构建非结构网格高精度有限体积方法的新途径

综述了笔者所在研究团队在发展非结构网格紧致模板高精度有限体积方法方面的研究进展。非结构网格二阶精度有限体积方法在各类商用和自研计算流体力学（CFD）软件中得到了广泛应用。当进一步提高精度时,遇到的主要困难是高阶有限体积方法重构模板过大的问题。这已成为发展非结构网格高精度有限体积方法的主要技术瓶颈之一。近年来,为解决此问题开展了系统研究。基于首先提出的操作紧致性概念,先后提出了3种紧致模板高精度重构方法,包括紧致最小二乘重构、变分重构和多步重构。这些重构方法的共同特点是可在只包含面相邻单元的紧致模板上实施,并达到任意高阶精度。综述了这3种方法,对这些方法的构造思路、实施策略和进一步发展做了概要的阐述。其中变分重构方法将作为非结构网格高精度有限体积方法的方案之一,在国家数值风洞（NNW）工程中得到发展及应用。     

谱方法及其应用

介绍了谱方法的生产,发展,广泛的理论及应用前景,并比较了它与有限差分方法,有限元方法的优劣。     

改进格网型中的跨音速分析和设计计算

 <正> 近年来采用不同的主控方程计算跨音速绕流的方法有了不断的发展和改进,越来越多的算例表明了计算流体力学的迅速发展,其中解全速势方程的跨音速计算方法也有了很大进展,并已为国外航空工业界广泛地应用于设计和分析计算中。其中有限体积方法提高了处理复杂外形的能力,若采用多重网格技术则可改进计算效率。但是为了发展一种普遍适用和可靠的格网系统以耦合有限体积算法仍有许多工作要做     

谱方法的基本问题与有限谱法

本文概述了谱方法的特点，讨论了谱方法的四个基本问题及解决方法，由此得出谱方法局域化的重要性，重点介绍了作者提出的有限谱法两个发展阶段，特别是最近的基于截断傅立叶积分的有限谱法，列举了有限谱法的一系列计算格式，给出了计算高超声速流，各向同性湍流，地震波的传播，分区算法，复杂形状物体，激波管问题，KdV方程，湍流和激波相干扰等问题的计算结果。     

求解Euler方程的无网格与有限体积混合算法研究

研究了无网格方法与有限体积法相结合的、求解Euler方程的混合算法.与单一的无网格方法相比较,由于在大部分计算区域采用了有限体积法,使得发展的算法在运算效率上能与有限体积法相当;同时在物体附近嵌入了无网格区,使得在处理几何外形上更具灵活性.有关算法涉及的无网格与网格区域搭接处理,通过在交界面处引入辅助卫星点和网格单元构成边界信息,实现了区域间的流动信息传递.Euler方程的空间导数分别在两区域用有限体积法和无网格法离散近似,时间方向都采用四步显式Runge-Kutta格式推进求解,数值模拟了喷管内流和绕翼型外流,并分别与整体有限体积法和整体无网格方法进行了比较.算例展示出,提出的混合算法能有效捕捉激波间断,且两区域等值线过渡光滑,算法效率如预期与有限体积法相当,表明该方法是可行的.     

三维弹塑性接触问题的边界元法

将边界元法发展用于解决三维弹塑性接触问题,推导了无摩擦的三维弹塑性接触问题的积分方程,讨论了其数值解技术。数值结果与有限无法的数值结果对比表明,所发展的方法是成功的。     

有限催化对返回舱气动热环境影响

基于给定催化效率的方法,发展了包含离子组分的有限催化边界条件,并结合多组分化学非平衡N-S方程数值求解,建立了有限催化条件下的高超声速飞行器气动热环境计算方法。采用不同催化效率对返回舱外形典型再入工况气动热环境开展了计算分析,研究了壁面有限催化对该返回舱气动热环境的影响规律。结果表明:壁面催化效率对返回舱气动加热影响显著,采用低催化效率壁面材料可有效缓和返回舱气动热环境;扩散热流相对传导热流对壁面催化效率更加敏感,是影响气动热的主要机制,但热流并不随催化效率增加而线性增大;壁面有限催化对气动热的影响不仅与壁面材料催化效率有关,也与流场离解电离程度、壁面密度、温度等当地流动参数相关。     

由有限多个传感器测点诊断结构破损位置的试验研究

 提出了结构动态试验传感器测点位置的优化方法,发展了基于有限多个传感器测点信息的结构破损定位方法。该方法以结构各自由度的破损信息为条件,通过优化方法从结构的全部自由度中去掉那些所含结构破损信息很少的自由度,得到了有限个传感器测点的数目和位置,并且运用灵敏度分析和相关性分析方法,建立了直接利用不完整的实测模态振型诊断结构破损位置的破损定位方法,解决了测试振型不完整给结构破损诊断带来的困难。空间桁架结构破损诊断的实验研究表明,该方法能成功地诊断出结构单个或多个破损的位置。     

一种新的有限长等截面航空发动机短舱声学模型及数值结果

基于航空发动机短舱声学设计的需要,发展一种与以往工作不同的有限长管道声学模型声场的计算方法——直接边界元和传递单元法相结合。本方法对管道内部几何条件和声衬的敷设情况有更少的限制,可以很好地用于分段声衬的优化设计,并且提供求解有限长变截面管道声学模型的基础。     

电推进涵道风扇气动快速求解方法及性能分析研究

随着绿色航空发展,为了能在设计阶段快速获得涵道风扇气动性能参数和非定常流场特征,有必要开发一种高效的数值求解方法。基于小型电推进风扇内流弱可压和尾迹耗散特性,本文将转子和涵道的面元与尾迹涡粒子耦合,使用面元法求解固壁流场,使用涡量输运方程求解远场尾迹传播特征,克服了有限体积法尾迹耗散快的问题。研究表明,本文发展的面元-涡粒子耦合方法对涵道风扇叶表压力与有限体积法趋势一致,整体推力误差为7.83%,能满足工程快速预测需求。本文发展的高效非定常计算方法的尾迹计算数值耗散低,能揭示更为复杂的非定常流动现象,仿真结果显示风扇涵道对尾迹发展有明显约束,而当尾迹传播至外部时,涡量呈现出明显的收缩和对称分布特征。在计算效率方面,本文发展的耦合方法非定常计算效率高,计算相同非定常时间步耗时仅为有限体积法的1/6,具有潜在的涵道动力非定常设计应用价值。     

线性GMRES算法在求解全速位方程中的应用

从全速位方程出发,利用压强极小积分得到有限元方程组。采用适用于有限元法的块结构网格生成技术,给出求解有限元总体方程组的线性GMRES算法。该算法比线松弛迭代法的收敛速度快得多。对M6机翼跨音速有升力情况进行了计算,其结果与实验值符合较好。     

一种基于N—S方程的CFD／CSD耦合计算方法

对于气动弹性问题,在跨音速和大变形情况下,模态叠加法失效,为此需要探讨全场求解耦合方程的新方法。利用耦合计算流体动力学和计算结构动力学（CFD／CSD）方法,数值模拟了机翼的气弹响应问题。气动力的求解采用三维Navier—Stokes方程的有限体积法,实现了一种多块结构网格的动网格方法生成气动网格,采用有限元方法计算应...     

考虑NND格式修正的非定常Taylor—Galerkin有限元法

以Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ法为基础，吸收了差分格式中ＮＮＤ格式的思想，并在时间方向上采用四阶Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ方法，构成了适用于定常和非定常跨声速流动计算的有限元算法。利用文的方法，分别计算了跨声速叶栅流动和工程中一类复杂非定常轴对称跨声速流动。计算表明，方法克服了Ｔａｙｌｏｒ－Ｇａｌｅｒｋｉｎ法的局限性，对激波及流场的分辨率较好，可用于跨声速流动计算，并可用于非定常流场的计算。     

真空羽流场的 N-S 和 DSMC 耦合数值模拟

根据调姿发动机真空羽流场的特点,采用差分求解Ｎ－Ｓ方程数值模拟喷管内流场,用ＤＳＭＣ方法数值模拟喷管外羽流场,得到了符合流动规律的数值模拟结果。为姿控发动机喷管设计提供了参考,并为真空羽流污染研究打下了良好的基础。     

基于非结构重叠网格的二维N-S方程求解与应用研究

本文发展了非结构重叠网格技术.通过构造任意单元类型网格重叠的网格间边界确定算法、宿主单元搜索算法以及网格间插值算法,把非结构重叠网格推广应用于求解NS方程,并结合湍流模型模拟二维湍流流场.N-S方程的求解采用有限体积法,通量计算采用Osher格式,湍流模型采用SA模型.为验证本文方法的正确性和有效性,模拟了RAE2822翼型和某三段翼型绕流湍流流场,结果表明采用非结构重叠网格模拟复杂外形湍流流场不但网格生成效率高,而且容易推广应用于具有相对运动的非定常问题,具有较高的工程应用价值.     

用有限解析法解N—S方程

本文介绍有限解析法的一种新构想,并将本方法用于求解不可压缩粘性流体流动的N-S方程,采用贴体坐标,雷诺数达1000,计算结果表明本方法是有效的。正确的。     

一种新的缺陷压电体奇异准协调单元及其断裂分析

在缺陷压电体断裂理论分析的基础上构造了一种新的缺陷压电体广义位移模式并建立了有限元断裂分析模型;提出了求解压电体含大曲率缺口广义强度因子等断裂参量的数值分析计算方法。考查了不同结构尺寸、电位移与电场对解的影响,本方法所得的结果与理论解一致,说明了本文方法的有效性。     

三维不可压流动有限元数值模拟

用原始变量带涡量的伽辽金有限元法计算三维定常不可压Ｎ－Ｓ问题，克服了过去由于速度和压力导数不同阶而不得不采用不同阶插值函数的困难。引入牛顿法线化Ｎ－Ｓ方程，使得用有限元离散后的大型代数方程组线性化，用高斯－赛德尔迭代法求解。算例为三维方穴驱动和带潜入锥的固体火箭发动机燃烧室轴对称加质流动。三维方穴驱动的计算结果与文献值相近。     

高速粘性内流的高分辨率高精度迎风型杂交格式

本文在有限体积离散和ＬＵ分解的基础上，构造出一个新的隐式迎风型杂交格式，并用于求解定常流动的稳态解。