双曲型守恒律方程离散格式的若干特性述评

从计算数学、物理力学分析和计算经验相结合的观点分析一些对于工程计算有价值的离散格式,梳理出脉络,从改进和创新的观点评述了当代计算流体力学的若干问题.     

浅谈数学实验与物理教学的关系

本文从数学实验的角度着手，以傅立叶级数和曲线族的包络实验为例，从一个侧面探讨数学教学与物理教学之间的关系。为高校的教学改革提供了新的视角。     

冷热两股气流在圆管内掺混的速度场、温度场与辐射通量场的数值方法

用数值方法求解冷热两股轴对称平行射流在圆管内掺混的流场、温度场和辐射通量场。计算采用一种通用性的数值方法,其特点是强烈地以物理本质为基础,而不仅仅是单纯的数学推导。这样做,能方便地分析和解释计算结果,使之更真实地接近于实际。 通过计算,分析了当引射系数改变时,掺混的流场,温度场和辐射通量场的变化规律,其结果与实验数据比较一致。     

AECSC-J ASMIN湍流燃烧仿真软件研发和检验

航空发动机燃烧室几何结构复杂,湍流和化学反应存在强烈非线性相互作用,需要对流动和燃烧及其相互作用进行高精度高时空分辨率的刻画,目前燃烧室湍流燃烧数值模拟仍然是高难度的瓶颈问题之一。介绍了由北京航空航天大学航空发动机数值仿真研究中心、北京应用物理与计算数学研究所和中国工程物理研究院高性能数值模拟软件中心联合研发的AECSC-JASMIN软件主要框架、算法以及针对该软件的算例检验。在Sandia射流火焰、支板火焰和单头部燃烧室检验算例中,对比实验数据,射流和支板火焰预测结果与实验值一致;支板算例的平均相对误差在15%之内;单头部燃烧室模拟结果符合物理实际,总压损失与实验值基本吻合。说明AECSC-JASMIN软件可用于复杂结构高分辨率高精度湍流燃烧数值模拟。     

准则方程形式的探讨

应用积分方程求解换热问题,不仅数学运算较简单而且计算结果具有很好的直观性,容易看出理论解的物理意义,其计算结果使人们一目了然。下面我们利用积分方程,在第一类边界条件求解Pr=0.001～7500的流体绕流平壁层流换热问题。      

关于CFD验证确认中的不确定度和真值估算

本文回顾了CFD验证、确认中不确定度的概念和研究方法,CFD的不确定度尚无表达式可以使用。本文也讨论了现在正在进行的实验验证,对各个参加验证的软件,如何作出定量的精度评价也缺乏原则。针对这些情况,我们在不改变不确定度定义的前提下,对不确定度作了新的解读,即不确定度可解读为计算值或实验值与真值准确到前n位,从而可给出不确定度的表达式和真值估算的原则。并根据大样本数据的统计理论,对真值认为接近数学期望,从而给出准确到n位真值的计算方法。这个方法,可用于计算结果的检验,例如当模型一定时,可用此法寻求计算方法的真值,对算法进行检验;如算法一定模型改变时,也可用于检验模型的可靠性。利用这种方法,在没有实验结果的情况下,也可评价各计算软件的质量。这个方法当然也可以运用处理实验数据。因为CFD中计算模型是人为建立的,虽然可以检验它的解是否正确,但与物理情况是否一致,并未得到回答。因此,开展实验验证是必需的。     

大行程高精度微驱动系统的建模研究

通过模块化方法,分别对某压电陶瓷驱动的新型大行程、高精度微驱动器驱动部分、传动部分进行物理、数学建模,得到系统的传递函数,并通过matlab软件进行仿真计算,得出系统的开环伯德图,进行稳定性分析,为微驱动系统闭环控制研究提供理论基础。     

液态铝和三氧化二铝物性参数计算方法综述

含铝固体推进剂在燃烧过程中会产生铝液滴和三氧化二铝液滴,准确的铝和三氧化二铝液滴物性参数对发动机内燃烧、流动等多物理过程的精细化数值研究及工作性能的精确预测具有重要影响。为获得精确的物性参数,针对液态铝和三氧化二铝的密度、黏度、表面张力、导热系数及定压比热容等物性参数,综述国内外实验研究现状和不同温度下的计算方法,对比分析各实验和计算方法的精确度和适用性。结合固体发动机高温高压环境,提出了适用于发动机内铝和三氧化二铝液滴的物性参数计算方法。得到的物性参数计算关系式可为发动机内多物理过程的精细化研究提供参考。     

准爆轰波传播机理的探索研究

本文分析了准爆轰波的传播过程与物理机制,提出了一个全新的准爆轰波物理模型,开展了理论分析与数值模拟研究.在该物理模型中考虑了超声速流动化学反应放热造成的动量损失,计算结果表明准爆轰波发展过程是热壅塞的.计算与实验结果的定性吻合表明了本文提出的理论模型是正确的,获得的计算结果是合理的,对于准爆轰波物理机理的讨论是有重要意义的.     

GB/T 3364中异形截面纤维当量直径计算方法的研究

GB/T 3364碳纤维直径和当量直径试验方法中,异形截面纤维当量直径的计算方法较为复杂.经过计算公式的数学推导,使得异形截面纤维当量直径的计算和测量步骤有了较大的简化,并通过实验验证了简化方法的有效性.     

The aerodynamic design of multi-element high-lift systems for transport airplanes

High-lift systems have a major influence on the sizing, economics, and safety of most transport airplane configurations. The combination of complexity in flow physics, geometry, and system support and actuation has historically led to a lengthy and experiment intensive development process. However, during the recent past engineering design has changed significantly as a result of rapid developments in computational hardware and software. In aerodynamic design, computational methods are slowly superseding empirical methods and design engineers are spending more and more time applying computational tools instead of conducting physical experiments to design and analyze aircraft including their high-lift systems. The purpose of this paper is to review recent developments in aerodynamic design and analysis methods for multi-element high-lift systems on transport airplanes. Attention is also paid to the associated mechanical and cost problems since a multi-element high-lift system must be as simple and economical as possible while meeting the required aerodynamic performance levels.     

高升力标模确认计算研究

针对高升力标模NASA Trapwing全展襟翼构型展开确认计算研究。采用N-S方法,预测高升力模型的流动状态,分析高升力的流动现象及机理,评估自主研发的WiseManPlus软件及WoF90软件预测高升力流动的能力。通过对网格生成、计算策略及数据分析等各个环节进行分析,制定出一套适用于高升力模型工程应用的CFD计算方法,得到与实验值吻合较好的计算结果。结果表明,目前所采用的结构网格求解器WiseManPlus软件及混合网格求解器WoF90软件计算精度相当,适用于模拟高升力流动。     

共轴式直升机双旋翼载荷计算模型研究

理论计算和实验测量表明,共轴式直升机在悬停、前飞状态下,上下旋翼桨盘处轴向诱导速度分布与单旋翼直升机的相类似,本文根据共轴式直升机双旋翼这一特点,引入气动力相互干扰因子,将单旋翼直升机一阶谐波形式的Pitt-Peters静态非均匀入流模型推广到共轴式直升机,建立了一种共轴双旋翼载荷计算模型,为共轴式直升机飞行动力学建模作前期准备。以某共轴双旋翼为研究对象进行载荷计算,并与国外计算结果进行了对比,两者吻合较好。      

考察德国大学物理教学的启示

通过对德国克劳斯塔尔工业大学物理教学的考察，阐述了教学与科研相结合对提高大学物理教学质量的重要性。为寻求教学与科研相结合的途径和改变基础课教师长期脱离科研的现状，在分析我院物理课教学情况的基础上提出了几点建议和想法：首先，我院理学系除了下设物理教研室、物理实验室之外，可以设立研究室或科研课题组；其次，可以结合物理实验教学搞科研；还可以与其他专业合作搞科研。     

有限元法在高速碰撞模拟中的应用

在试验数据分析的基础上,应用LS-DYNA三维动力有限元程序对高速弹丸撞击铝板的三维数值模拟。通过计算结果与实验结果的比较,证明采用合理的材料参数和物理模型有限元法能够直观地分析弹靶的详细相互作用过程,且两者在宏观物理特征上基本吻合。     

On the computation of instabilities and symmetry-breaking in fluid mechanics

A review on the implementation of modern computational fluid dynamics (CFD) methods for simulating low- and high-speed flows featuring turbulent mixing, instabilities and symmetry-breaking is presented. Results are reviewed for several complex flows including turbulent mixing associated with Richtmyer–Meshkov and Rayleigh–Taylor instabilities, incompressible flows in suddenly expanded geometries, shock-induced instabilities, free-shear instabilities and complex vortex dynamics. Many of the results presented in this review have been obtained by large eddy simulation (LES), monotone integrated LES (MILES) in particular. The computational challenges associated with complex flow physics and nonlinear behaviour of the numerics are discussed.     

一种槽道式处理机匣的准定常流动模型Ⅰ: 建模方法及验证

为降低对槽道式处理机匣流动进行模拟的计算量,特别地,为了提供一种可用于处理机匣工程设计的快速评估手段,基于对带有槽道式处理机匣的压气机非定常流动物理的理解,提出了一种处理机匣的准定常流动模型,并利用带有处理机匣的跨声压气机转子实验测量结果,以及非定常数值模拟结果对所提出的模型进行了验证.结果表明:处理机匣流动模型很好地预测了由于采用处理机匣所取得的转子失速裕度的提高,并且与非定常模拟结果比较,流动模型对转子主流以及处理机匣内部流动模拟的准确性也能得到保证.采用处理机匣流动模型所需的计算量仅约为非定常模拟的1%,这保证了提出的模型可用于快速评估槽道式处理机匣的气动特性,从而为其工程优化设计提供了有效的手段.      

Theodor Meyer—Lost pioneer of gas dynamics

Theodor Meyer's 1908 doctoral dissertation, with Ludwig Prandtl (1875–1953) as his advisor, introduced much of what has now become basic gas dynamics: not only the Prandtl–Meyer expansion but also the oblique-shock-wave theory as well. It is arguably the most influential dissertation in all of fluid dynamics. Yet no biography or even a photograph of Meyer has been available in the intervening century. This biography provides some insight into his character and covers his education, dissertation, World War I combat service and long career as an engineer and a teacher of math and physics.     

Review of research into the concept of the microblowing technique for turbulent skin friction reduction

A new technology for reducing turbulent skin friction, called the Microblowing Technique (MBT), is presented. Results from proof-of-concept experiments show that this technology could potentially reduce turbulent skin friction by more than 50% of the skin friction of a solid flat plate for subsonic and supersonic flow conditions. The primary purpose of this review paper is to provide readers with information on the turbulent skin friction reduction obtained from many experiments using the MBT. Although the MBT has a penalty for obtaining the microblowing air associated with it, some combinations of the MBT with suction boundary layer control methods are an attractive alternative for a real application. Several computational simulations to understand the flow physics of the MBT are also included. More experiments and computational fluid dynamic (CFD) computations are needed for the understanding of the unsteady flow nature of the MBT and the optimization of this new technology.     

无位置传感器永磁无刷直流电机位置检测误差因素分析

无位置传感器永磁无刷直流电机的反电动势过零点相电压检测法由于低通滤波器和二极管续流造成非导通相相电压过零点相移与反电动势过零点不一致。经分析、仿真和试验,确定了过零点相移问题的原因。为此,提出了AD采样端电压检测反电势过零点的方法。通过试验证明了该方法的可行性。