混合解析/数值方法及其在湍流数值模拟上的应用

针对带小时间尺度的源项的方程描述的流动问题,提出了混合解析/数值方法。混合解析/数值方法的基本思想是:分裂原始方程组为对流-扩散部分的偏微分方程和源项的常微分方程。偏微分方程采用合适的数值方法求解,而常微分方程采用解析方式积分。模型方程的理论误差研究表明,混合方法提高了源项处理的精度,降低了混合方法的整体数值误差。分析同时表明,基于时间分裂的算法在求解含源项双曲系统的定常类型问题,会存在数值振荡。为此发展了非分裂方式的混合解析/数值方法,在湍流模型数值计算中提高了数值稳定性,而且加快了计算的收敛速度。     

平面接触圆运动摩擦力的解析与数值算法

本文给出了接触相对运动为圆时求解摩擦力的理论方法 ,得到了摩擦力的解析解 ,分析了二维接触圆运动所产生摩擦力的特征 ,并将其与采用时域轨迹跟踪方法所得的数值解进行了比较 ,验证了数值方法的可行性 ,同时分析了数值方法产生误差的大小及来源 ,为该数值方法的应用及推广于其他平面复杂接触运动提供了依据。     

二维US-FDTD方法的数值稳定和色散分析

研究了二维US-FDTD方法的数值稳定性和数值色散特性。通过对增长因子的计算，证明了US-FDTD方法的无条件稳定性。利用增长因子的相位，推导出了US．FDTD方法的数值色散关系式。分析了US-FDTD方法的数值色散误差。数值分析表明，与ADI-FDTD方法一样，数值色散误差仍然是决定US-FDTD时间步长选取的关键因素。同时发现，数值色散受时间步长及网格大小的影响。     

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。     

降落伞工作过程数值模拟研究综述

回顾了降落伞研究方法从实验方法、半经验半理论方法到仿真模拟方法的发展历程,显示了数值模拟方法在降落伞研究方面的巨大前景。同时总结了伞衣流场数值模拟、伞衣结构数值模拟、流场和结构耦合的数值模拟的最新进展,通过研究发现,降落伞流固耦合数值模拟研究的主要方法是任意拉格朗日欧拉方法(ALE)、变空间域/稳定时间-空间(DSD/SST)方法和浸没边界法(IBM),这些方法代表了降落伞流固耦合技术研究的最新水平。     

高速三维边界层稳定性问题的数值方法

本文把四阶精度紧致差分格式用于求解声速、高超声速三维边界层稳定性问题。提出了适用地求解高速边界层特征值问题的Ｃｈｅｂｙｓｈｅｖ多项式配置点方法,并将各种数值方法进行了比较。数值结果表明上述两种方法是求解高速三维边界层稳定性问题的有效数值方法。     

叶轮机械三维粘性动静叶干涉的数值模拟

本文发展了 1套模拟叶轮机械三维粘性动静叶干涉的数值方法。在成熟的空间离散方法基础上 ,提出了 1种高效的双时间步隐式时间推进方法 ,并构造了一种保证守恒的动静叶交界面处的数值通量计算方法。本文对某三维亚音速涡轮的动静叶干涉进行了数值模拟 ,结果与实验符合较好。     

横向剪切干涉检测非球面波前数值模拟

横向剪切干涉检测方法用于非球面加工过程中检测是经济且高效的方法。从数值模拟的角度,分析了基于像差最小原则的非球面度;模拟了非球面波前的横向剪切干涉图,并利用基于Zernike多项式拟合的最小二乘法进行了波前重建数值模拟,给出了数值模拟结果,为该方法的实际应用提供了理论依据。     

基于特征时间模型的高效喷雾燃烧数值模拟

开展了基于特征时间（CTS）燃烧模型的高效喷雾燃烧数值模拟研究。基于CTS模型与层流有限速率燃烧模型对CFM56航空发动机模型燃烧室进行了两相数值模拟,通过比较预测的火焰结构验证了CTS燃烧模型在喷雾燃烧中的适用性。通过采用CTS模型初始化燃烧场来提高有限速率燃烧模型的数值模拟效率,提出了基于CTS燃烧模型结合降维方法的高效数值模拟方法。结果表明：CTS燃烧模型较好预测了CFM56模型燃烧室的火焰形态和组分分布,可为有限速率燃烧模型的数值模拟提供良好的初始解;采用自适应建表（ISAT）方法可减小计算时间90%,在此基础上,基于CTS模型初始化的稳态算例收敛时间减少35%,进一步结合降维方法收敛时间减少40%,证明了CTS模型具有提高喷雾燃烧数值模拟效率的潜力。     

超声速横喷干扰湍流场数值模拟

本文探讨了超声速平板横向喷流干扰湍流流场的数值模拟方法。分别采用Roe、Harten-Yee及AUSM 格式对三维雷诺平均Navier-Stokes方程进行离散,湍流模拟应用Baldwin-Lomax代数模型,讨论了B-L模型中Fy最大值的不同选取方式。分析了数值格式、网格划分对计算结果的影响。将来流马赫数为5、喷流马赫数为3的实验结果与计算结果进行比较,选择了与实验符合较好的数值模拟方法,为进一步利用数值计算方法研究喷流干扰流场特性奠定基础。     

航空发动机滚动轴承的载荷分布研究

滚动轴承载荷分布的研究大多应用基于Hertz接触理论的拟动力学法进行。由于Hertz接触理论半无限空间的边界条件,以及分析时采用刚性套圈假设,拟动力学法的计算结果与实际情况有较大出入。近年来随着有限元、边界元等数值计算方法的发展,使考虑套圈变形和边界条件影响的滚动轴承载荷分布的研究成为可能。建立滚动轴承载荷分布的有限元分析模型,分析载荷参数对轴承接触应力、接触角和变形的影响规律,并将有限元法的计算结果与拟动力学法及实验结果进行分析比较。研究表明:由于有限元法考虑套圈变形以及边界条件的影响,与实验结果更为接近。     

基于黏性涡模型的旋翼流场数值方法

 建立了一种适用于旋翼非定常流场特性分析的黏性涡数值方法。在该方法中:流场中的大尺度涡被离散为若干微小的涡元,通过求解涡量-速度形式的Navier-Stokes方程模拟涡元的输运等过程;黏性扩散效应采用高精度的粒子强度交换法进行计算,而桨叶附着涡以及新生涡环量采用了Weissinger-L升力面理论进行求解;为显著提高计算效率,在诱导速度及其梯度的计算中还引入了快速多极子算法(FMM)。应用上述方法,对悬停和前飞状态下的多个旋翼流场算例进行了计算,通过对比旋翼尾迹涡量特征和诱导速度分布等,验证了该方法的有效性。此外,还将本方法与旋翼计算流体力学(CFD)方法及传统的自由尾迹方法进行了比较,结果表明黏性涡方法在兼顾效率的同时,还能够更好地捕捉旋翼尾迹运动。     

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.     

螺旋桨性能计算的升力线与升力面方法

基于改进升力线方法，编制了螺桨升力线方法计算程序，并以此为基础，在桨尖外一层虚网格和虚控制点，得升力线理论中导出的附着涡和自由涡的积分公式，发展了一种螺旋动性能计算的升力面方法，该方法具有简洁、方便，实用等特点，用本文发展的升力线和升力面方法对多个螺旋桨算例进行了计算，计算结果与实验结果符合良好。     

Residual stress analysis of multi-pass cold spinning process

Uncontrolled residual stresses have significant effects on the service time and defects of the spun parts. Nowadays, X-Ray Diffraction(XRD) method has been widely used in the residual stress measurement of industry products with different forming processes. The calculated residual stress is usually obtained from the data fitting slope of strain and angle with Ordinary Least Squares(OLS) method. But this fitting method is not always suitable for the big fluctuant data. In this paper, the Weighted...     

MLPG混合配点法分析复合材料层合板的弯曲问题

提出了分析复合材料层合板弯曲问题的无网格局部彼得洛夫-伽辽金混合配点法,层合板理论采用经典理论。通过移动最小二乘近似构造形函数,采用配点法建立系统平衡方程,推导了系统刚度矩阵和载荷力向量。采用配点法和罚函数法分别施加自然边界条件和本质边界条件。计算实例表明,MLPG混合配点法具有较高的计算精度,并且相比其它的无网格法具有更高的计算效率。     

旋转离心叶轮内湍流的非结构化网格数值计算

给出了同位非结构化网格数值求解旋转离心叶轮内湍流流场的SIMPLE算法。网格划分采用改进的阵面推进法。控制方程采用通用的对流扩散方程并利用有限控制容积法离散。湍流模型采用标准的k-ε模型。形成的代数方程组用带有预条件器的共轭梯度平方法（CGS）求解。最后利用所给出的算法对一实验用的旋转离心叶轮进行计算。计算结果和实验数据基本相符,说明该算法合理,编程正确,可作为流场预测的理论工具。     

基于有限元全耦合方法的耳片疲劳损伤力学分析

精确分析和预测连接耳片结构的疲劳寿命对保证飞机安全具有重要意义。采用损伤力学—有限元全耦合方法对飞机上典型连接耳片结构进行分析,得到该结构的疲劳损伤演化过程和疲劳寿命;将分析结果与疲劳寿命工程估算方法——名义应力法进行比较,证明损伤力学—有限元全耦合方法应用于结构寿命预测的可行性,并将损伤力学—有限元全耦合方法与线性Miner准则、损伤全解耦方法进行对比分析。结果表明：损伤力学有限元全耦合方法,其计算结果是唯一的、确定的,比运用线性Miner准则和损伤全解耦方法所得的结果更准确,弥补了名义应力法的不足。     

水滴撞击特性的粒子统计法研究

基于水滴撞击特性研究的拉格朗日方法,提出了适合于考察非定常情况的粒子统计法.通过统计非定常流场中不同时刻撞击在防冰表面上不同区域的粒子数,获得防冰表面上粒子浓度分布随时间的变化情况,与基于染色法水滴撞击试验获得的色度分布具有直接对应关系;采用基于染色法的动态图像测量方法对某型发动机帽罩缩比模型开展了水滴撞击特性试验,对所提粒子统计法进行了验证.基于拉格朗日方法的粒子统计法获得的计算结果与试验结果符合较好,与采用拉格朗日轨迹法获得的结果具有较好的一致性.粒子统计法所模拟的物理过程与试验过程一致,在处理湍流随机性和来流液态水含量分布不均等方面具有优势.     

基于控制论隐式约束的翼型跨音速减阻优化设计

采用基于梯度的优化方法来研究气动外形优化设计问题,其梯度的计算是通过求解伴随方程得到,与传统的差分法和遗传算法相比计算量大大减小.采用一种全新的隐式约束处理方法:约束自动地满足而且设计状态不改变,因而程序设计也相对简单高效.给出的算例也达到了预期的优化设计目标.