平面纳维尔-斯托克斯方程的数值方法研究

1.0 引言 1.1 基本问题平面定常不可压缩纳维尔—斯托克斯方程已经承受了各种数值处理。在当前的技术情况下还没有被公认为是解这些方程的“最好”方法的特殊方法.困难是各种各样的,也许不能容易地按重要性把它们列出并排序的事实就着重说明了所有困难中的最大困难。为了在平面定常纳维尔-斯托克斯方程的数值方法研究上产生合理的出     

二维可压纳维尔一斯托克斯方程的数值解法

1.前言近几年来,计算流体力学随超高速计算机硬件的进步以及随着由考虑算子分裂产生的一维化、边界条件的处理等计算方法的进步而飞跃地发展了起来。在叶栅计算方面,由势流程序和欧拉程序进行的计算已成为一般性的计算,对于在冷却涡轮机叶栅的情况下粘性影响和导热成为问题的情况正在达到数值求解纳维尔-斯托克斯方程自身或     

超声速进气道湍流流场的数值模拟

采用有限体积法数值模拟了超声速进气道的湍流流场,改进了离散纳维尔－斯托克斯方程中粘性项的方法,使之具有较好的守恒性,研究使用了变系数的隐式残差光顺等加速收敛技术,并讨论了超音来流、收敛型进气道复杂流场初场的给定方法,所得到的数值解正确地展示了流场的复杂激波结构。     

螺旋式发射管内火箭燃气冲击流场数值模拟

用改进的MUSCL格式解三维、可压缩平均雷诺纳维尔-斯托克斯方程组,湍流模型为Spalart-Allmaras代数模型,计算和分析了火箭发射管内燃气冲击流场.在建立差分算法时,将有限体积离散和黎曼解算器相结合,简化了计算工作.首先,以小喉截面超声速喷管流动问题开展数值实验,数值结果与实验数据吻合很好;其次,计算了火箭发射管内燃气流场,获得发射管内气流压强和温度等物理参数分布.     

数值解纳维尔—斯托克斯方程的三维体拟合坐标系

本文叙述求解纳维尔-斯托克斯方程的有限差分法。该方法用来研究绕任意三维体的不可压缩粘性流问题。利用体拟合曲线坐标系来克服描述物体几何形状时出现的困难。已经编制了用隐式和半隐式差分格式求解转换后的方程的程序。把在低和中雷诺数下用本方法计算的绕一球体的流动的数值结果与现有的理论、数值和试验结果进行了比较。也检验了绕有限机翼的流动。     

浅谈计算空气动力学(代序)

计算空气动力学亦即计算流体动力学是在电子计算机上用邮值的方法模拟流场,其最终是邮值求解湍流情况下的完全纳维尔-斯托克斯方程来模拟真实流场。从六十年代中期起,计算空气动力学就发展成了与理论空气动力学和突验空气动力学并列的一个独立学科。从学科的角度讲,它可以说     

斜切喷管欠膨胀超声速射流的数值模拟

采用三阶MUSCL TVD格式解三维可压缩平均雷诺纳维尔-斯托克斯方程组，湍流模型为Spalart-Allmaras代数模型，数值模拟了两种斜切角喷管在喷口压比为2.0，2．8，3．4和4．0条件下的欠膨胀超声速射流场，获得了射流场流谱和参数分布，计算结果和实验数据符合良好，并给出了喷管斜切角和喷口压强比与射流偏转角和扩张角的分布曲线。     

不对称喷管欠膨胀超声速射流的数值模拟

采用改进的MUSCL格式解三维可压缩平均雷诺纳维尔-斯托克斯方程组，湍流模型为Spalart-Allmaras代数模型，数值模拟了四种调整片不对称喷管在喷口压比为2．0、2．8、3．4和4．0条件下的欠膨胀超声速射流场，获得了射流场流谱和参数分布，并给出了单调整片不对称喷管出口压强比与射流偏转角和扩张角的分布曲线，计算结果和实验数据符合良好。     

逆风因子法在非正交曲线坐标系中解不可压N-S方程中的应用

所谓的逆风因子法就是分别用二阶精度公式计算出对流项和扩散项的贡献,然后按此两项贡献的比值来确定一个逆风因子,来保证对流扩散方程数值解的精度和稳定性。这种逆风因子法是作者在用有限元素法解不可压N-S方程中提出来的。本文将逆风因子法应用于在非正交曲线坐标系中用有限差分法解不可压N-S方程。      

翼型大攻角绕流的数值模拟

以求解二维N-S方程数值模拟NACA0012翼型大攻角状态的可压绕流特性;N-S方程是在贴体坐标系中给出的,以代数方法生成C型网格系统。采用LU-ADI格式计算,为提高格式的稳定性在隐式和显式部分分别添加了2阶和4阶人工粘性项。应用BaldwinLomax湍流二层代数模型模拟了大攻角时前缘分离涡的形成,旋涡对流及其非定常现象。在某些Mach数和攻角下NACA0012翼型的湍流解具有周期性。通过比较,本文数值计算结果同实验及国外相应的数值计算结果基本吻合。     

对求解纳维尔-斯托克斯方程的新数值方法的一些看法

已经研究了一个新的解纳维尔-斯托克斯方程的显式一隐式法。该方法在空间和时间上有二阶精度,保持守恒形式,且复杂性比其它隐式方法要小得多。因为它不要求块或者纯量三对角反演。该方法被用于求解复杂的二维定常状态超音速流问题。在高古朗一弗里德里希斯一卢伊(CFL)数的情况下对新方法的计算效率以及从该方法得到的解的精度进行讨论。讨论了一些改进了的型式且对该方法提出一些意见。这些在成功地使用该方法方面可能是有帮助的。     

边界层方程反解法的进展

目前在大量的工程实际问题中,完全的、时间相依的纳维尔-斯托克斯方程(NS方程)尚未得到广泛的应用。这不仅是由于对湍流认识不足,缺少合适的湍流模型,或受到经济条件与计算机速度及容量的限制,而是实际所需要反映的物理现象常常并不需要如此之完全、复杂与细致,应用简化的NS方程所得结果已经可以满足要求。根据不同的物理问题,可以简化方程式、边界条件及初始条件,从而派生出各种简化了的方法,例如,定常NS方程、低维数NS方程、略去粘性项而得到欧拉方程、位势方程、线化方程,以及略去部分粘性项或部分方程式而得到的抛物化NS方程及边界层方程等等。从而在求解上述诸方程的过程中又发展了多种数值计算方法,构成新兴的计算流体力学分支。     

二维可压粘性叶栅流场计算的预测修正迭代多重网格法

 本文中提出了一种解可压N-S方程的快速数值法。它由预测步,修正步,迭代步以及多重网格法构成。叶栅出口采用了一种使数值解收敛性进一步加快的技术,我们称之为定常无反射边界条件技术。本文应用了k-ε双方程紊流模型。 对若干叶栅在-13°～8°的攻角范围内进行了数值试验,并与对应的物理实验结果进行了比较。结果是满意的。     

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。     

带有分离的二维可压粘性喷管流动计算

采用二维、时变、可压纳维-斯托克斯(N-S)方程计算喷管流动。流动可为无粘、层流或湍流。湍流模型可采用代数混合长模型,一方程和二方程模型。喷管形状为二维(平面或轴对称)。计算网格内点采用MacCormack显式格式。采用局部细网格,快速解法以及时间间隔光滑方法,以加速高雷诺数下收敛。边界点采用参考平面特征线格式计算,粘性项作为源项处理。给出了初步算例结果,与其它计算和实验数据比较,符合良好。     

预旋对蜂窝密封和迷宫密封内流动传热特性影响

采用数值求解三维雷诺平均纳维尔-斯托克斯(RANS)方程技术,研究了进口预旋对典型航空发动机用光滑面迷宫密封和蜂窝密封的泄漏流动和传热特性的影响规律.计算了-0.3,0,+0.3三种预旋工况下,两种密封的流动特性和温升特性随压比的变化关系.计算结果表明:预旋对密封的泄漏特性和子午面上的流场形态的影响十分微弱;在相同压比条件下,正预旋会导致密封的总温升减小,而负预旋会导致密封总温升增大;蜂窝面的阻尼作用会削弱预旋对密封内温升特性的影响;进口无预旋或施加正预旋时,蜂窝密封的间隙热能比光滑面迷宫密封大,但进口施加负预旋时恰好相反.      

基于混合网格的DLR-F6模型跨声速阻力预测粘流计算

该文详细介绍了针对第二届AIAA阻力预测会议公布的标准模型及其网格进行的基于混合网格的纳维尔-斯托克斯粘流计算考题,我们将自主开发的WoF90程序的计算结果与DLR的TAU程序以及FOI的EDGE程序的计算结果进行了对比分析,发现三种程序的升力系数普遍比实验结果偏高,但偏高的程度大致相同,阻力计算的精度范围大体一致。结果确认了300万网格点的计算结果尚不足以得到网格收敛的效果,阻力预测需要更大规模的网格。     

超燃发动机垂直燃料喷射的数值研究

采用隐式有限体积法求解可压NS方程及组分方程,对超燃发动机内的垂直燃料喷射的三维混合流场进行了数值研究。计算结果表明,采用小角度的楔形喷口,可以基本消除喷口上游的分离区,而且其燃料贯穿性能更好。     

叶轮机粘性流矢量方程在曲线坐标系中展开的新方法和数值计算

本文讨论在非正交曲线坐标系中 ,粘性流矢量方程一种新的展开思路。应用这种展开方法可以得到项数减少很多的展开式 ,便于工程计算。文中同时给出了可压缩与不可压缩方程的展开式 ,给出了统一方程表达式。最后对二维不可压叶栅粘性流和三维可压叶栅粘性流进行了数值计算 ,计算表明本文给出的新展开方程是有实用价值的     

超燃发动机激波增强混合的数值研究

采用数值方法求解三维可压ＮＳ方程,模拟了斜激波增强超声速氢／空气混合的过程。对不同强度 激波混合增强的效率进行了比较。计算表明利用斜激波增强混合是一种行之有效的方法。