计算流体力学的时空观:模型的时空关联性及算法的时空耦合性

流体力学中波的有限传播、粒子的碰撞、各种力之间相互作用,无不体现时空关联效应.本文从计算方法的视角探讨计算流体力学的时空观,即流体力学模型的时空关联性和计算方法的时空耦合性.从流体力学微团法建模出发,明确模型时空关联性的涵义,建立有限体积格式的基本原理,阐述算法时空耦合的必要性,实现流体力学基本控制方程物理建模与有限体...     

地球流体力学数值方法的若干研究

本文简要综述了三十多年来中科院大气物理所发展的一些地球流体力学数值方法及有关问题的研究。其中包括用物理观点和数学分析相结合的方法阐述造成计算紊乱和计算不稳定的机理;论证计算稳定性与算子非负性和能量守恒性之间的密切关系;对国际上流行的瞬时能量守恒的格式找到非线性计算不稳定的特解;设计出一批内部协调并且具有完全平方守恒性的差分格式（包括隐式的、显式的和高精度的）;发展了多种经济省时算法等等。同时也简要     

计算流体力学的地位,发展情况和发展趋势

本文叙述了计算流体力学在流体力学研究和飞行器设计中的地位、发展情况和发展趋势。     

流体力学与数值模拟在MRO领域将发挥越来越重要的作用

宾夕法尼亚州的计算机辅助工程软件开发商Ansys表示,计算流体力学(CFD)等计算机模拟方法在民用航空维修(MRO)领域已经有着广泛的应用.例如,利用计算流体力学模拟导管内流体的工作过程、研究噪声来源,或者用于评估乘客座椅的热环境舒适度等等.再者,如果飞机安装了翼梢小翼,或是需要更换发动机舱,都可以利用计算流体力学分析这些区域的空气动力学特性.     

计算流体力学在飞行器研制中的应用

本文以高速飞行器气动计算为例,介绍了计算流体力学在飞行器设计中建模及应用.计算流体力学在飞行器设计中的应用是伴随着计算机技术及空气动力学的发展而发展的.从较早的从宏观角度出发求解Euler方程,N-S方程,到考虑真实气体影响带化学反应和电离的N-S方程的求解,以及从微观角度出发用蒙特卡洛法对气体分子运动直接模拟求解,即代表计算动力学理论的发展,也是现今计算机技术发展的结果.本文讨论的是计算流体力学应用问题,包括数学模型的选择,计算方法的选用,及其在飞行器设计中特殊问题上的应用.     

第十八届全国计算流体力学会议征文通知(第一轮)

<正>为加强我国计算流体力学(以下简称CFD)学术交流和人才培养,推动我国CFD研究、发展和应用,拟定于2019年6月中下旬在西安(具体时间另行通知)召开"第十八届全国计算流体力学会议",会议由中国空气动力学会、中国力学学会、中国航空学会和中国宇航学会主办,中国空气动力学会计算空气动力     

Altix 450在三维定常N—S层流数值模拟计算中的并行计算效率研究

在共享内存服务器Altix450上,应用Fluent流体计算软件进行三维定常N—S层流数值模拟计算,研究了该系统的加速比,并行效率和可扩展性;在对网格数为500万和1000万的两次计算对比中发现,当网格数据大的时候,该系统并行优势明显。结果表明,大型的共享内存服务器在计算流体力学中对解决复杂流场数值模拟越来越重要,符合未来计算流体力学高性能计算的要求。     

二十一世纪的航空技术(8)——推进技术(下)

推进系统的高速计算技术今后十年新发动机研制很有必要采用计算流体力学(CFD)和高速计算技术,以缩短研制周期并找出新的最佳设计方案。 高速计算面临的技术挑战包括: 有掺混和激波损失的多级叶轮机气流流动; 低污染燃烧室设计,应用综合考虑化学动能、流体力学、传热、材料和结构的计算程序; 用与推进系统稳定性和控制新思想有关的程序描述非定常现象; 通过CFD,将声学和噪声特性反映在发动机的初始设计过程中。     

空气动力学新概念,探索未来飞行器——访空气动力学专家,美国迈阿密大学查戈成教授

正查戈成ZHA Gecheng迈阿密大学教授Professor of University of Miami美国迈阿密大学空气动力学和计算流体力学(CFD)实验室主任,迈阿密大学绿色航空中心主任,研究领域包括新概念飞行器设计,计算流体力学,主动流动控制,非线性流固耦合,飞机、发动机、压气机气动设计,超声速客机音爆问题等。担任NASA创新先进概念(NASA     

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.     

Extension of analytical indicial aerodynamics to generic trapezoidal wings in subsonic flow

Analytical indicial aerodynamic functions are calculated for several trapezoidal wings in subsonic flow, with a Mach number 0.3 Ma 0.7. The formulation herein proposed extends wellknown aerodynamic theories, which are limited to thin aerofoils in incompressible flow, to generic trapezoidal wing planforms. Firstly, a thorough study is executed to assess the accuracy and limitation of analytical predictions, using unsteady results from two state-of-the-art computational fluid dynamics solvers as cross-validated benchmarks. Indicial functions are calculated for a step change in the angle of attack and for a sharp-edge gust, each for four wing configurations and three Mach numbers. Then, analytical and computational indicial responses are used to predict dynamic derivatives and the maximum lift coefficient following an encounter with a one-minus-cosine gust. It is found that the analytical results are in excellent agreement with the computational results for all test cases. In particular, the deviation of the analytical results from the computational results is within the scatter or uncertainty in the data arising from using two computational fluid dynamics solvers. This indicates the usefulness of the developed analytical theories.     

计算气动弹性在飞行器设计中的研究与应用

近年来,计算气动弹性(CAE)开始作为一个正式术语出现于一些研究文献中,用来描述耦合高精度的计算流体动力学(CFD)与计算结构动力学(CSD)分析气动弹性问题的方法。本文阐述了CAE方法的基本概念、计算流程及其耦合方法,着重分析了CAE求解计算需要解决的关键问题,介绍了CAE方法在飞行器设计中研究应用的发展状况,并展望了其未来的发展方向。     

民用飞机翼身整流罩区域温度场分析研究及影响

现代民用飞机机身结构大量采用复合材料,但因其遇到高温时会变软,耐热性较差,这就对复合材料周围的环境温度提出了新的要求。以某型飞机的空调组件安装区域进行温度场CFD计算,分析了安装区内的高温部件对机身复合材料结构的影响。为了防止机身复合材料被高温部件烫伤,在高温部件的上方安装隔热板同时进行局部通风冷却,并对相应的工况进行CFD计算对比。     

基于CFD/CSD技术的压气机叶片流固耦合及颤振分析

针对叶片故障的原因颤振问题,基于计算流体动力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合算法,研究了压气机典型叶片的流固耦合(FSI)问题及颤振特性.使用有限体积法求解非定常三维Navier-Stokes方程和有限元法求解三维结构体模型,在两个求解器间由载荷转换、网格变形传递和同步化方法完成数据交换及求解.以高性能风扇NAS...     

关于涡量的动力学边界条件

本文讨论了以涡量为变量的流体动力学描述方法中涡量的边界条件问题，并且用有关的数值计算结果对应用各种边界条件的结果进行了验证。     

Shared knowledge in computational fluid dynamics,electromagnetics, and magneto-aerodynamics

The rich heritage of computational fluid dynamics (CFD) has provided an in-depth knowledge for computational electromagnetics, computational magneto-aerodynamics, and multidisciplinary technology development in aerospace science. Current progress in these developing disciplines and their roots in CFD are detailed. Highlights of the frontier expanding potential for CFD by combining aerodynamics, electromagnetics, and chemical kinetics for aerospace science are also presented.     

涡轮机械叶片的流固耦合数值计算方法

发展了一种流固弱耦合数值方法来判断涡轮机械叶片气弹稳定性.通过一种数据交换方法将计算结构动力学(CSD)的节点振动位移施加到计算流体力学(CFD)的叶片表面网格点上,CFD分析采用多层动网格技术实时更新可动域的网格点坐标,并通过有限体积法求解了用k-ε湍流模型封闭的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程.以NASA 67转子叶片为例,在设计状态下,对比了叶片前4阶模态下一个振动周期内的气动功及模态气动阻尼比,初步分析了叶片的气弹稳定性.计算结果表明:所发展的流固弱耦合数值方法用于判断涡轮机械叶片气弹稳定性是可行的.      

压气机转子叶片颤振边界的预测方法

通过发展的基于能量法的颤振数值预测方法得到了压气机转子叶片的颤振边界.将计算结构动力学(CSD)分析得到的叶片表面节点位移插值到耦合面的流体网格点上,并将设计的多层动网格技术应用于计算流体动力学(CFD)方法,实现叶栅振荡作用下的非定常分析,得到叶片表面的非定常气动功以及模态气动阻尼比.以某第一级压气机转子叶片为例,对...     

一种高效的CFD/CSD耦合飞行器多学科优化设计方法

建立了一种基于CFD/CSD (computational fluid dynamics/computational structure dynamics)耦合的多学科优化设计方法.该方法采用结构有限元方程进行结构特性分析,同时采用数值求解N-S方程方法获得气动载荷,保证了设计结果的可信性,并采用基于代理模型的优化设计方法解决了采用高精度模型后计算量太大的问题.采用RBF(径向基函数)插值方法进行流固耦合界面数据插值,保证了传递过程中的能量守恒.利用建立的优化设计方法对一典型的翼身组合体进行了气动和结构优化设计,算例表明在满足约束条件的前提下优化后阻力和质量分别减小了5.0%和4.2%,证明了该方法的有效性.      

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.