解的局部长度尺度。在此基础上,设计差分格式耗散参数与尺度识别器得到的等效无量纲波数之间的关系,从而构造了一类色散最小、耗散自适应的差分格式,称为MDAD格式。为了计算含有间断的问题,同时保持在光滑区的良好耗散特性,我们利用尺度识别器对一种经典的激波探测器进行改进,提出了一种新的激波探测器,并将自适应耗散格式与对应的WENO格式相混合,得到自适应耗散混合格式。近似色散关系显示该混合格式兼具高分辨率和鲁棒性。多个含间断流场的标准算例测试结果显示,自适应耗散混合格式具有良好的分辨率和激波捕捉能力。     

HTPB推进剂力学性能散布与确定变量相关性研究

针对复合固体推进剂力学性能存在散布的问题,通过方差分析试验,研究了松弛模量和泊松比的散布与确定变量之间的相关性。建立了力学性能散布的方差分析模型,分析了散布的变化规律,并对导致变化的原因进行了讨论。结果表明,松弛模量的散布受温度和载荷作用时间影响显著;泊松比的散布在不同的应变阶段差异较大,结构损伤的不确定性是导致泊松比散布变大的主要原因;玻璃化转变及结构失效会引起力学性能的很大散布。     

超声导波在大型薄铝板缺陷检测中的应用

 为了提高大型薄板超声检测的速度,研究了超声导波及其在大型薄铝板缺陷检测中的应用。推导了超声导波在大型薄铝板中传播的理论模型,分析了导波的波结构,设计并实践了导波检测薄铝板缺陷的方法。试验结果表明,若选取S0导波模式对1 mm薄铝板进行线扫描检测,在有缺陷的地方会出现明显的回波信号。根据缺陷回波与板端回波的传播时间差,可计算出缺陷的位置。缺陷越大,缺陷回波信号幅值越大。选择对缺陷灵敏度高的导波模式,导波法线扫描检测方式可以有效缩短检测时间,提高检测效率。