激波-边界层-分离流相互干扰三维湍流的数值模拟

本文采用数值方法求解时间相关三维可压缩雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组,模拟激波—边界层—分离流相互干扰三维湍流流动。湍流模型为Ｂａｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ两层代数模型,改进后用于三维内流问题。采用单元中心有限体积法离散流场控制方程,ＶａｎＬｅｅｒ矢通量格式计算无粘通量,中心差分法计算粘性通量,ＬＵＳＧＳ时间推进格式计算定常流场。本文以二元跨音速扩压器内三流动为算例,数值模拟较强激波—边界层—分离流相互干扰维湍流流动,并与实验结果进行了比较。数值模拟结果,在激波强度、分离点位置和再附点位置等方面,与实验结果吻合较好。     

应用GAO-YONG湍流模式数值模拟三维激波/湍流边界层干扰

应用GAO-YONG可压缩湍流模式数值模拟了三维激波/湍流边界层干扰算例之一——单鳍流动.攻角20°,来流马赫数2.93,雷诺数9.8×105.对流项和扩散项分别采用Roe格式和二阶中心差分格式计算.Runge-Kutta显示时间推进方法求解了半离散的控制方程.包括壁面压力分布,边界层内流动偏移角等在内的计算值与试验数据进行了比较.准确地预测出了三维激波/湍流边界层干扰流场的主要流动特性——λ波结构,主分离涡核,膨胀区,滑移线等.计算与Alvi等提出的单鳍流动的理论模型符合很好,得到了平板表面压力以及分离线、再附线等在单鳍流动中所独有的半圆锥特性.      

Numerical simulation of multi-dimensional inviscid compressible flows by using TV-HLL scheme

This paper deals with the numerical solution of inviscid compressible flows. The threedimensional Euler equations describing the mentioned problem are presented and solved numerically with the finite volume method. The evaluation of the numerical flux at the interfaces is performed by using the Toro Vazquez-Harten Lax Leer(TV-HLL) scheme. An essential feature of the proposed scheme is to associate two systems of differential equations, called the advection system and the pressure system. It can be implemented with a very simple manner in the standard finite volume Euler and Navier–Stokes codes as extremely simple task. The scheme is applied to some test problems covering a wide spectrum of Mach numbers, including hypersonic, low speed flow and three-dimensional aerodynamics applications.     

二维粘性跨音叶栅流场计算中逆风因子法的应用

本文是二维亚音叶栅粘性流场计算的推广。在非正交贴体坐标中用有限差分法解非定常运动方程;用逆风因子法确保其数值稳定性。采用总温处处相等这个能量方程。时间步长由运动方程的离散方程的系数非负性确定。采用k-ε紊流模型。对DFVLR跨音叶型叶栅分别在进口马赫数为1.05和0.82的条件下作了数值试验。计算和实验的对比是满意的。     

Combination probe for hi-frequency unsteady aerodynamicmeasurements

A combination probe for time-resolved measurements of unsteady compressible flows in transonic wind tunnels is described. The probe measures stagnation (total) temperature and pressure, static pressure, and flow angles in two planes. From these, the fluctuating mass flux, Mach number, and velocity, as well as their components in three directions, can be deduced. The combination probe consists of a dual hot-wire aspirating temperature and pressure probe mounted piggyback with a high-frequency angle probe. The angle probe has four surface-mounted silicon pressure sensors. A scheme for retrieving from the four pressure signals the stagnation and static pressures. Mach number, and flow angles in two planes, is described. The calibrations forming the base for this procedure, obtained from steady-state tests, are given. Typical data obtained in the Karman vortex street shed from a cylinder and at the exit of a Mach 0.4 air jet are presented     

预处理AUSM+格式在全速域反应流模拟中的应用

对预处理修正的AUSM+(advection upwind splitting method+)格式进行了详细讨论, 并将其应用于全速域范围内的化学反应流场数值模拟.基于多组分Navier-Stokes方程, 结合控制方程时间导数项的预处理, 采用预处理修正的AUSM+格式发展了一种模拟全速域范围内化学反应流场的有效算法.验证算例包括超声速、亚声速以及极低速情形的化学反应流场, 计算结果表明基于预处理AUSM+格式发展的算法能够有效地用于全速域范围内化学反应流动问题的模拟.      

激波结构内流动问题的气体运动论描述

从介观Boltzmann速度分布函数理论出发,发展计及分子粘性碰撞截面与扩散碰撞截面,可描述各流域一维气体流动问题的Boltzmann简化速度分布函数方程及其气体运动论数值计算方法。通过对不同Knudsen数下非定常激波管流动及不同马赫数定常正激波结构问题数值模拟,研究分析不同流区的激波突跃变化过程以及近连续流、稀薄过渡流特有的分子输运现象,揭示不同马赫数、不同分子模型的激波内流动与传热变化规律,证实基于Bo-ltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法用于激波结构内流动研究的准确可靠性。     

来流条件对热流组分扩散项影响效应分析

使用数值模拟的方法研究了高超声速热化学非平衡流动中不同来流条件对热流组分扩散项的影响。以RAM-CII飞行试验外形为例,使用AUSM+-up格式耦合LU-SGS方法求解带化学反应源项的多组分NS方程。得到如下结论:在非平衡热环境数值模拟研究中,完全催化壁时组分扩散项热流所占比率表征了壁面催化效应的强弱;在同一高度下,随着马赫数升高热流组分扩散项比例越来越显著,而马赫数相同时,随着高度增高热流组分扩散项所占比例越来越小,主要原因在于当地化学反应进行程度不同。     

高马赫数下激波湍流边界层干扰数值研究

应用GAO—YONG可压缩湍流方程组数值模拟了入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰现象,计算了来流马赫数为5．0,激波入射角度分别为15．876°、23．287°两种不同激波干扰强度下的流场。计算程序中的对流项、扩散项分别采用二阶ROE格式和二阶中心差分格式离散,并用多步Runge—Kutta显式时间推进法求解空间离散后的控制方程。计算较好地模拟了高马赫数下的激波／湍流边界层干扰的流场结构,位移边界层厚度,动量损失厚度等,也比较准确地预测了平板壁面压力、摩阻系数等气动力参数的分布。     

Algebraic turbulent energy flux models for hypersonic shear flows

Algebraic truncation models were derived for the turbulent energy flux for high-speed shear flows with and without thermal and mechanical non-equilibrium effects. To facilitate closure, fluctuating dilatation moments were modeled via conservation of mass truncations and the inhomogeneous terms were neglected. The resulting energy flux model provided significant improvements, up to 20%, in the temperature predictions over the gradient diffusion model for equilibrium flows over a Mach number range of 0.02–11.8. Our experiments showed that vibrational relaxation significantly altered the basic decay rate of grid turbulence. Also, our models indicated that compressibility introduces an explicit pressure gradient dependency. Analyses of a governing parameter indicated that these terms are negligibly small for low speeds, but may be important, or even dominant, for high-speed flows.     

跨音速压气机动静叶排相干的三维非定常流动数值分析

采用时空二阶精度ＮＮＤ显式差分格式求解三维Ｅｕｌｅｒ方程，对跨音速压气机级中动静叶排相干形成的非定常流动进行了数值分析。除动静叶排流动的控制方程体系、数值方法外，着重讨论了动静叶排计算域、网格以及边界条件的处理。对某压气机第１级动静叶排相干的非定常流场的计算，给出了叶片表面的马赫数分布、压力波动幅值，以及叶片槽道中瞬态密度等值线等，并分析了结果的合理性。     

新型高低速流统一算法及其叶轮机应用

 对于可压缩/不可压缩混合流动或高低速混合流动问题，目前没有较好的解决方法。基于Roe格式及预处理方法，提出了全速度Roe格式。全速度Roe格式是将Roe格式与低速Roe格式通过一个与本地马赫数相关的函数联合而得到的。与标准Roe格式相比，对亚音速流动，全速度Roe格式中声速对数值耗散的影响随着马赫数变化而变化。与预处理Roe格式相比，全速度Roe格式简单易于实现，而且没有计算稳定性的限制，不需要采用全局截断处理，从而在理论上对高低速流动具有一致精度。事实上，全速度Roe格式意味着可以通过直接改变Roe格式的非线性特征值，解决可压不可压流动统一计算精度的问题。这是对统一算法的新观点。数值模拟表明,全速度Roe格式具有与预处理Roe格式一样的激波捕获能力、极低速流动准确模拟能力。     

低速叶型气动反问题设计方法

 低马赫数不可压流动中声速与流速大小差别巨大,采用基于可压缩流动控制方程的计算格式求解流场时,由于数值黏性的污染,解的精度低且收敛性差,通常可使用时间预处理技术来解决这一问题。在基于控制理论的优化方法中,共轭方程的Jacobian矩阵和流动方程的系数矩阵相似,因而在低流动马赫数下,求解共轭方程存在着与求解流动方程相同的数值污染和数值刚性问题。首先推导了带有预处理的Roe格式,然后发展了适合全速度流动的共轭方程求解方法,最后选取翼型和叶栅两个典型算例进行了验证。计算结果表明所发展的方法可很好地用于低马赫数时的气动反问题设计。     

矢通量分裂-TVD杂交新格式及其应用

在贴体曲线坐标系中,本文提出了一个高分辨率的新格式,它是Steger-Warming的矢通量分裂与Harten的TVD(Total Variation Diminishing)格式的杂交,用于计算跨音速定常流动和捕获激波。典型的跨音速内流和叶栅流的算例表明:在60×15网格下捕获的激波过渡区不超过两个网格,证明其分辨率较高;分析激波附近的数值结果,没出现“低亏、过跳”、伪振荡现象;与实验结果的比较表明,对定常流在无人为附加耗散项的条件下它能给出较高质量无数值波动的激波流场解。     

某型导弹尾喷流形状的数值模拟

从三维薄层近似N—S方程出发，采用EN0差分格式，对某型导弹层流场进行了数值模拟。计算模拟了飞行马赫数Mα0．8—1．6，海拔高度H＝2km—15km，燃烧室总压为20MPa和40MPa条件下导弹的层流场。计算结果表明与飞行速度相比，海拔高度和燃烧室总压对层流宽度有显著影响。通过对流场结构的分析与测量，建立了层流宽度与上述参数的拟合公式，为工程估算这一类型导弹层流影响边界提供参考。     

绕翼型跨音速大扰动对称势流的插值混合差分法

 本文将跨音速定常小扰动势流混合差分法推广到跨音速大扰动定常势流,提出了在局部速度坐标系中求解跨音速精确势流方程的插值混合差分法。作为算例,计算了双圆弧翼型和NACA0015翼型对称问题压力分布,并与已知实验值和双圆弧翼型小扰动混合差分法计算值进行比较,结果接近。试算表明,本文提出的插值混合差分格式是稳定和收敛的。本文解决了M_∞趋近于1的计算难点。     

分区对接网格算法的应用研究

本文应用分区对接网格技术，由于采用了对接面上网格点完全对应的方法，能自动满足通量守恒和计算的稳定性。采用有限体积算法下的原始变量型NND格式，求解NS方程，数值模拟了复杂外形的高超声速层流流场，计算结果与实验测量符合较好。     

非结构混合网格高雷诺数流动计算中一种改进的LU-SGS隐式格式(英文)

The lower-upper symmetric Gauss-Seidel (LU-SGS) implicit relaxation has been widely used because it has the merits of less dependency on grid topology,low numerical complexity and modest memory require...     

直接的矩阵分裂计算跨音速喷管流场

给出了分离系数矩阵求解欧拉方程组时系数矩阵的直接分离公式，减少和简化了应用该方法时的矩阵运算，参照Ｂｅａｍ－Ｗａｒｍｉｎｇ显式格式构造与ＳＣＭ方法一致的内点差分格式，并分析了它的数值特性，对有斜激波的跨音速内流场进行了数值仿真。计算中采用变系数的当地时间步长，加快了流场达到的收敛速度，计算无需引入任何人工参数，计算值与实验结果吻合。     

任意回转面亚、跨音流场计算方法

本文所设计的任意回转面亚、跨音流场的计算软件 ,能根据叶型和进出口条件分析流动特性 ,并自动选择精确和节省机时的合适的数值解法。用户在给出叶型坐标和定解条件后 ,可以得到叶面马赫数分布或压力分布 ,全流场的等马赫数或等压图