基于自适应非结构嵌套网格的旋翼流场模拟

针对直升机旋翼CFD仿真的复杂性,提出了改进的适合于格心格式求解器的非结构嵌套网格算法。采用自适应网格技术在旋翼流场仿真的整个过程中进行网格的自适应加密和疏化操作,以更好地捕捉桨尖涡等流动细节。对于频繁的自适应过程中产生的大量重复点和无用点,采用了高效的交替数字树算法(Alternating digital tree,ADT)和标记-删除-移动算法(Mark,delete,move,MDM)进行删除,节约了不必要的存储。针对格心格式的求解器,采用了基于梯度的网格间插值方式,简化了网格间数值传递的复杂性,同时不降低求解器的精度。对CaradonnaTung旋翼悬停算例和HLISHAPE 7A旋翼悬停算例进行了模拟验证,计算值与实验值吻合,表明本文建立的方法具有良好的鲁棒性和有效性。最后,与未采用自适应时求解器对桨尖涡的捕捉效果进行了对比,结果表明本文所采用的方法可以明显地提高求解器对桨尖涡的捕捉。     

高阶龙格库塔间断有限元方法求解二维谐振腔问题

提出了使用高阶龙格库塔间断有限元方法在时域求解经典的电磁场谐振腔问题,间断有限元方法在空间离散时采用非结构化网格且在时域显式求解方程,这是有限元方法和有限体积方法的最佳结合。该方法通过采用局部高阶多项式插值基函数获得高阶精度。文中使用该方法研究了横磁波在二维谐振腔中的传播情况,以及高阶的拉格朗日基函数。数值实验采用了高阶的二变量拉格朗日多项式基函数,数值计算结果与理论解析解相吻合。文中还讨论了不同阶数多项式插值基函数对计算精度的影响。结果表明,随插值基函数阶数增加,计算精度迅速提高。最后讨论了不同插值基函数阶数对L^2误差的影响,结果显示L^2误差随插值基函数阶数增加呈指数下降。     

多重网格在突扩燃烧室流场计算中的应用

多重网格法是一种具有快速收敛性特点的新计算技术,该法在求解偏微分方程时用一系列逐步加密或减疏的网格去离散求解区域,不同粗细网格可以消除不同波长的误差,从而加速了收敛。本文将此法应用于计算突扩燃烧室流场。SIMPLE算法和紊流k-ε模型被采用来预估旋流器后气流速度u,v,w和紊流参数k,ε分布以及回流区尺寸。计算结果表明,在达到同样计算精度条件下,与单层网格相比,此法可以加快收敛速度,缩短机时,减少计算费用,从而使数值计算在工程应用方面得到进一步推广。     

圆转方非轴对称喷管无粘流动的多层网格法求解

本文利用多层网格法求解三维无粘亚音和跨音速圆转方非轴对称喷管的流动,基本格式是把Ni[1]的二维有限体积积分格式推广到三维流场。边界条件采用文[2]中的“预测一修正”处理方法。为了进一步提高格式稳定性,在计算流动变量的一阶时间变化量时,采用单元体积平均法而不是文[1]中的算术平均法。引入当地时间步及多层网格方法,以加快格式的收敛速度。文中还对多层网格构造形式及其收敛效果作了讨论。通过对两种喷管模型流动的计算和与试验数据的对比,验证了该算法的精度。     

Maxwell方程的高阶间断有限元数值解法

采用高精度方法求解时域Maxwell方程,方程的空间离散采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)领域的高阶间断有限元格式,非定常时间迭代采用四步龙格-库塔格式。为了提高计算效率,本文采用了Quadrature-free implementation和网格分区并行技术。数值结果表明,采用高阶格式的情况下,采用稀疏网格便可以得到高精度数值解。另外由于本文的方法基于非结构网格,因此非常适合计算复杂外形的情况。     

自适应计算网格的生成和优化方法

本文提出一种简单通用的自适应计算网格生成方法。配合文[1]的网格优化方法,能在生成自适应网格的同时,保证网格具有较好的光滑性和正交性。本文还阐述了单元加权函数W的取值和边界点的确定对自适应网格性质的影响。作为应用实例,本文将自适应网格用于二维无粘跨音速叶栅流场计算。结果表明,采用自适应网格能明显改善流场的计算精度。     

民用飞机短舱防冰性能分析建模与仿真

基于民用飞机短舱防冰系统的特点,结合发动机结冰防护要求和适航条款的相关要求,阐述了短舱防冰性能分析的工程计算流程,并给出了提升计算效率的方法。在计算需求中重点分析归纳了短舱防冰的计算判据和常用计算工况,在计算模型中从外流场、内流场和耦合面3个域开展能量平衡和质量平衡分析,对计算网格提出了工程化的简化要求和方法;采用基于K近邻搜索的反距离加权插值算法,相比传统穷举法插值大幅提升了求解效率,且该方法具备网格无关性的特征;相较于经典的附面层积分法求解对流换热系数,本仿真模型在综合考虑三维效应和求解效率后,采用了外掠圆管的对流换热系数修正经验公式,并为后续模型修正提供了接口。基于自主搭建的民机防冰性能分析模型,开展了已有型号的短舱防冰性能分析,计算结果与试飞数据的表面温度对比表明,仿真中的优化满足工程分析需求且极大地提升了求解效率。     

基于混合网格的直升机旋翼/机身非定常干扰流场数值模拟方法

基于混合网格建立了一个适合于直升机旋翼/机身非定常干扰流场的数值模拟方法。其中,采用混合网格系统生成旋翼/机身干扰流场网格以降低网格生成难度;将二阶MUSCL格式和Roe格式相结合进行空间离散以提高流场的计算精度;同时引入隐式LU-SGS时间格式和OpenMP并行模式以提高干扰流场的计算效率。应用建立的计算方法,对Georgia和Robin旋翼/机身模型进行了数值模拟和分析,与试验结果良好的相关性表明了该方法的有效性。     

旋翼跨音速非定常黏性绕流的高效CFD模拟方法

为提高旋翼跨音速黏性绕流CFD模拟的效率,建立了一套基于隐式LU-SGS算法和OpenMP并行策略的旋翼非定常流场高效数值求解方法。首先,基于二维剖面翼型的Poisson方程求解和网格插值、翻折方法生成绕桨叶的O-C-O型贴体正交网格,并采用高效的"扰动衍射"(Disturbance diffraction method,DDM)挖洞方法、并行化″Inverse map″(IM)的贡献单元搜索方法,构建了旋翼运动嵌套网格系统。在此基础上,以耦合S-A湍流模型的非定常RANS方程为主控方程,对流通量采用高精度的Roe-MUSCL格式进行离散,时间推进采用隐式LU-SGS双时间方法,同时采用OpenMP并行策略加速旋翼流场求解。最后,运用所建立的方法分别对悬停ONERA 7A旋翼、前飞Caradonna-Tung(C-T)旋翼无升力状态及SA349/2旋翼有升力状态的气动特性及涡尾迹特征进行了模拟,通过与试验值对比验证了文中方法在旋翼非定常流场CFD模拟中的有效性和高效性。     

三维网格动态细化技术在切削仿真中的应用

为解决切削加工有限元仿真模型求解速度与精度难以平衡的问题,提出了一种适用于三维有限元模型的网格动态细化算法。该算法的主要功能包括网格细化区域判断、网格细化以及新旧网格物理场传递。采用Python语言对Abaqus软件进行二次开发,将该算法应用于Ti2AlNb钛合金车削加工仿真之中,并最终通过实验验证了仿真模型的准确性。与采用局部网格细化的仿真模型计算结果对比,采用网格动态细化技术的仿真模型求解切削力误差增加了7.3%,求解最大应力误差增加0.2%,求解速度提升174.2%。实现了在保证仿真计算精度的基础上,有效提高运算速度。