可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方法

在可压缩流动问题的数值模拟领域,激波的高分辨率计算已取得重要进展。但是包含物质界面的可压缩多介质流动的数值模拟还存在诸多数值挑战,主要表现为界面处数值耗散过大和非物理振荡等问题。界面处流体性质的不连续性是造成可压缩多介质流动问题物理建模与数值方法困难的主要原因。为了建立一套高效的可压缩多介质流动问题的高精度数值模拟方案,本文从数值框架的选择、非守恒方程相容离散、高精度有界格式构造、界面压缩、界面-单介质分区计算方法等多个维度出发,综述近几年我们在可压缩多介质流动问题高精度数值模拟方法方面的研究进展。通过上述多个维度的工作,我们建立了一套适用于可压缩多介质流动问题的低耗散、基本无数值振荡的高精度欧拉数值方法,并成功应用于可压缩多介质大变形流动和界面不稳定性诱导湍流混合等问题的数值模拟。相关数值方法研究成果已集成至武器物理等领域工程数值模拟软件中,为相关工程任务提供了重要技术支撑。     

高阶间断有限元法的并行计算研究

根据间断有限元法的数据结构特点,基于METIS网格分区技术,设计并行计算策略,在非结构网格上实现了并行高阶间断有限元法。控制方程的数值通量项使用Local Lax-Friedrichs(LLF)格式计算。设计了并行的牛顿-块高斯赛德尔法(Newton-Block GS)来加速收敛,提高迭代效率。并行性能分析表明,所设计的并行算法能够得到较好的加速比和并行效率,有效地节省计算时间,合理分配内存。这使得采用高阶间断有限元法计算更为复杂的问题成为可能。     

求解一维非线性守恒律的一类MmB差分格式

本文构造了一维非线性双曲型守恒方程的一类ＭｍＢ差分格式，并推广到方程组情形。数值计算结果表明，格式具有高分辨率且不会产生数值为振荡。     

三维可压缩 Navier-Stokes 方程的间断Galerkin 有限元方法研究

拓展了二维间断 Galerkin(DG)有限元方法研究，将该数值方法用于三维可压缩欧拉方程和 Navier-Stokes方程的求解。基于六面体网格单元，采用插值方法将物面的四边形面网格单元构造为弯曲面网格单元，更好地表述了真实物面特征；物面边界相邻体网格单元相应构造为高阶体网格单元，其余体网格单元采用八节点六面体单元，以较小的计算代价使网格满足 DG 方法计算需求。通过对三维带 bump 管道内流、圆球绕流以及旋转流线体绕流进行的数值求解，验证了边界弯曲方法的可行性及 DG 方法的高精度特性。此外，由于采用了隐式计算方法，仅需较少的时间步就能迭代收敛。     

高阶面元法计算多段翼型之位流

本文给出了一种求解多段翼型位流的高阶面元法。面元和奇点的分布分别采用了二阶和三阶的形式。由于高阶面元法较为精确地反映了绕流体的几何形状和奇点表面分布,本文给出了比低阶面元法更为精确的解,并且消除了低阶面元法计算中经常出现的翼型后缘处解的波动。     

守恒双曲型方程组的一类高效差分格式

本文将文［１］所构造的差分格式推广到方程组情形。数值实验结果表明,格式具有高效分辨激波的能力。     

高分辨率格式与钝舵绕流数值模拟

 采用Beam-Warming/TVD格式，Roe二阶、三阶以及四阶通量差分分裂格式数值计算雷诺平均Navier-Stokes方程，湍流附加粘性采用Baldwin-Lomax模型计算，针对超声速绕钝圆舵流动进行了数值模拟比较研究，计算给出了流场的详细结构，物面压力分布与实验值符合良好，尤其是Roe三阶格式给出了较好的计算结果，两个超声速回流区以及湍流边界层分离也得到了很好的数值模拟。     

灰色灾变预测模型及其应用

灰色系统是信息不完全系统,不少论文提出了"灰数"、"灰平面"、"灰色统计"等一系列全新概念,为不确定性,信息不完全的数的研究提供了一种新的分析处理方法.灰色方法即是对一些离散的原始数据采用累加生成及其逆进行处理,使之转化为适合用微分方程等方法来建模的有序数列的新方法.本文使用双向差分方法建立了一种灾变预测的灰色预测模型,并对某地区历年来的旱、涝灾数据进行灰色处理,进一步预测到旱、涝灾情将再发生的时间.最后分析了灰色预测模型的拟合精度.     

定常对称背涡流态下细长体绕流结构的演变

应用数值计算的方法模拟了细长体截面绕流结构的演变过程.指出随着细长体背涡的发展,导致截面流场的拓扑结构发生变化,会出现一种临界流动状态.并用微分方程的定性理论分析了此时流场中出现的一种高阶奇点.这种高阶奇点的指数为-3/2,它是结构不稳定的,稍有扰动就会产生分叉,使流场的拓扑结构发生变化.得出了定常对称背涡流态下细长体的空间绕流结构图.     

利用虚拟仪器实现角速度波动率的采集和处理

利用NI 的PXI-6281高速数据采集卡来完成角速度波动信号的采集,借鉴信号失真度的概念,分析角速度反馈信号的基波和高次谐波大小,求取高次谐波与基波幅值比,作为角速度波动率.