粘弹结构应力应变场与温度场全耦合的计算机程序及其应用

本文介绍了粘弹结构应力应变场与温度场全耦合的有限元法计算程序,并运用该程序分析了发动机的气动加热试验、硫化降温过程中的热应力问题.解法上采用波前法并对此作了改进,使解算速度提高一倍左右,并使程序能在微型计算机上正常运行.发动机装药热应力的理论分析结果合理,温度场的理论结果与实验结果吻合较好,从而证明了该方法及程序的正确性和实用性.     

弹道再入飞行器的无粘绕流及表面加热率的一种工程数值解法

RVSPHR是一种确定弹道再入飞行器无粘气动力和表面热流率的近似数值计算程序。在头部亚跨音速区内,由工程方法给出激波角及压力分布,并假定激波层内的物面法向压力和法向速度剖面,而相应的激波形状则按质量守恒条件迭代调整。下游超音速区仍由严格运动方程差分数值求解。在无粘流计算的基础上,用无需迭代的熵吞技术,计算表面热流率。所有计算结果与严格数值解及实验值作了比较,其一致性较好。     

包括粘性影响的跨音速纵向大扰动非定常翼型绕流计算

本文提出一种计算效率高、并改进小扰动理论的二维跨音速定常和非定常流的计算方法——非定常纵向大扰动流速势方程和边界条件的数值解。本方法还考虑了包括边界层位移厚度以及激波-边界层干扰的粘性影响。文中给出了NACA 0012翼型和NLR 7301超临界翼型绕流的算例,计算结果与实验作了比较。     

有弓形冲波影响情况下的层流附面层方程的数值解

本文给出了一种轴对称层流附面层方程的数值解法。利用Levy-Lees变换,将物理平面上的附面层方程变换到新的坐标平面内,再利用三点隐式有限差分法来解这组方程。在考虑熵吞影响的情况下,本文发展了一种与国内外惯用的流线吞嚥法不同的不需迭代即可给出附面层外缘参数的方法,从而使计算时间缩短了三分之二。本方法给出的结果同其他作者的数值解和实验结果作了比较,结果是令人满意的。本文还给出了驻点热流在等熵和变熵情况下随雷诺数和马赫数变化的计算结果,并同实验结果作了比较。     

CFD程序验证的虚构解方法及其边界精度匹配问题

采用网格收敛分析和虚构解理论对程序验证进行了理论探索与数值实验研究,并发展完善了该方法.给出了虚构解程序验证中一种比较简单的源项处理方案;给出了虚构解程序验证中气动方程组一种通用的虚构解系数选取方法,最后用虚构解方法对二维结构网格Euler流动计算程序ARC2D进行了验证,并发现了该程序边界条件实现精度与流场内部精度不相匹配问题,并给予了修正,数值实践证明虚构解方法是一种严格稳健有效的程序验证方法,用它完成的程序验证具有较高的可信度.     

绕低频振动旋成体的跨音速非定常流核函数方法

本文对无粘跨音速流中作俯仰振动的细长旋成体,给出了一种计算表面非定常压力分布和动稳定性导数的近似方法,即用时间线化近似,在引入局部线化假设后,将跨音速小扰动方程化为一个积分方程,并用精确物面边界条件求数值解。本方法算例与其它理论和实验结果作了比较,表明用它可以得出较合理的结果。     

用有限基本解计算喷气襟翼气动特性

本文介绍使用有限基本解方法对喷气襟翼作气动力分析计算的方法。在DJS-6计算机上对矩形机翼在不同攻角,不同喷气角和不同喷气动量系数情况下作了一系列计算,计算的结果表明,用有限基本解方法来计算喷气襟翼的气动特性是可取的。对二元矩形喷气襟翼的计算结果与国外的某些计算和实验结果作了比较,对三元矩形喷气襟翼的计算是本文对这一问题的一个新的尝试。     

亚超声速位流场中复杂组合体的压力分布与气动特性的数值计算

本文对F.A.伍德华得的亚超声速位流场中组合体的气动分析方法作了进一步的研究和改进。改进表面边界条件方案中前缘涡面的处理;在翼身交接区内,采用改变机身内部过渡涡位置和纵向分块数的方法,改善了超声速流中组合体上的压力分布;采用了实用的物体表面几何处理方法,扩大了计算程序的几何描述能力。本文简要描述了机翼-机身-尾翼(包括垂尾短舱等部件)复杂组合体的压力分布和气动特性的数值计算方法,介绍了多种简单组合体和复杂组合体在亚超声速位流场中的计算结果,并与实验数据作对比。理论计算和实验数据比较一致,复杂组合体的计算结果表明,计算精度基本上能够满足初步选型设计的要求,可供实际使用。     

同轴射流初始段湍流混合过程的数值分析

本文分别应用混合长度模型和两个方程的湍流模型(k-kl模型),对初始截而参数任意分布的不可压缩轴对称同轴射流初始段的湍流混合过程进行了数值分析。数值计算基本上采用S.V.Patankar和D.B.Spalding提出的有限差分方法,但对这个方法作了某些改进。用两种模型得到的计算结果与F.H.Champagne和I.J.Wygnanski的实验结果比较,表明用两种模型算出的平均速度分布均与实验结果符合得较好,但用k-kl模型可得到更合理的浓度分布和与实验结果大体符合的湍能分布。此外,本文的计算表明,应用两个方程的湍流模型并不显著增加计算的复杂性。     

二维湍流边界层雷诺应力方程的数值解

本文给出一种解雷诺应力方程的一种新的显式方法。本方法对坐标和变量作了规格变化,并对方程作了特征变换,与控制方程不作特征变化的方法相比,本方法十分有效。用本方法作了四种算例计算,其计算结果与实验结果十分一致。     

非定常超音速侧滑机翼的升力、力矩系数及动导数的数值计算

 本文利用分布在机翼平面上的非定常超音速点源的特征线网格法给出非定常超音速侧滑机翼的数值解。本文给出侧滑机翼作沉浮、俯仰、滚转谐振时的振型以及计算升力、力矩和动导数（包括交叉导数）的计算方法。按本文用非定常理论数值解对典型的无侧滑机翼计算出的动导数与常用的按准定常理论解析公式计算结果进行比较和鉴定,结果表明本文方法是令人满意的。     

壁面喷流可控环量机翼的数值计算

本文提出一种适用于可控环量机翼研究的势流/粘性流的数值解法,包括钝体分离绕流的一种势流解,以及改进的Spalding统一边界层理论的解。通过对具有壁面切向喷流可控环量圆柱绕流和类椭圆翼绕流所作出的数值计算表明,在其计算模型确定后,就不必依赖实验数据来模拟实际问题,计算结果与实验数据符合较好。     

用粘流—无粘流相互作用方法计算翼型的分离和失速

本文用势流－边界层相互作用方法计算低速翼型的分离和失速。势流用对称面元法。边界层用改进的滞后掺混法，考虑了高阶项影响，适用于计算分离。文中对粘流－无粘流耦合方法作了改进，改进的半反－局部联立耦合方法。考虑了相邻点之间的作用，收敛性较好。计算了ＮＡＣＡ４４１２翼型在不同迎角下的压力分布和气动力。计算结果与实验符合良好，算例表明，翼型高升力状态计算必须包括尾流的作用，也应用对势流计算压力与实际压力之间     

A Preconditioned Multigrid Method for Efficient Simulation of Three-dimensional Compressible and Incompressible Flows

将矩阵预处理方法与多重网格方法结合,发展了适用于机翼及复杂外形气动数值优化设计的高效数值模拟方法和程序。在不改变定常流动解的前提下,对 Navier-Stokes 方程的时间导数项实施 Choi-Merkle 矩阵预处理,从而改善可压缩控制方程在低速情况下的系统刚性。Choi-Merkle 预处理最初用于二维低马赫数粘性流动数值模拟,本文将其推广应用到计算三维流动,并针对提高跨音速流动计算收敛性进行了相应的改进。预处理后控制方程采用中心格式有限体积进行空间离散,Runge-Kutta 混合多步方法进行显式时间推进求解,并应用 FAS 多重网格方法加速收敛。采用所发展的方法和程序数值模拟了绕 M6 机翼和 M100 机翼的低速和跨音速流动(马赫数从0.01 到 0.839)以及绕 F4 翼身组合体流动。计算结果与实验值吻合良好,验证了所发展的方法的正确性。算例研究表明所发展方法较大幅度地提高了三维流动数值模拟的效率,且同时适用于可压和不可压流动计算,在机翼及复杂外形气动优化设计方法具有应用前景     

迎角直到60度旋转体涡流的多重线涡模型

本文用改进的多重线涡模型计算大迎角低速旋转体的对称和非对称涡流。通过给定物面上对称或非对称的分离线位置,现在提出的算法有效地解决了涡强度与自由涡线位置的迭代匹配问题,首次得到了迎角大到60度的涡流数值解。对一个切拱头体计算出的气动力特性与实验结果相符。     

S1流场计算技术的改进和完善

采用有黏-无黏相互迭代的研究方法,对已有的S1流场计算程序进行了改进与完善。就数值计算结果与试验结果的对比而言,改进后的S1流场计算程序在精度上基本可以满足工程要求。     

三维可压和不可压缩流动数值模拟的一种预处理多重网格方法研究(英文)

将矩阵预处理方法与多重网格方法结合,发展了适用于机翼及复杂外形气动数值优化设计的高效数值模拟方法和程序。在不改变定常流动解的前提下,对 Navier-Stokes 方程的时间导数项实施 Choi-Merkle 矩阵预处理,从而改善可压缩控制方程在低速情况下的系统刚性。Choi-Merkle 预处理最初用于二维低马赫数粘性流动数值模拟,本文将其推广应用到计算三维流动,并针对提高跨音速流动计算收敛性进行了相应的改进。预处理后控制方程采用中心格式有限体积进行空间离散,Runge-Kutta 混合多步方法进行显式时间推进求解,并应用 FAS 多重网格方法加速收敛。采用所发展的方法和程序数值模拟了绕 M6 机翼和 M100 机翼的低速和跨音速流动(马赫数从0.01 到 0.839)以及绕 F4 翼身组合体流动。计算结果与实验值吻合良好,验证了所发展的方法的正确性。算例研究表明所发展方法较大幅度地提高了三维流动数值模拟的效率,且同时适用于可压和不可压流动计算,在机翼及复杂外形气动优化设计方法具有应用前景     

透平进气阀箱的数值模拟

用数值方法模拟了透平进气阀箱的内部流动。为了改善计算的收敛性和提高计算精度,程序采用了ＳＩＭＰＬＥＳＴ迭代求解方法,并引入ｋ－ε湍流模型、壁面函数法和空度的概念进行了数值计算。计算结果表明,本文的方法能够较好的模拟进气阀箱内部复杂的流动,并与已有的一些实验结果吻合良好。     

再入机动飞行器气动特性的数值计算和近似计算方法

本文提供了改进的空间Euler方程推进方法和稳定方法,可有效地计算再入机动飞行器的流场,然而,这种数值方法计算再入飞行器的气动特性耗机时多,经费昂贵。 本文发展了一种新的近似计算方法,其计算结果与数值解和试验相比相当吻合,计算机时仅为数值计算的0.2％,对于工程应用,该方法是有数的工具。     

超音速边界层转捩的数值预计

本文对Wilcox和Traci提出的湍流模型进行了合理的改进,使改进后的湍流模型既适用于转捩的后阶段也适用于转捩的初始阶段。对于零攻角圆锥超音速绕流的边界层转捩,本文作了系统的数值实验。数值计算结果与风洞实验数据比较,在各主要方面二者符合的程度是令人满意的。