虚构解方法程序验证

对求解偏微分方程问题的程序的严格验证,一直以来由于其精确解有限,较难进行,针对这种情况,本文给出了一种新的程序验证方法,虚构解方法,该方法旨在解决大型科学计算程序如何较严格地进行程序验证这一问题;该方法通过构造虚构解,修改原控制方程,然后通过对计算结果的分析处理达到对程序的精确验证;文中给出了一组通用的虚构解的选取办法,解决了虚构解方法验证过程中确定虚构解的问题;同时还给出了运用该方法对非结构二维Euler计算程序进行验证的具体例子,网格收敛分析结果表明该方法是一种有效的程序验证方法,并且具有较好的通用性。     

网格之间流场信息传递的高精度方法和验证

理论分析了插值方法引入误差的原因,提出一种利用时间推进方法和移动网格技术实现网格之间流场信息传递的思想,并构造计算方法。在介绍新的信息传递算法原理的基础上,根据三维情况下传递过程需要满足的时间推进步长稳定性条件,推导出最小推进步数的要求。最后,通过对激波诱导物体运动的非定常流动模拟,比较了信息传递算法和线性插值、加权最小二乘插值方法,计算结果表明,与插值方法相比,信息传递过程没有引入误差,能有效抑制非物理振荡,保持流场计算精度。     

CFD数学模型的线性化方法及其应用

计算流体力学(CFD)方法不仅仅起到数值模拟的作用,它本身是一个复杂的非线性系统。在流动稳定性分析、气动弹性分析、优化设计以及流动控制等领域,从系统的角度出发,对CFD数学模型线性化后,可以对模型的系统矩阵进行定量分析获得更多的系统特性。但是CFD数学模型往往非常复杂且阶数很高,因此其线性化系统矩阵的获得比较困难。鉴于此,采用人工编程和自动微分相结合,构造有限体积法并行CFD模型的线性化系统矩阵。其中自动微分只被用来得到每个界面通量的局部雅可比矩阵,而采用人工编程方法来实现并行环境下的稀疏雅可比矩阵的组装。线性化系统的并行求解采用了块雅可比预处理的广义最小残量法,每个并行进程内部则采用零填充不完全LU分解预处理。为了验证这种线性化方法,上述方法被用于:① NACA 0012翼型的非定常绕流线性系统构造与求解;② NACA 0012翼型稳态流动的伴随方程构造与求解;③ AGARD wing 445.6机翼颤振问题降阶建模。上述三个算例的结果与CFD模拟的吻合一致。     

基于CFD数值仿真技术的飞行器动导数计算

为了研究表征飞行器动态稳定特性的动导数,结合计算流体力学方法,基于滑移网格技术,采用小幅度强迫振动法和差分法两种非定常方法,推导了俯仰组合动导数以及滚转阻尼导数的计算表达式,并结合多参考系模型采用准定常方法计算滚转阻尼导数。建立了基于计算流体力学技术的飞行器动导数计算方法。对国际动导数标模Finner导弹进行了计算验证。两种非定常方法对俯仰组合动导数的计算误差分别为0.65%、6.13%,对滚转阻尼导数的计算误差分别为2.5%、0.06%。求解滚转阻尼的准定常方法对于滚转阻尼导数的计算误差为2.67%。三种方法的计算结果与风洞试验结果吻合的很好。非定常方法计算精度高,准定常方法可以快捷迅速得到结果。本文的数值方法不仅适用于超声速,同样可以用于亚、跨声速时的动导数计算。     

基于网格缩小的非结构网格梯度重构及制造解精度测试与验证

网格收敛性研究是验证与确认中的重要手段,本文针对一般非结构网格难以自相似加密的问题,实现了基于网格缩小的精度测试方法。在典型的各向同性和各向异性拉伸网格上,利用网格缩小精度测试方法分别考察了梯度重构精度以及制造解流动模拟精度,将网格缩小精度测试结果与传统的网格加密精度测试结果以及理论分析结果进行对比,验证了网格缩小精度测试方法与网格加密精度测试方法及理论分析的一致性。最后将网格缩小精度测试方法应用到各向异性拉伸网格粘性制造解精度测试中,得到了预期中的结果,并初步考察了梯度重构方法、网格类型对数值模拟精度的影响,显示出网格缩小精度测试方法在一般非结构网格精度测试上的优势,具有一定应用前景。     

一种基于求解椭圆型方程的结构动网格生成方法

基于椭圆型网格生成法,实现了一种简单高效的贴体结构动网格生成方法,可用于具有移动边界问题的非定常流动数值模拟。该方法提出,在网格变形过程中,Poisson方程需要的控制网格间距和正交性的源项可以通过提取已知的静态网格源项直接得到,并在整个动网格生成过程中保持不变。因此,在椭圆型网格生成中需要通过外迭代确定源项的过程可以得到省略,而且该方法不需要人工指定参数。这使得方法具有高效和易于嵌入到已有程序中的特点。数值模拟结果证明,采用这种方法获得的网格能够较好地保持静态网格原有的正交性和光滑性,在相同迭代步数约束下,网格求解效率低于传统弹簧模拟法,但鲁棒性优于弹簧模拟法。     

FDTD算法中的时空匹配问题及其解决方法研究

 分析指出了目前FDTD算法中的数值收敛条件破坏了其中的实际物理关系，导致了时空不匹配问题的存在，从而造成计算过程中计算量的激增和计算效率的低下，限制了FDTD算法在飞机的RCS目标特性分析过程中的实际应用。提出了对于FDTD算法进行改进的新方法，同时保证了算法中的内在物理关系和计算的收敛性，提高了计算效率和实用性。应用改进后的FDTD算法进行了简谐波在一维多层介质中的传播仿真和全反射理想基底多层介质的传播仿真，所得计算结果与理论分析结果完全吻合。同时根据仿真结果得到了电磁波在多层介质传播中的几个规律。     

基于广义Richardson外插方法的阻力预测精度分析

利用计算流体力学(CFD)方法预测阻力是飞行器气动设计中的关键环节。采用广义Richardson外插方法分别对数值方法预测二维简单构型的压差阻力、摩擦阻力和三维复杂构型的总阻力的精度进行了分析。在NACA 0012翼型无黏绕流和平板湍流边界层两个算例中验证了NSAWET程序和广义Richardson外插方法,分别得到数值算法预测压差阻力和摩擦阻力能达到的名义精度。进而模拟三维通用研究模型(CRM)翼身组合体绕流,得到的阻力名义精确值在DPW 5的统计误差带范围之内;综合DPW 5的计算结果来看,不同CFD解算器的结果之间存在一定差别,阻力预测精度总体上不符合二阶。可见,标准Richardson方法采用的二阶精度假设难以普遍适用,有必要采用广义Richardson外插方法得到名义精度。针对不合理的名义精度,采用Roache建议的方法加以限制。广义Richardson外插方法有助于提高误差分析的合理性,可以进一步降低网格对阻力预测的影响。     

一种新的动网格方法及其应用

 介绍了一种新型的动网格方法。该方法以Delauney图为基础进行整个网格的移动变形：首先是生成满足Delauney特性的Delauney图;然后把对网格移动的特性映射到Delauney图的移动上;最后把网格点在Delauney图以映射的方式进行重新定位而得到新的网格点坐标,从而得到移动后的网格。该方法不需要迭代,因而效率高,并且能适用于任意拓扑结构的网格。以翼身组合体的机翼颤振、翼身融合体的变体过程的非定常流动等为例来说明该方法的高效性及适用面广等特点。     

网络连接机群上CFD计算的一种负载平衡方法

讨论在网络连接的分布式存储并行机群上进行CFD计算的一种负载平衡方法和相关问题。当数值计算的方法是区域分解法时,各节点机上的负载与其处理的子区域的网格节点数成正比,所以同样大小的子区域可保证负载平衡。采用负载再分配即区域再剖分的方法来达到动态负载平衡,构造了一种对多块网格(每块内为结构网格但各块间的连接关系可以是非结构的)进行近似平均分划的方法,并用一种数据结构和算法保证了剖分出的多个子区之间正确的互联和边界信息传递关系。给出了用这种剖分算法对常见多块网格进行分划的例子,并对三维流场进行了实际计算。结果证明本文方法是正确的,能有效地均衡计算负载,达到较理想的并行效率。     

基于Richardson插值法的CFD验证和确认方法的研究

针对典型高超声速流动问题(T2-97模型),利用Richardson插值法,研究了多套连续变化网格下数值解的空间离散误差、收敛性。通过网格收敛性研究,完成了CFD的验证过程。利用不确定度分析方法,结合实验数据,开展了该问题的确认。研究表明:针对所选问题,在现有实验数据及计算条件下,该问题的CFD得到了验证与确认。     

基于CFD结果的轴流压气机附面层堵塞计算方法

为研究轴流压气机附面层堵塞计算方法,提出一种基于计算流体力学结果自动提取附面层厚度的多参数组合方法,该方法整合了多种附面层判断准则,可有效避免单参数判断准则的局限性。通过多个算例,包括二维平板、多级轴流压气机端壁、进口导流叶片以及带有分离区的静子叶片等,对该多参数判断准则进行了检验。结果表明,此附面层提取方法具有很好的有效性和普适性。该研究建立了多级轴流压气机中端壁堵塞从高维向低维模型的反馈,为压气机设计体系改进提供了更多可能。     

固液相变问题的边界元法数值解

相变问题的数值计算方法有多种,本文用边界元法解应用工程中常见的相变导热问题。     

差分卫星导航系统定位精度飞行测试方法

针对机载差分卫星导航系统的定位误差特性,提出一种考核机载差分卫星导航系统定位精度的飞行测试方法。在事后数据处理过程中,由于两部卫星接收天线之间安装位置不同而导致的杆臂效应会使最终结果产生较大的计算误差,故提出了一种基于消除杆臂的数据处理方法。通过以上飞行测试方法和数据处理方法可以有效地评估机载差分卫星导航系统的定位精度。     

模型确认热传导挑战问题求解的贝叶斯方法

为了进一步推动模型确认方法的发展并明确其具体实施步骤,以圣地亚国家实验室提出的模型确认热传导挑战问题为例,建立了模型确认的贝叶斯框架,并阐述模型确认的思想以及实现的一般过程.模型确认不仅是一个评定仿真模型准确度的过程,而且是一个通过确认结果提高模型预测精度的过程.首先介绍了贝叶斯及不确定性量化的基本理论,强调了模型修正...     

压气机静子有限元建模简化方法及验证

为有效减小航空发动机静子系统动力特性计算的有限元模型规模,针对压气机静子叶片结构,提出了1种基于截面等效原理的建模简化方法。首先通过1个静子叶片的8、6、4和2截面4种有限元模型的简化和计算说明了该方法的有效性;然后进一步以某型航空发动机压气机的第1级整流器为例,对上述方法进行了计算验证。结果表明:4种简化模型的前5阶固有频率计算结果最大误差分别为2.72%、4.23%、4.73%和7.32%,模态振型吻合良好;简化后的模型规模缩减为原模型的2%~3%,计算时间缩短为原模型的1%~2%。     

Banach空间中的常微分方程边值问题的拟上下解方法

利用拟上下解方法,研究了一阶非线性微分方程边值问题u′(t)=f(t,u(t)),u(0)-u(T)=x1,x1≥0拟解的存在性,并通过线性微分方程的解来构造算子,从而得到单调迭代序列,进而得到该边值问题的最大最小拟解对。     

计算流体力学非结构混合网格高精度格式研究现状

介绍了航空CFD技术中的非结构混合网格高精度格式的基本理论和方法,国内外研究现状,几种非结构混合网格高精度格式。     

Chebyshev模拟滤波器离散化问题分析与解决

针对高阶次、 低截止频率的Chebyshev模拟滤波器离散化发散问题,从滤波器阶次、采样步长、 截止频率、 离散化方法、 滤波器种类等方面进行了细致分析,得出定性原因,并针对该问题给出了通用解决方法.通过仿真实例和试验,验证了所提方法的有效性.