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。     

一种模拟不可压流的节点间断有限元格子波尔兹曼方法

基于节点间断有限元方法,本文提出了一种求解格子波尔兹曼方程(Lattice Boltzmann equation,LBE)的新方法,即节点间断有限元-格子波尔兹曼方法(Nodal discontinuous Galerkin-Lattice Boltzmann method,NDGLBM)。在该方法中,LBE的碰撞过程和迁移过程被拆分成了两步:碰撞过程用LBM多松弛时间(Multiple relaxation time,MRT)模型进行求解,迁移过程则写成对流方程并采用节点间断有限元方法进行求解。其中,空间离散采用了非结构网格,时间离散采用了四阶、五步龙格-库塔格式。为了验证NDG-LBM的可行性,文中模拟了顶盖驱动方腔流、静止单个圆柱绕流、旋转-静止双圆柱绕流以及高雷诺数NACA0012翼型绕流。计算所得的数值结果与其他文献中的结果吻合度很好。     

基于切割单元直角坐标网格的DSMC方法及优化技术

对传统直角坐标网格进行改进,根据计算机图形学对与物面相交的正方形网格进行切割,使单元与物面贴体,并能根据流场的变化对网格区域进行局部加密。结合直角坐标网格与非结构网格的特点,编写了自适应直角坐标网格的生成程序,并发展了基于切割单元直角坐标网格的直接模拟蒙特卡洛(Direct simulation Monte Carlo,DSMC)方法。同时通过当地模拟分子数、动态时间步长技术优化DSMC方法,提升计算效率。数值结果表明,本方法在计算过程中使搜索效率得到大大提升,同时也保证了物面网格单元的贴体性,提高了物面附近流场的计算精度,还易于实现网格自适应。     

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。     

基于泊松方程的二元翼型网格生成技术

利用求解Posson 方程的方法来划分计算网格，使用Hilgenstock 方法来 控制网格间距和网格正交度。对于安装在风洞中的二元翼型，在进行Navier－Stokes 方程 计算时，需要在物面附近的网格间距很小，这导致网格划分时计算收敛速度很慢。 本文对 Hilgenstock 方法进行了改进，大大提高了网格划分的计算收敛速度。     

用于非定常粘性流动计算的无网格算法(英文)

把无网格算法发展用于求解涉及动边界的非定常粘性流动问题。在处理粘性流动的布点问题时,通过在远离物面的区域采用无粘流动计算时所用的各向同性点云,而在物面附近引入各向异性点云,从而在保证物面法线方向布点较密以准确模拟边界层的同时,有效控制了布点总量,减少了计算时间。对于动边界问题,本文在上述方法获得的初始布点的基础上,采用基于扰动衰减规律的点云移动技术,快速得到物面运动到其他位置时流场求解所需点云。在所获得的点云上,采用一种带权系数的二次极小曲面逼近方法来离散Navier-Stokes方程的空间导数,权系数的引入使得流场求解时对各向同性点云和各向异性点云无需分开考虑,而是采用统一的求解方法,从而简化了编程求解。用发展的无网格算法,结合Navier-Stokes方程求解双时间推进方法,并耦合Spalart-Allmaras湍流模型,先成功地模拟出NLR7301翼型后缘摆动诱发的非定常流,并通过与实验比较,验证了本方法.接着进行了NACA0012失速模拟,给出了动态失速过程,展示出用本文方法处理复杂动边界问题的效果。     

混合网格在求解三维N—S方程中的应用

用三棱柱／四面体组成的混合网格求解三维Navier-Stokes方程，在物面附近采用三陵柱网格，而其他地方则采用四面体网格，与单一类型网格相比，混合网格易于调节粘性层内网点数目，并能减少存储量，提高解的效率，Navier-Stokes方程的求解采用有限体积法，对人工耗散项进行了改进，使得求解的结果更接近真实的物理解，本文对上述方法开展了数值实验研究。结果表明，用三棱柱／四面体组成的混合网格求解N－S方程是非常有效的。     

一种新型的直角网格生成方法及应用研究

提出了一种基于背景网格的直角网格新型生成方法。背景网格是用来提供网格加密的信息．通过网格尺度与所得计算参数的比较，定量判断确定网格是否需要加密；而在求解Euler方程计算中，采用的是Jameson的有限体积法，它可以适合任意形状的网格单元，以及四步Runge—Kutta时间推进。本文对NACA0012翼型和复杂多段翼型等问题进行了数值实验。结果表明，这种网格生成方法易于推广到三维情况中去，具有网格生成时间短．收敛速度快，易于处理复杂边界的优点。     

处理动边界问题的无网格/直角网格混合算法

把无网格/直角网格混合算法发展用于涉及动边界的非定常流动计算问题.采用无网格/直角网格混合算法,计算区域整体采用直角网格,只在物面附近嵌入局部无网格.对于动边界问题,本文让主体直角网格保持固定,用原混合算法中的局部无网格区跟随运动边界,使得动边界物面附近有不变的点云结构,避免了点云重构;无网格区与直角网格交界面随边界运动跟踪确定,由于主体基于直角网格,方便了交界面的跟踪.用发展的混合算法,结合非定常Euler方程双时间推进方法,先对翼型作俯仰振荡的非定常跨声速流动进行了数值模拟,计算结果与现有文献和实验数据进行了比较与验证;结合刚体运动方程,成功模拟了二维外挂物投放过程,算例展示出发展的混合算法适合处理大位移运动边界问题.     

非结构网格二维理想MHD绕流逆风格式解法

在非结构网格上发展了针对二维理想磁流体方程组的逆风格式求解方法.控制方程中的对流项采用AUSM格式处理,时间推进采用显式5步龙格-库塔方法.为了消除计算中产生的磁场散度的影响,引入了双曲型散度清除方法.通过对磁流体激波管问题的求解验证了该方法对激波的捕捉能力,对有均匀磁场干扰下的喷管流动情况进行了数值模拟,并与文献中结果进行了对比.计算结果显示了磁场对磁流体流动的干扰效应,该结果与参考文献中的数值模拟结果相吻合.     

一类基于非等距单元平均重构的高效差分格式

构造了一维非线性双曲型守恒律的一类基于非等距单元平均值的点值重构的高精度高分辨率守恒型差分格式。其构造思想是:首先,将计算区间划分为若干个互不重叠的小区间,再根据格式精度的要求利用Gauss-Lobatto点和Gauss-Chebyshev点划分小区间,通过各非等距细小区间上的单元平均值,重构各细小区间交界面上的点值,并加以校正;其次,利用近似Riemann解计算细小区间交界面上的数值通量,并结合高阶Runge-Kutta TVD时间离散方法,得到了高精度的全离散方法。证明了该格式的无振荡特性。然后,将格式推广到一维双曲型守恒方程组情形。最后,给出了几个标准数值算例,验证了格式的高效性。     

Variational Mode Decomposition for Rotating Machinery Condition Monitoring Using Vibration Signals

The failure of rotating machinery applications has major time and cost effects on the industry.Condition monitoring helps to ensure safe operation and also avoids losses.The signal processing method is essential for ensuring both the efficiency and accuracy of the monitoring process.Variational mode decomposition(VMD)is a signal processing method which decomposes a non-stationary signal into sets of variational mode functions(VMFs)adaptively and non-recursively.The VMD method offers improved performance for the condition monitoring of rotating machinery applications.However,determining an accurate number of modes for the VMD method is still considered an open research problem.Therefore,a selection method for determining the number of modes for VMD is proposed by taking advantage of the similarities in concept between the original signal and VMF.Simulated signal and online gearbox vibration signals have been used to validate the performance of the proposed method.The statistical parameters of the signals are extracted from the original signals,VMFs and intrinsic mode functions(IMFs)and have been fed into machine learning algorithms to validate the performance of the VMD method.The results show that the features extracted from VMD are both superior and accurate for the monitoring of rotating machinery.Hence the proposed method offers a new approach for the condition monitoring of rotating machinery applications.     

螺旋桨旋转噪声等价声源中心的实验研究

本文研究了互谱分析法在噪声源定位应用上的理论和实验技术。为了得到用于噪声控制的螺旋桨旋转噪声的等价声源中心,研究涉及到互谱分析法的理论以及时间平均和空间平均的实验技术。这是一种工程方法。该方法可用于识别各种螺旋浆旋转噪声的等价声源中心,且可推广到其他声源的声源定位、声源识别领域。作为实例,识别AD—200轻型飞机的螺旋桨旋转噪声等价声源中心的测量取得了非常好的结果。 另外,本文对互谱分析法在声源定位上应用的有效性进行了理论分析,指出互谱分析法在声源定位方面有着广阔的应用前景。     

大转角条件下二维计算雷达像的改进

为提高转台目标成像时的横向分辨率,需增大转角,而增大转角会引起雷达像模糊。文中在频率空间的直角坐标系中用板块法仿真出大转角转台目标的雷达回波数据,然后用二维快速傅里叶变换对回波数据进行处理,从而获得转台目标的雷达像。经过对仿真数据进行验证,用该方法获得的二维雷达像,其质量高于用极坐标回波数据所成的像     

基于时间序列数据挖掘的旋转机械故障预报

提出一种基于时间序列数据挖掘的故障预报新方法。把故障前兆因子作为一种暂态,根据旋转机械轴承振动的实验数据建立时间序列．利用时延嵌入的方法重构状态空间,在状态空间中使用遗传算法搜寻最优暂态束．组成暂态集。用暂态集对旋转机械轴承振动的测试数据进行分析．判断是否为故障前兆因子．从而实现故障预报。     

旋转直管流场的数值模拟

根据旋转坐标系下的 Favre平均 NS方程以及旋转条件下的流动特征 ,修改了 B/ L湍流模型 ,并提出了一种旋转条件下出口边界压力分布的给定方法 ,对已有的 NAPA通用湍流计算软件进行了改进和发展 ,并计算了旋转直管中的流动。通过与实验数据的比较 ,文中的计算结果与实验结果吻合较好 ,正确反映了流动特征和物理现象 ,验证了修改后的 NAPA软件的可靠性。     

低速离心压缩机旋转失速的试验研究

对某低速离心压缩机无叶扩压器壁面静压波动和内部流场进行了详细的试验测量,重点研究了小流量工况下的不稳定流动和旋转失速.在试验中,首先使用高频动态压力传感器获得了不同流量工况下扩压器前盖板处的静压波动,并对测量结果进行了频谱分析,以确定旋转失速起始工况点和不同小流量工况下的失速频率.然后使用PIV测速设备详细测量了在失速条件下,无叶扩压器及叶轮流道内部的流场变化.试验丰富了对低速离心压缩机旋转失速流动现象的认识,为设计高性能的离心压缩机提供了丰富的实验数据.     

二维复值Ginzburg-Landau方程的一个高阶紧致ADI差分格式

对二维复值金兹堡朗道(Ginzburg-Landau,GL)方程提出一个基于时间分裂的高阶紧致交替方向隐式有限差分格式。本文通过时间分裂法将GL方程分裂成一个非线性子问题及两个线性子问题,对非线性子问题以及其中一个线性子问题均通过精确积分进行计算,并对另一线性子问题构造紧致交替方向隐式差分格式进行数值计算。实际计算中,在每一时间步,利用追赶法求解一族常系数三对角线性代数方程组,从而使得算法既具有较高精度又拥有较快的计算速度。数值实验表明该算法在时间和空间方向分别具有二阶和四阶精度,并模拟了方程的一些动力学行为。     

转动旋翼模型动柔度的试验研究

介绍测定转动旋翼模型动柔度的试验方案、试验程序，综述以作者自行设计的旋翼模型进行试验所得到的结果及其与理论计算结果的比较。结果表明，试验方案与方法是可行的，理论计算公式是正确的。