用基于混合网格的多重网格法数值模拟绕物体的紊流流动

本文在混合网格基础上用多重网格法求解了紊流N-S方程。混合网格是由在物面附近采用的柱状网格与其他区域则采用的非结构网格组成。方程的求解采用Jamson的有限体积法，紊流模型采用两层Baldwin-Lomax代数紊流模型。用多重网格法来加速解的收敛。数值算例表明，用混合网格及多重网格法来求解紊流Navier-Stokes是非常有效的。     

导弹水下热发射出筒过程流动特性

研究了导弹水下热发射出筒过程的流动特性.采用基于多相流Mixture模型的有限体积法求解RANS方程,考虑了流体的可压缩性、粘性、重力作用、气-水掺混效应和能量交换等各项因素,运用自编UDF模块结合动网格技术,对导弹水下发射出筒过程的轴对称流场进行了数值模拟.计算结果揭示了导弹水下热发射出筒过程中发动机喷管、发射筒内和...     

脉冲等离子体推力器羽流三维粒子模拟

以脉冲等离子体推力器(PPT)羽流为研究对象,基于单元粒子法和直接模拟蒙特卡罗法,建立三维物理模型,模拟羽流瞬态流动.假定电子等温流动将其动量方程简化并离散,运用交替隐式法求解等离子体电势.通过与实验数据和轴对称仿真结果对比验证仿真模型,分析流场中电势、浓度分布随时问变化情况.研究表明,本文所建模型能在平行和垂直于电极的两个甲面内有效预测等离子体羽流参数,且仿真结果优于二维模拟.PPT羽流中推进剂返流质量份额极小.研究方法、结果对PPT羽流更深入研究具有参考价值.     

用非结构直角网格和欧拉方程计算运载火箭绕流

采用八叉树结构，物面附近用投影法，生成运载火箭绕流计算的非结构直角网格。并将Jameson的有限体积法推广用于这种网格的欧拉方程计算。算例表明，网格生成的时机化费很少，质量好；欧拉方程解算的收敛质量也好。     

一维两相喷管流动

本文详细地论述了一维两相喷管流动控制方程的数值解方法,给出了数值计算举例。在确定边界条件时考虑了燃烧室工作过程,在算例中计算了不同的喷管型面,从而也讨论了喷管两相流动对发动机内弹道性能以及喷管型面对两相流损失的影响。     

用于定常二维跨声速喷管流动分析的N—S解程序

本文介绍了用于分析平面和轴对称定常跨声速喷管流动的有效的Navier—Stokes解算法。本法是利用跳格数值算法在物理上取的坐标中求解守衡型非定常可压缩N—S方程。分析了几种定常跨声速粘性喷管层流,给出了计算结果,并与实验结果进行比较,证实了数值方法的精度和效率。     

配置点谱方法求解推进剂供应管路瞬变流动

基于一维管道瞬变流理论和数值谱方法,给出了求解推进剂供应系统管路内液体瞬变流控制方程的Chebyshev配置点谱方法,通过将“超谱粘性项”引入控制方程,有效地消除了由于解的间断或大梯度变化引起的数值振荡.以一段两端分别连接贮箱和阀门的等截面圆直管为例,利用该方法对阀门关闭后管道内水击现象进行了计算,给出了相应的水击压力仿真结果,并分别与采用特征线法和有限元法求解的结果进行了分析比较,论证了Chebyshev配置点谱方法求解推进剂供应管路内流体瞬变流的可行性.     

组合式数值网格生成

本文针对流场特点,采用组合式数值网格,即流场内部采用球对称贴体网格、外部采用轴对称网格,对该种结构网格的分布和两组网格在交界处的结合进行了研究.通过泊松方程把物理网格变换成计算网格,并对网格分布的控制进行了研究.提出并采用了滑移边界,保证了边界上网格的正交性.研究方法和结论可以应用于类似问题的数值分析中.     

具有倾斜燃面的固体火箭发动机内流场解析解与数值解的分析比较

运用解析方法与数值模拟方法,对具有倾斜燃面的固体火箭发动机内流场进行了研究.解析部分以二维不可压欧拉方程为基础,运用摄动法求解涡量-流函数非线性方程,得到了燃烧室内速度场、压力场及涡量场的解.数值模拟部分采用FLUENT软件中的层流模型与标准k-ε模型,针对不同雷诺数下的情况选择不同的模型,对该问题进行了数值模拟.主要研究了燃面倾斜角α与平直燃面长度L对燃烧室内流场的影响.结果表明,若不考虑倾斜效应,仅用平直燃面代替倾斜燃面,不仅会高估压降,而且会影响流场的其他参数,这种影响在加长燃烧室或大燃面倾斜角发动机中尤为突出.解析解与数值解基本吻合.     

液体火箭发动机氧腔流动分析及均流板设计研究

采用Navier-Stokes方程数值模拟了某型火箭发动机推力室氧腔流动，计算分析了节流板表面的总、静压分布及其畸变指数。依据压力畸变提出了氧腔均流孔板改进方法，并通过多次分析-设计循环得到了新的均流板。最后对所设计的均流板进行了详细地计算分析和实验验证。分析和验证表明新设计的均流板使氧腔出口节流板表面压力畸变降低了30．4％，显著提高了氧腔压力均匀性，进而可以大大提高燃烧效率。     

轴对称后向台阶不稳定流动及压强振荡数值研究

使用翼柱形装药的战术发动机,在翼槽烧完时会出现轴对称的后向台阶结构,易产生转角涡脱落引起的声涡耦合现象。根据战术发动机中后向台阶流动特点设计简化模型,从线性稳定性理论出发,应用声涡耦合模态预测方法进行分析。采用湍流流动的大涡模拟(LES)方法,进行了较宽来流Re数条件下后向台阶不稳定流动的数值模拟,获得了转角涡脱落产生的一般过程,分析了不同来流条件下的旋涡多尺度运动规律。通过分析流场中关键位置的压强振荡,研究了气动声学现象。结果表明,声涡耦合模态预测方法可对不同速度下可能诱发的声场固有频率进行合理预测。流场头部压强波动的振幅最大,频率与声场轴向声模态相耦合。再发展区出现低于轴向基频的宽峰振荡主要受大尺度旋涡运动的影响,该频率与基频接近时,会造成基频的多峰现象。当近壁面小尺寸旋涡形成频率接近声场某阶固有频率时,该频率及更低阶频率就有可能被激发。     

两相跨音速喷管流动

对气相和颗粒控制方程分别应用时间相关法和特征线法,完成了两相跨音速喷管流场的计算。这是一个两相完全耦合的数值解方法。计算表明,该计算方法是成功的。     

三维热化学非平衡流动非结构网格DSMC方法及其应用

研究了过渡流域三维热化学非平衡流动DSMC方法实现的过程.以四面体非结构网格为基本单元,提出一种新型的高效搜索算法,该算法不仅可以快速跟踪模拟分子在网格之间的迁移,而且可以准确判别分子与物面是否相互作用,避免了原有算法中分子表面反射的非确定论判据.设计了适合三维DSMC方法的动态局部时间步长技术,节约了计算时间.将碰撞距离的思想引入到非结构网格上来,有效地消除了网格尺度小于三分之一平均自由程的限制.利用Foaran90的动态分配内存技术编制了适用于任意外形的通用计算程序.最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了数值试验,计算结果验证了该算法的可行性及高效性.     

三维热化学非平衡流动非结构网格DSMC方法及其应用

研究了过渡流域三维热化学非平衡流动DSMC方法实现的过程。以四面体非结构网格为基本单元，提出一种新型的高效搜索算法，该算法不仅可以快速跟踪模拟分子在网格之间的迁移，而且可以准确判别分子与物面是否相互作用，避免了原有算法中分子表面反射的非确定论判据。设计了适合三维DSMC方法的动态局部时间步长技术，节约了计算时间。将碰撞距离的思想引人到非结构网格上来，有效地消除了网格尺度小于三分之一平均自由程的限制。利用Fortran90的动态分配内存技术编制了适用于任意外形的通用计算程序。最后对全尺寸航天飞机高超声速绕流进行了数值试验，计算结果验证了该算法的可行性及高效性。     

模型修正中一种特殊广义逆的性质与功能

本文对一种特殊的广义逆矩阵在模型修正中使用时可能具有的性质与功能给予了间接的论证,从而为这种广义逆的进一步应用给予了提示。该论证表明,这种广义逆不仅具有增补方程个数的作用,而且还具有对修正模型的参考基增补高阶理论模态信息的功能。通过本文论证,文[2][4]之解的唯一性问题明确解决了,即为一个实用完备模态空间中的确定解。     

再入等离子体流动及其电磁波传输效应研究

基于求解N-S方程的数值方法和求解波动方程的WKB方法,建立了高超声速再入等离子体流场及其对电磁波传输影响的计算分析手段。通过比较分析飞行条件下再入体周围等离子体分布及其对通信的影响,初步验证了计算分析方法的可行性。在对再入等离子体流场数值模拟的基础上,计算了不同频率电磁波在等离子体介质中的传输特性,分析了再入体壁面催化条件及等离子体碰撞频率等因素对不同频率电磁波传输特性的影响。研究表明:再入高度越高,壁面催化对等离子体分布及其电磁波传输的影响越大;当电磁波频率低于特征碰撞频率时,碰撞频率可对电磁波传输特性产生显著影响。     

降落伞网格剖分技术研究

降落伞几何建模和网格剖分是降落伞流固耦合数值仿真的基础。文章建立了包括伞衣主体、径向带、伞顶孔和底边加强带的降落伞精细几何模型,并基于软件开发平台VS2010使用C++语言设计并实现了针对该几何模型的网格自动剖分器。该剖分器采用约束Delaunay剖分算法,具有良好的理论基础、生成的网格质量(quality)高,满足降落伞数值仿真对网格质量的要求;并提供接口可将顶点和网格信息导入到商用软件中做进一步求解分析。实验证明,使用文中网格剖分器生成的网格,不但网格单元质量优于使用商用软件生成的网格,而且在网格单元质量相似的情况下,网格单元数量相对较少。同时,该网格在数值仿真中表现良好。     

轴对称实心体的有限元分析

端头热应力分析的有限元法是属于轴对称实心体的有限元分析。对于轴对称实心体,采用线性三角环元在单元刚度矩阵计算中要遇到积分奇异性问题。而通常采用的近似积分方法对实心体靠近轴线上的点可能有较大误差,不能令人满意。1979年钱伟长教授提出了新的形状函数,避免了积分的奇异性。但是线性三角环元对轴对称实心体求解的正确性和合理性还缺乏证明。 本文论述了线性三角环元当采用精确积分时,对轴对称实心体求解也是正确和有效的。虽然计算单元刚度矩阵要遇到奇异积分,但是在形成总刚度矩阵,并引入轴线上节点径向位移u=0的条件后,也排除了奇异积分。因此最后的求解仍然是有效的和正确的。 最后通过简单算例证明:两种方法都收敛于解析解,计算精度能满足要求。     

霍尔效应推力器羽流的PIC/MCC模拟(英文)

采用粒子网格单元与蒙特卡洛碰撞相结合的方法,建立霍尔效应推力器羽流的二维轴对称模型.模型中电子作为流体处理且服从等熵假设,离子(Xe~+和Xe~(2+))采用粒子描述,中性原子为背景气体.自洽电势通过求解非准中性、线性化Poisson方程获得.模拟结果与实验数据相比较表明,模型能够可靠预估羽流的物理特性;粒子入射发散角为30°～40°时模拟结果与实验数据吻合较好;倒流区离子数密度可达10~(14)m~(-3),会对飞行器表面造成损害;且等离子体密度和电子温度沿轴线方向衰减很快.     

固体发动机喷管中气体—颗粒流的数值解研究

本文介绍了一种分析固体发动机喷管中的气体—颗粒流的数值解程序.由轨线模型导出的控制方程,采用时间相关的MacCormack显格式求解;颗粒的速度、轨线、温度用Lagrangian方法计算;受湍流影响的颗粒扩散速度,用网格解颗粒数密度方程得出.本文结果给出了气体—颗粒的耦合程度以及不同粒度和质量分数的颗粒所引起的各种差别.