计算物理中的数学实验方法

论述了计算物理与数学实验的关系,以及数学实验对计算物理的重要性,并通过实例说明,利用数学实验方法可以简化计算,突出物理概念,使问题得到更好的解决。     

带扰流片的翼型绕流流场的计算

文章用基于伪压缩方法的有效不可压Navier-Stokes解算器，（该解算器可推广应用于非定常问题），以时间精度的方式对带扰流片的翼型绕流流场进行了数值模拟。对大多数计算而言，空间离散多采用三阶通量分裂格式，对得到的矩阵方程用点SGS松弛格式来求解。用单区和多区网格生成方法分别对流场进行了数值计算，并对得到的数值计算结果进行了比较。该程序由流过NACA 0012翼型的定常湍流进行了进一步验证，并且计算得到的表面压力系数与物理试验和其它数值计算的结果符合得很好。而且该程序还显示出很好的矢量化和并行化特点得到进一步证明。计算用基本翼型是先进的波音运输机预研翼型。其几何尺寸在网格生成时稍微有些改动。文章还研究了扰流片偏转角固定为60。。并研究了攻角对流场的影响。扰流片端部和翼型后缘非定常涡脱落过程也得到了很好的模拟，同时还显示了在不同时间步时的流型。在湍流模型的局限内，计算得到的平均量和物理试验结果符合得很好。     

强粘性层流理论及在粘性流计算中的应用

对高雷诺数流动计算，为了解决部分粘性项甚至全部惯性粘性项落入误差与流动物理尺度的关系问题，本文提出强粘性流动理论。强粘性流中至少有一个粘性项与惯性项同量阶，理论包含了物理尺度各向极限、经典边界层和多层边界层理论为其特例，给出了从经典边界层向物理尺度各向相同极限演化的尺度规律和粘性惯性诸项变化的量阶关系，阐明了粘性与惯性力强相互作用将在剪切层的法向以流向同时“激发”涉尺度结构。对粘性流计算，利用强粘性剪切流尺度律重新标度NS格式的修正微分方程，给出临界网格尺度与流动物理尺度和差分格式精度的关系，得到部分粘性项落入误差和计算结果为非物理数值粘性解的二个判据。并以流场中的边界层、驻点和分离点领域计算为例说明理论的应用，对强粘性剪切流计算、证实部分粘性项甚至全部粘性惯性项落入误差的问题值得重视。     

Navier—Stokes（NS）方程组差分计算中的物理和网格尺度效应及NS方程组的简化

对于高Re数流动计算，在通常二阶精度NS差分格式和网格数条件下，存在某些粘性项落入修正微分方程截断误差项的问题。这类NS方程组计算实际是计算某种简化NS方程组，而且重复计算误差物理粘性项既浪费机时和内存，误差积累又会对数值解产生不可预测的影响，避免外述缺陷的办法一个提高NS差分格式的精度，另一个是丢掉可能落入截断误差项的物理粘性项，把NS方程组简化为广义NS方程组，广义NS计算避免了误差物理粘性项误差积累对数值解的不可知影响，又可节省内存和机时，对高Re数流体工程计算很有好处。利用广义NS方程组计算超声速绕前向和后向台阶流动的结果表明：广义NS方程组与NS方程组的数值结果很好相符符。     

面向实时嵌入式机载软件的测试技术研究

对实时嵌入式机载软件的测试方法进行了研究，针对机载计算机软件的时空约束、面向机器和容错计算等一系列特点提出一个适用于实时嵌入式机载系统的REAST软件测试模型，并对该模型实现中的四个核心技术进行了简要的阐明．最后，介绍了以上软件测试方法在实际工程项目中的应用情况．     

上风格式的若干性能分析

采用理论分析和数值试验相结合的方法，对上风格式的三个典型代表：FDS、FVS及AUSM格式的性能进行了分析比较：FDS格式具有高的间断分辨率但可能出现非物理懈；FVS格式捕捉强非线性波的能力很强，计算效率高，但耗散比较大；AUSM格式兼有高间断分辨率和高计算效率且克服了两者的弱点。以一维无粘激波管流场为算例考察了这些格式性能与间断分辨率。     

网格计算在工业过程控制中的应用前景

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术,充分利用现有资源提供高性能的计算能力。现在的生产过程越来越向大规模复杂化方向发展,过程控制需要新的控制模型和控制方法来解决这些问题。但现有的计算能力无疑又限制了控制技术的应用,将高性能的网格计算运用到过程控制当中可以提高控制模型和控制算法的计算速度,也将大大提高其控制品质和应用范围。     

网格技术

网格计算是一种新兴的解决大规模复杂问题的应用技术，网格是Internet的发展方向。文章阐述了网格的定义、体系结构、以及实现网格计算的关键技术，介绍了国内外网格技术的研究现状、应用前景和发展趋势。     

液体火箭发动机辐射冷却推力室的传热计算

本文介绍一种液体火箭发动机辐射冷却推力室设计计算方法.内容有:物理过程的分析、燃气与室壁之间对流热流和辐射热流的计算、室壁中温度场的计算、因辐射冷却引起的比冲损失的计算等.并通过一个计算实例来说明方法及所得结果的可信性.     

螺旋桨中的流动噪声问题

螺旋桨噪声在航空航天和水中装备等领域广泛存在，是气动声学领域的重要问题和难点问题。螺旋桨噪声问题涉及时间和空间上非均匀各向异性的湍流来流，乃至多尺度的湍流结构与叶片之间的复杂干涉作用，对于螺旋桨噪声问题中的物理机制尚需进一步探索。本文首先针对20世纪70年代提出的螺旋桨吸入湍流噪声的基线问题，详述了50年来螺旋桨噪声研究的发展历史，分析和归纳了螺旋桨噪声在理论、试验和计算等方面的研究成果，并对一些尚未解决的难点进行了阐述。接着介绍了转静干涉、吸入边界层湍流等螺旋桨噪声的若干基本问题。最后，结合实际需求，对下一代飞行器、无人机和水中装备等领域的研究历史和发展现状进行了阐述，并对螺旋桨噪声研究的未来发展方向和潜在应用进行了展望。     

雷达散射截面计算方法综述

对目标雷达散射截面（RCS）计算方法进行了总结，指出了各种方法的适用范围。以具有复杂外形特征的军用战斗机为例，用物理光学法进行了全机的RCS计算，验证了该方法在飞机设计中的实用性。     

考虑材料物理参数为随机量时可靠度的计算

本文主要考虑了材料物理参数为随机量时 ,利用随机有限元及 H- L方法对定向结晶涡轮叶片进行可靠度计算。计算方法收敛 ,说明本方法可行。从计算结果表明 ,物理参数为随机量时 (相对于外载及材料机械性能为随机量时 )对破坏概率影响较小     

模拟技术在普通物理教学中的应用

计算机模拟技术广泛应用在教学和科研当中，在大学普通物理教学中引入计算机模拟能更生动和深刻揭示物理含义。本文介绍了“MATLAB软件”的发展及特点把它运用到大学物理教学中并给出一些实例，利用它强大的数学功能通过实例的建模、编程和仿真过程，来分析物理过程，该方法具有简便、直观、高效的特点。     

大曲率弯道和叶栅内的湍流数值模拟

本文在贴体曲线坐标系下应用非交错网格技术，发展了适于求解复杂流动的压力修正算法，采用速度的协变物理分量为动量方程的求解变量，推导得出一个适于任何曲线坐标系下控制单元体界面流通量的插值模式，可以有效地抑制不合理的波动压力场，计算表明，算法稳定收敛，计算值与试验值吻合良好，同时能预示通道内复杂的流动现象。     

基于物理信息神经网络的气动数据融合方法

为了解决训练传统深度神经网络对大数据的依赖问题，气动数据中包含的物理结构信息需要被充分利用。物理信息神经网络（physics-informed neural network, PINN）是一种非监督的学习算法，采用深度神经网络直接逼近流场偏微分方程的解，因此适用于气动数据的建模。然而训练PINN时，损失函数反映的是抽样点处神经网络所拟合的偏微分方程值的偏差，对于复杂的非线性偏微分方程，这一偏差不能准确反映神经网络所拟合的函数与微分方程解函数的偏差，而且用神经网络拟合初始条件和边界条件时，不可避免存在拟合误差，误差随空间和时间累计，这使PINN的建模精度相比传统的模型没有优势。为了解决这些问题，本文把PINN与流场的计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）仿真结果进行融合，在流场抽样点处的损失函数中增加了PINN在该点的输出与流场在该点的CFD值偏差，从而提高了神经网络的建模精度。根据CFD仿真时使用的模型，融合方式采用瞬时模式或时均模式。测试结果表明该方法能够有效提高PINN的建模精度。     

短环燃烧室冷热态三维流场数值模拟

介绍了计算三维湍流流动的理论公式和物理模型。给出了在处理初场问题和边界问题时的一些具体方法。用柱坐标系，正交交错网格，台阶壁模拟，SIMPLE算法步骤计算了短环燃烧室三维湍流流场，并与全环燃烧室试验结果作了对比，计算与试验结果比较一致。     

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。     

关于变形网格“几何守恒律”概念的讨论

在国内外文献中应用包含有变形的动网格进行流动数值模拟时,要满足所谓的几何守恒律条件;通过对这一概念最早提出推导过程和近年来应用发展情况分析以后发现,逻辑上存在不适当之处.从流体力学基本理论出发,对包含有变形的动网格技术的理论基础进行讨论,证实几何守恒律是流体力学控制方程的伴随方程或退化方程;通过简单模型分析有限体积方法离散过程,发现计算过程中不满足几何守恒律所引起的非物理现象本质上是目前有限体积离散处理中微元体积计算方法不符合物理定律所致;因此在变形动网格计算方法中不存在必须要满足的几何守恒律.最后根据理论提出物理背景清晰的微元体积计算方法,数值验证可行.     

基于符号处理的天平载荷计算方法研究

风洞试验需要使用大量的天平，而经常编写天平公式处理程序给试验处理软件的维护带来了较大的工作量，影响了数据处理的效率和准度。随着试验软件通用性的不断提高，需要研究一种通用的天平公式处理方法。基于符号处理的天平载荷计算方法是一种解决天平公式的自动化处理方法，它运用系统软件的编译原理，通过对公式符号的解释和执行来实现对公式的处理。该方法已运用在风洞试验的数据处理中，可以在风洞试验的数据处理中推广应用。     

短环燃烧室三维两相燃烧流场数值模拟

介绍了计算三维两相湍流燃烧流动的方法和所采用的理论公式，以及采用物理过程的模型。给出了在处理场问题和边界问题时的一些具体方法。用柱坐标系，正交交错网格，台阶壁模拟，SIMPLE算法步骤计算了三维两相反应流的短环燃烧室在不同工况下的速度场、温度场、浓度分布等，并与全环燃烧室试验数据作了对比，计算与试验结果比较一致。