粘性非结构网格生成方法及绕流计算

运用非结构网格进行计算时,需要在物体附面层区域内生成高展弦比的三角形网格。本文给出了一种基于物理学中弹簧原理的粘性非结构网格生成新方法－－挤压法,它能有效地实现粘性区域内位伸网格到附面层外一般非拉伸网格的光滑过渡。然后在非结构粘性网格上对Ｎ－Ｓ方程运用有限体积法进行了数值计算,ＮＡＣＡ－００１２翼型以及平板层流的数值试验结果较为满意。     

一种新的非结构动网格的生成方法

弹簧方法是一种常被采用的非结构动网格生成方法,文中采用一种新的非结构动网格生成方法即弹性体方法(Elastic solid method,ESM)。和弹簧方法相比,虽然弹性体方法的计算量大,但是可以处理大位移的情况,尤其善于处理网格扭转很厉害的情况。另外,采用弹性体方法可以减小网格重新生成的频率,从而可以减小映射误差,同时也可以减小网格重新生成带来的计算量。将两种方法的数值模拟结果进行对比,进一步表明该弹性体方法在处理动网格问题中的优势。     

一种新型的直角网格生成方法及应用研究

提出了一种基于背景网格的直角网格新型生成方法。背景网格是用来提供网格加密的信息．通过网格尺度与所得计算参数的比较，定量判断确定网格是否需要加密；而在求解Euler方程计算中，采用的是Jameson的有限体积法，它可以适合任意形状的网格单元，以及四步Runge—Kutta时间推进。本文对NACA0012翼型和复杂多段翼型等问题进行了数值实验。结果表明，这种网格生成方法易于推广到三维情况中去，具有网格生成时间短．收敛速度快，易于处理复杂边界的优点。     

双流混合边界的正交贴体网格生成

通过数值实验表明，用泊松方程变换形式生成的贴体坐标网格，其边界点的β值与源项呈连续单调的函数关系。根据这种关系，可以用方程迭代求根方法中的增值寻根法和对分法，使网格边界正交化。由薄壁结构相隔的两种流体混合边界正交网格生成的实例表明，这种方法对于生成适应于红外抑制器全流场计算的网格是很有效的。     

基于泊松方程的二元翼型网格生成技术

利用求解Posson 方程的方法来划分计算网格，使用Hilgenstock 方法来 控制网格间距和网格正交度。对于安装在风洞中的二元翼型，在进行Navier－Stokes 方程 计算时，需要在物面附近的网格间距很小，这导致网格划分时计算收敛速度很慢。 本文对 Hilgenstock 方法进行了改进，大大提高了网格划分的计算收敛速度。     

用于弹性旋翼流场模拟的网格变形方法研究

建立了一个基于改进"Ball-Vertex"的具有拓扑无关性的网格变形方法,用来精确模拟桨叶发生弹性变形后贴体网格的运动以及旋翼近场气动力环境,为更好地分析弹性变形对桨叶贴体网格的影响提供了一套解决方案.该网格变形方法从基本的弹簧模拟思路出发,用一网状弹簧系统来模拟桨叶贴体网格的变形和运动.在网格结点周围引入"Ball-Vertex"概念,通过添加相关的冗余约束,该方法保证网格结点在变形过程中不会越过与该点所对应的对角面,从而避免了畸形网格单元的产生,可有效地用于较大变形情况下的流场数值计算.使用所建立的方法,首先对绕二维翼型的结构网格和非结构网格进行了网格变形模拟,以表明方法的有效性;然后,将该方法应用于振荡翼型的流场数值求解,进一步验证了所建立的方法;最后,结合该网格变形方法和旋翼流场求解方法对弹性旋翼流场进行了数值计算.在此基础上,得出了一些有意义的结论.     

一种基于冗余分配的网格计算任务调度方法的研究

提出了一种基于冗余分配的网格计算任务调度方法,包含资源预测、资源调度和任务分配三部分,并将其应用于用二分法求解高次方程中,取得了运行时间短和兼顾负载平衡的应用效果,验证了该算法的有效性。     

基于矩阵误差的流动自适应求解

为了构造一个网格沿流场特征方向进行分布,以保证整个流场的误差尽量均匀化的网格系统,本文对可压缩流动的自适应求解进行了研究.研究内容包括基于误差矩阵的流场特征探测方法和网格自适应方法.网格自适应方法包含网格移动、网格加密、网格稀疏以及这3种方法的混合.基于误差矩阵的流场探测方法能找到流场特征的主方向, 通过网格自适应使得网格按主方向进行分布,可以减少该区域的误差而得到高精度的解.以边为单位能使得该流场的误差尽可能均匀化.本文以捕捉激波为例,对该方法的过程及应用进行了描述,结果验证了该方法的可靠性.     

一种基于块结构的非结构网格快速生成方法

以阵面推进法为基础,提出了一种用预制模块的方法实现在平面域内生成非结构网格的新方法,即模块方法。模块是由一组三角形构成,文中以三角形模块为例,介绍了网格模块的预制方法。网格的生成是根据空间步长的背景信息,从预存的网格模块中选取当地合适的模块,直接复制或变形到计算区域实现的。由于生成过程中每一步引入的是预制的网格模块而不是传统的单个三角形单元,因此可期望新方法要比传统方法快得多。算例显示了新方法的快速网格生成过程,该方法具有推广应用前景。     

一种适合全流速的流场数值方法

发展一种适合于所有流速的压力修正方法,在考虑了密度的可压缩性后,压力修正方程夸为对流扩散模型的,从而与般标量一样使用二阶中心差分离散。整个算法具有二阶精度,进一步使用多步压力修正来增强网格非正交时的收敛性态,在对流项离散中,设计了独特的人工耗散,也同样适用于所有流速,利用本算法求解全三维Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组,计算采用了非交错网格方案,使用Ｒｈｉｅ－Ｃｈｏｗ方法消除了速度－压力的不关联,     

基于嵌套网格和计入尾迹影响的旋翼流场数值模拟

给出了三维Euler方程数值模拟悬停状态旋翼流场的方法和模型。为充分考虑旋翼尾迹对流场的影响,采用了由动量理论导出的远场边界条件和由尾迹诱导速度代入滑移条件而构造的新翼面边界条件。为减少尾迹数值耗散和便于添加上述边界条件,采用了嵌套网格方法。针对嵌套网格中关键的贡献单元搜寻问题,本文采用一种伪贡献单元搜寻法。应用上述方法进行了算例计算,给出了有无尾迹修正时的旋翼桨叶表面压力分布和沿展向升力分布的计算结果,并与可得到的实验数据进行了对比。此外,从计算的等涡量线图上分析了旋翼尾迹流场畸变的发展趋势,表明了Euler方程法在旋翼涡尾迹捕捉方面的能力。     

基于格子Boltzmann方法的可压缩翼型绕流模拟

采用能够恢复可压缩Navier-Stokes方程的耦合双分布(DDF)格子Boltzmann方法(LBM)模拟了贴体网格下的NACA0012翼型绕流.首先在Ma＝0.5,α＝0.0,Re＝5 000状态下通过模拟低雷诺数流动检验了该方法;然后分别在Ma＝0.5,0.85和1.2,α＝-0.05,1.0和0.0状态下进行了模拟,并在Ma＝0.85时通过加密网格得到了更好的结果.为了避免转捩问题采用了无粘边界条件进行模拟,但得到的压力系数与实验结果吻合良好,证明了该方法的可靠性并显示了其模拟可压缩的潜力.该方法在翼型绕流上的应用为湍流流动的数值模拟提供了基础.     

不规则结构有限元分析的并行处理及其在YH-1上的实现

在结构分析中,有限元方法是一个重要的数值方法。近些年来,关于单元刚度矩阵计算与总刚度矩阵合成的并行处理问题,A.K.Noor,梁维泰等人已进行了富有成效的工作,但他们的工作都是面向几何形状规则的结构分析问题。本文结合YH—1机的特点,对不规则结构分析问题,在提出单元分组技术的基础上,给出了一个单元刚度矩阵计算的并行算法ESVC,和变带宽存储格式下一个总刚度矩阵合成的并行算法ESVS。通过在YH—1并行机上对实例的计算结果表明:当同时计算的单元数r取120时,加速比s可达9.5,且r愈大,s就愈高。     

一种改进的MUSCL格式

给出了一种改进的二阶精度的ＭＵＳＣＬ格式，并用来求解Ｅｕｌｅｒ方程，改进后的ＭＵＳＣＬ格式在线化插值步中，用Ｖａｎ Ｌｅｅｒ的插值斜率对特片变量进行插值，并对与熵波、剪切波对应的特片变量使用了小耗散的插值斜率，在迎风步采用Ｒｏｅ的近似黎曼解求得迎风通量。比较一维和二维的计算结果均可以看出，改进后的ＭＵＳＣＬ格式在消除数值振荡的同时，明显提高了流场间断的分辨率。     

解不可压N-S方程的预测修正迭代法

本文发展了作者早先提出的一种算法,使计算效率提高了20～108％。在雷诺数Re为100、400,和1000,网格节点为15×15的Cavity流场中进行了数值试验。苦取速度收敛误差为10~(-3),则在IBM PC/XT微机中所需的计算迭代次数和时间分别为42次、77次、86次和10分、21分、23分。     

离散速度方法及其在跨流域问题中的应用研究进展

往返大气层跨流域飞行器的气动力和气动热计算一直是当前流体力学研究的难点和热点之一。由于该类飞行器面临的流动场景不再是单一的连续流或稀薄流,采用Navier-Stokes方程求解器或DSMC方法均不能获得全流域的准确结果。近年来,以不依赖于连续性假设的Boltzmann模型方程为基础,通过在位置空间和速度空间同时离散求解该方程,实现了跨流域问题的统一求解。本文对该类算法的研究进展进行回顾和分析,着重介绍气体动理论统一算法（Gas kinetic unified algorithm, GKUA）、统一气体动理学格式（Unified gas kinetic scheme, UGKS）和改进离散速度方法（Improved discrete velocity method, IDVM）3种数值途径,分析它们的基本假设和实现方式,关注它们目前取得的进展和应用情况。同时,本文还将IDVM进一步扩展到非定常情形,以便用于非定常跨流域问题求解。最后,本文对该类算法存在的一些问题进行讨论,期望在后续的研究中能予以解决。     

基于非定常低速预处理和DES的三角翼数值模拟

发展出一套基于低速预处理技术采用SA-DES和SST-DES模型,对三维低速非定常流动进行数值模拟的方法.采用非结构混合网格有限体积方法求解非定常流场,时间离散采用基于LU-SGS隐式格式的双时间步长方法.对非定常低速预处理方法进行了推导和分析,并应用该方法对大攻角三角翼的非定常流场进行了数值模拟,对不同站位压强分布与试验值和参考文献值进行了对比,吻合较好.