欧洲计算流体力学——个人观点

介绍了70年代初到20世纪末欧洲科学家对CFD发展的主要贡献,并重点关注了对国际流体力学数值方法会议(ICNMFD)和国际计算力学学术会议(ISCFD)的成功举办具有重大贡献的科学家.ICNMFD始于1969年(新西伯利亚),由参与了美国和苏联太空竞赛的两国科学家联合创办,而ISCFD则作为ICNMFD在亚太地区的同类会议初创于1995年(东京).由Oshima教授和本人提议,得益于上述两个会议全体科学委员会成员的共同努力,ICNMFD和ISCFD自2000年开始,合并成为每两年举办一次的国际计算流体力学会议(ICCFD).绝大部分本文讨论所涉及的学者通常都在受邀进行大会报告后,成为了前述三大国际会议中的一个或多个科学委员会的成员.作者对文中讨论所涉及的研究人员的圈定负有全权责任,上述人员的选择更多地基于应用而非理论计算流体力学,因此尚存在不完善之处.此外由于文中所讨论的学者大都是作者在40多年计算流体力学研究生涯中的私交好友,因此并没有将年轻一代的科学家考虑进来,但这并非由于他们的贡献不重要.另外值得注意的是欧洲的计算流体力学同美国的计算流体力学有非常紧密的联系,本文讨论所涉及的研究学者有些最早从欧洲开始涉足计算流体力学而现在则生活和工作于美国(例如Glowinski,Roe,Van Leer等人),而有些则是在美国取得了博士学位(例如Launder,Napolitano),他们都同美国的科学家进行过合作,因此很难清晰地对欧洲和美国的计算流体力学进行界定.对那些现已移居美国的欧洲科学家们,本文优先考虑了他们移居之前的贡献.最后但并非是最不重要的,作者通过电子邮件一一联系了文中所涉及的科学家,希望他们本人能够给出其自身贡献的评价草稿,从而帮助作者以最权威的视角在文中相应章节对其工作进行评述.本文向提供自述评价的诸位致以谢意,同时也希望其他同仁能够对本人不恰当的擅自评述给予谅解.     

非稳定导热问题有限元算法的守恒条件及一种守恒格式

本文对非稳定导热问题的有限元算法的能量守恒条件进行了讨论。认为有限元之解有时出现反常、振荡的原因是对问题时空域的离散化未能使相应格式满足能量守恒原理。依据文中的分析,提出了一种以单元边长做为集中热容阵权因子的守恒格式。验算表明,其稳定、可靠、精度较高。     

两类激波捕捉格式的性能分析

考虑了两类典型的激波捕捉格式:特征形式的MUSCL(Monotone Upstream-centred Schemes for Conservation Laws)格式和WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式.MUSCL格式在作特征变换时使用了局部线性化的思想,并且针对波系的性质施加相应的限制器;通过逐维重构实现有限体积法的WENO格式.针对一维、二维和三维Euler系统进行数值实验.在一维和二维的情况下,特征形式的MUSCL格式在接触间断的捕捉上具有较明显的优势,而对于激波的捕捉则差别不大.对于三维问题则是WENO格式对流场的分辨更精细.最后对上述结果给出解释,并且提出了可能的改进方法.     

Design for aircraft engine multi-objective controllers with switching characteristics

The aircraft engine multi-loop control system is described and the switching control theory is introduced to solve the regulating and protecting control problems in this paper. The aircraft engine multi-loop control system is firstly described and the control problems are formulated. Secondly, the theory of the smooth switching control is devoted and a new extended scheme for the smooth switching of a switched control system is introduced. Then, for the key technologies of aero-engines switching control, a design algorithm is presented which can determine which candidate controller should be put in feedback with the plant to achieve a desired performance and the procedure to design the aircraft engine multi-loop control system is detailed. The switching performance objectives and the switching scheme are given and a family of PID controllers and compensators is designed. The simulation shows that using the switching control design method can not only improve the dynamic performance of the aircraft engine control system and reduce the switching times, but also guarantee the stability in some peculiar occasions.     

Implicit discontinuous Galerkin method on agglomerated high-order grids for 3D simulations

High quality of geometry representation is regarded essential for high-order methods to maintain their high-order accuracy. An agglomerated high-order mesh generating method is inves-tigated in combination with discontinuous Galerkin (DG) method for solving the 3D compressible Euler and Navier-Stokes equations. In this method, a fine linear mesh is first generated by standard commercial mesh generation tools. By taking advantage of an agglomeration method, a quadratic high-order mesh is quickly obtained, which is coarse but provides a high-quality geometry represen-tation, thus very suitable for high-order computations. High-order discretizations are performed on the obtained grids with DG method and the discretized system is treated fully implicitly to obtain steady state solutions. Numerical experiments on several flow problems indicate that the agglomer-ated high-order mesh works well with DG method in dealing with flow problems of curved geome-tries. It is also found that with a fully implicit discretized system and a p-sequencing method, the DG method can achieve convergence state within several time steps which shows significant effi-ciency improvements compared to its explicit counterparts.     

混合型三阶格式及关于两种DES算法的比较计算研究

为开展RANS/LES混合模拟,在传统三阶迎风偏置格式的基础上,提出一类混合型的三阶计算格式,格式在中高波数范围具有可调的耗散水平.在此基础上,文中通过计算比较研究两种RANS/LES混合算法:一种是基于Spalart-Allmaras一方程模型的DES模型(DES-SA),另一种是基于混合长度模型的DES模型(DES-ML),使用 发展的三阶格式对圆柱绕流进行模拟,并将得到的结果与文献比较,对计算格式、DES-ML算法进行了初步探讨.     

双曲型守恒律的无振荡中心差分格式

讨论了双曲型守恒律的一类无振荡中心差分格式。Ｈ．Ｎｅｓｙａｈｕ和Ｅ．Ｔａｄｍｏｒ研究了以交错型ＬａｘＦｒｉｅｄｒｉｃｈ格式（ＬｘＦ）为模块的无振荡中心格式的构造与熵不等式。此类格式利用高阶的ＭＵＳＣＬ型插值替代一阶分片常数逼近，减少了ＬａｘＦｒｉｅｄｒｉｃｈ格式的过多数值粘性，建立了一维标量非线性双曲型守恒律的一类高分辨格式。讨论以非交错ＬａｘＦｒｉｅｄｒｉｃｈ格式为模块建立起的差分格式。证明了此格式具有二阶精度、ＴＶＤ性质并在一定条件下满足熵条件。     

一类求解Hamilton-Jacobi方程的交错网格差分格式

Ｈａｍｉｌｔｏｎ－Ｊａｃｏｂｉ方程在控制论和微分对策中有广泛的应用，由于其表达形式与双曲守恒律方程极为相近，这有利于借助于求解双曲守恒律方程的差分格式来构造求解Ｈａｍｉｌｔｏｎ－Ｊａｃｏｂｉ方程的差分格式。文中将Ｈａｍｉｌｔｏｎ－Ｊａｃｏｂｉ方程变化为双曲守恒律方程，利用求解双曲守恒律方程的交错网格的Ｇａｕｓｓ型差分格式，构造了一类求解Ｈａｍｉｌｔｏｎ－Ｊａｃｏｂｉ方程的交错网格的Ｇａｕｓｓ型差分     

真实火箭燃气流场的测量与数值仿真

对用激光－莫尔偏折法测出的真实火箭燃气射流流场进行了数值仿真，在计算中采用了二阶精度的ＭＵＳＣＬ格式，将三维问题转化为二维问题，结果表明，理论计算与实验测量结果符合较好。     

多介质流动改进型Level-Set重新初始化方法

根据Level-Set函数在网格点处的值,预估出间断面的位置,并对间断面附近网格点上的LS值作相应调整,使其保持距离函数的性质,能够避免由于重新初始化造成间断面位置移动的问题。数值计算采用高精度WENO格式,对于多个可压缩流问题进行了数值模拟,表明了该方法的有效性。