高超音速钝体小攻角绕流的直接问题

本文建立了高超音速钝体小攻角的绕流积分关系式法的一级近似常微分方程组。确定了钝体对称轴上(s=0)物面与激波处的所有流动参数,使该方程组的边界条件成为一点边值问题。因此对它的求解,要较相应另攻角轴对称绕流的二点边值问题简便。文中还给出了该方程组的一种近似简便解法。     

轴对称高超音速绕流平头物体的一个解析解

根据方法,使用级数展开和附面层方法,得到了轴对称高超音速绕流平头物体的一个解析解。方法是直接的,即由给定物体形状可求出表面压力分布和激波形状。对平头物体在M_∞=5.8时所得结果和实验及其他理论结果进行了比较,发现符合得很好。本文所提供的方法也说明了对于高超音速钝体绕流级数求介是可能的。     

弹尾超声速轴对称喷流的正格式数值模拟(英文)

采用二阶正格式方法对超声速轴对称喷流流动进行数值模拟。将二维守恒方程的正格式方法发展到轴对称Euler方程组的求解,并对导弹尾部超声速伴随射流进行了数值计算。数值结果与实验照片所反映的流动特征吻合较好,与三阶精度间断有限元方法计算结果吻合,相比于二阶高分辨率TVD格式的计算结果,正格式方法的计算结果在间断点处具有较大的梯度变化。这表明该方法对激波具有较强的捕捉能力,在间断处不会出现数值振荡,对弹尾声音速伴随射流的数值模拟真实、有效。     

高超音速流绕半球圆柱钝头细长体的流动

本文提出利用高超音速流绕钝头细长旋转体轴对称流动的相似律所得的结论,可以将钝头细长体分成三个区域即钝头区域,钝头细长体相互作用区域,细长体区域,并确定得高超音速流绕半球——圆柱体的钝头区域的长度,从而提出利用爆炸波相似的二级近似理论计算圆柱(细长体)部分的压力分布时,必须将座标原点沿x轴前移一个钝头区域长度,所得结果与实验相较很符合。同时提出计算半球(钝头)部分的压力分布的统一公式,与M_∞=7.7及M_∞=20实验数据及其他理论相较结果相当满意。     

非结构网格的高超声速粘性MHD流场数值模拟

应用数值方法在非结构网格上对磁场干扰下的二维高超声速钝头体粘性绕流进行了数值模拟。控制方程为N-S方程耦合Maxwell方程的粘性MHD方程组,空间离散采用有限体积方法,对流项用AUSM格式计算,粘性项用中心格式求解,时间推进用显式5步Runge-Kutta格式,引用双曲型散度清除技术加强▽.B=0的条件。计算模型为二维钝头体,在高超声速来流条件下,分别对有、无均匀磁场干扰下的流动进行了数值模拟。计算结果表明,在均匀磁场干扰下,激波脱体距离显著增加,物体表面压力急剧下降。对比表明文中发展的计算方法可以准确地进行二维粘性MHD流场的数值模拟。     

一种求解多介质流问题的正保护数值方法

在计算爆炸或高速射流等多介质流问题时,会遇到低密度低内能的情况.由于数值误差等原因,计算过程中会出现负的密度、压力或内能,从而导致计算无法继续推进.针对该问题,给出了一种基于rGFM界面处理方法和WENO高精度格式的正保护算法.算法首先使用具有正保护功能的求解器在界面处求解双激波近似黎曼问题,并用近似解更新界面附近真实...     

HLLC方法在三维非结构网格上的应用

以三维非结构网格的显式有限体积法为基础，采用格心方法以及基于近似黎曼解的二阶精度Godonov扩展方法求解三维Euler方程，使用HLLC(Harten，Lax，van Leer,Contact)近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量。为了验证方法的可行性，利用三维解算器对NACA0012翼型绕流进行了数值计算，结果令人满意。在此基础上对某型弹的流场进行了数值模拟，取得了比较好的结果。     

三维物体绕流数值模拟中薄层模型的应用

介绍用于近似计算绕三维尖体无粘流激波薄层的二层模型。本法以数值确定激波的位置,在计算不同结构形状物体的空气动力特性时能确定气体动力载荷的近似值。采用这种方法实际上排除了超高速理论中其他已知方法对尖体几何形状所加的约束。与通常的空气动力特性曲线相结合,此法可获得在设计和非设计飞行状态下飞行器整个系统的近似绕流流场,且可优化其空气动力结构。     

用 Euler 方程计算某些特殊的二维分离流动

采用非定常Ｅｕｌｅｒ方程、总体时间步长、隐式时间推进，计算了几种特殊类型钝体的二维有分离绕流。一类是光滑的圆柱体，在跨音速时计算出因激波诱导分离而周期性地脱落在尾迹上的非对称涡排。另一类是带尖角的物体，如三角形柱体，计算出从尖角处脱落在尾迹上的分离旋涡，形成卡门涡街。对这两类物体，计算的平均阻力系数，分离涡脱落的Ｓｔｒｏｕｈａｌ数以及流态都与实验接近。结果表明，对于这类绕流问题，用非定常Ｅｕｌｅｒ方程计算，具有一定工程实用意义。     

轴对称进气道外罩跨音速非守恒型全位势流AF3算法

本文针对轴对称进气道外罩跨音速绕流问题的特点,采用了贴体坐标网格;并对这类网格拓扑构造了三种Baker的隐式近似因式分解AF3有限差分迭代算法。通过理论分析与数值实验,找到了既能计算亚临界情形,又能计算超临界情形的AF3格式;并就此格式讨论了适合于进气道绕流特性的AF3迭代格式中间变量的提法,具体提出了格式实施的相应方法,研制了可供分析任意轴对称进气道外罩跨音速特性的计算程序。由于采用了任意曲线坐标系上的轴对称非守恒型全位势方程适合于用不同方法生成的计算网格,因此,本文的工作还有可能进一步推广到计算更复杂的轴对称进气道跨音速绕流问题。计算表明,本方法收敛快,结果好。     

翻管数值参数分析法研究

采用塑性流动理论，薄壳无力矩理论及幂函数强化模型，对求解轴对称塑性平面应力问题的数值参数法作了进一步的研究，推导出成形力学分析的一阶微分方程组，在此基础上，将该微分方程相应用于薄壁圆管轴压外翻成形的稳态流动分析，计算时采用了四阶龙格库塔法，并获得了应力，应数值解，本文通过大量的计算，分析了边界条件对计算结果的影响，并将理论计算结果与实验作了比较。研究结果表明，轴对称塑性平面应力问题可以转换为一阶常     

三维薄翼跨音速积分方程及其有限元解法

本文将Nixon[1,2,3]对二维薄翼型所建立的跨音速积分方程推广到三维薄机翼情况。为了处理超临界流和有冲波情况,我们在方程中引入人工粘性项,以消除解中可能出现的不连续性。通过合理的近似处理,使积分方程的自变量仅依赖于机翼所在平面的两个座标,这就使我们在利用有限无法进行数值解时,只需在机翼平面上划分元素,避免了在流场空间中划分元素的传统作法,从而大大降低了对计算容量的要求和计算工作量,使跨音速三维机翼的气动力计算有可能在较小的计算机(例如709机)上完成。作为第一步,本文先研究对称绕流情况,它是跨音速非定常气动力计算的基础,而且对跨音速机翼设计也具有重要意义。对钝前缘薄机翼,为了避免前缘奇性所引起的在前缘附近进行数值积分的困难,我们利用有限元素法的固有优点,在前缘区嵌入局部跨音速解析解,使在元素不细分情况下仍能得到较精确的数值解。     

运动激波绕尖劈流动的研究

在激波管中进行双尖劈二维外形的激波绕流数值计算和实验研究。入射激波Ｍｓ＝１．８,用激光全息双爆光技术定量测定各瞬时的密度场。计算采用欧拉方程和有限体积法进行离散并采用高精度的ＴＶＤ差分格式。计算与实验两者之间的比较,表明本文采用的计算方法对于解决尖点的绕流十分奏效;根据计算所获得的运动激波波系,能够判断局部区域实验测量的密度场梯度方向,从而使密度场的定量测定获得更可靠的结果。     

超声速化学反应流场迎风格式数值模拟及并行计算

基于有限体积迎风格式对超声速燃烧流场进行了的数值模拟.由于超声速燃烧流场绕流的复杂性,要求对多组分Euler/N-S方程求解的数值模拟方法应具有较高的计算精度及效率.本文引用辅助点方法建立了具有空间二阶精度的van Leer迎风矢通量分裂格式,并应用于超声速燃烧流场绕流的数值模拟.化学反应为氢气/空气十反应模型,采用考虑了化学反应特征时间的当地时间步长显式Runge-Kutta时间推进格式.对钝头体模型爆轰现象、后向台阶氢气喷射及二维内外流超声速燃烧流场模型进行了区域分裂技术的并行计算.计算结果与参考文献作了对比,得到了满意的结果.     

环形激波聚焦流场特性的间断有限元方法(英文)

针对环形激波聚焦时产生的高温、高压特性,采用间断有限元方法对环形激波在同轴圆柱形激波管内的聚焦流场进行了数值模拟。为了验证采用方法的有效性,首先对经典激波管问题进行了求解,计算结果与解析解吻合很好。其次,对入射激波马赫数为2.0到5.0的环形激波聚焦流场进行了计算,获得了环形激波在圆柱形激波管内聚焦过程的气动特性。模拟结果表明,采用间断有限元方法能够有效地捕捉激波聚焦过程形成的绕射、反射和聚焦等主要流动特征,而且在聚焦点附近,数值解具有较大的梯度变化,表明该方法对间断解具有较强的捕捉能力。最后比较了网格尺度对聚焦点峰值压力的影响。     

基于彩色纹影的Edney Ⅳ型激波相互作用研究

发展了一种高分辨率和灵敏度的彩色纹影技术,研究高超声速条件下Edney Ⅳ型激波相互作用.解决了制作彩色滤光片的关键技术,采用特制的彩色滤光片代替了传统纹影系统中的刀口,高速彩色相机曝光时间60μs,帧频6242fps.将光源限制在0.5mm×20mm的狭缝内以提高系统灵敏度.实验在马赫数为5的激波风洞内进行,Edney Ⅳ型激波相互作用由15°斜劈和20mm直径钝头体产生,来流静压和静温分别为1800Pa和100K.数值模拟采用迎风格式求解三维RANS方程.实验得到了清晰的彩色纹影照片,细致地呈现了Edney Ⅳ型激波相互作用的波系结构和马赫数为1.2的超声速射流.数值计算与实验结果很好地吻合,共同揭示了Edney Ⅳ型激波相互作用机制和钝头体表面局部高压区域的形成原因.     

燃烧室钝体火焰稳定器吹熄特性的数值分析

火焰稳定器吹熄特性的研究过去均采用实验方法并归纳出经验公式。本文通过计算燃烧流场的稳态临界点来逐步逼近非稳态吹熄极限,提出了一种数值方法来近似预测钝体火焰稳定器的吹熄特性。     

AUFS格式在多组分反应流场模拟中的应用

对AUFS格式进行了讨论,并将其应用于高超声速多组分化学反应流场的数值模拟.超声速燃烧流场复杂性使得发展基于非结构网格的高精度逆风格式数值求解方法成为必然.本文中控制方程为轴对称多组分Eu-ler方程,空间分裂采用基于非结构网格的有限体积逆风格式AUFS方法,时间推进为考虑了化学反应特征时间效应的显式5步Runge-Kutta方法.化学反应模型采用经典的H2/Air的7组分8反应模型.对钝头体激波诱导亚爆轰及超爆轰流场进行了数值模拟,得到了与实验及文献相符合的计算结果.     

超声速流中激波/湍流附面层干扰数值模拟

采用修正的B／L湍流模型以及多块结构化网格求解了二维N-S方程。分别对超声速流和高超声速流中的激波／湍流附面层干扰进行了数值研究。本文首先研究了进口马赫数为2．96的超声速流。计算结果准确预测了入射斜激波在平直壁面引起湍流附面层分离的流动特征：分离点的反射激波、分离包引起的膨胀扇以及再附点的反射激波。计算的壁面压力分布与实验值吻合较好，计算的分离区长度与实验值比较有一定误差。本文还对进口马赫数为9．22的高超声速流中压缩角引起的激波／湍流附面层干扰进行了数值研究。计算结果与实验结果吻合较好。     

高超声速化学非平衡绕流分布式并行算法

讨论了非结构网格高超声速化学非平衡绕流流场的分布式并行数值模拟方法。控制方程采用带化学反应源项的N-S方程,数值离散格式采用Jameson有限体积法。化学反应模型为五组元五反应模型,没有考虑电离效应,对化学反应源项进行了点隐式处理,温度场的计算采用牛顿迭代法。通过调用METIS库函数将整体计算区域进行分裂,使用PVM并行机制在PCs-Cluster机群上对二维钝头体高超声速化学非平衡绕流进行了分布式并行计算,得到了结果,并对算法的加速特性进行了对比分析。