用偏微分方程构造车身外形曲面

阐述了在给定边界条件及其他曲面限制因素的情况下,用偏微分方程构造曲面的基本理论;研究了引入曲面形状控制系数来控制生成曲面的形状以及应用于车身外形曲面设计的实现方法,并分析了该方法的特点,最后给出了在车身设计中应用的实例。     

基于DDB的二维/轴对称三波交汇流场数值模拟

采用运动间断边界拟合算法,在运动网格下求解二维与轴对称欧拉方程组,对脱体激波、锥面波、三波交汇等多种稳态波系进行数值模拟,精确得到了多种典型激波形状、波后流场及波系结构。本文提出的运动间断边界拟合算法,系基于经典计算流体力学方法、R-H运动间断条件、运动边界条件和Delaunay背景网格技术,由指定的网格块边界拟合待求激波,并以网格分块方式解决多道波相交问题。通过引入轴对称形式欧拉方程组,直接将此算法推广至轴对称流动领域,并精确拟合了锥面波相交问题。算法精度高,易于在CFD程序基础上实现,可用于超声速飞行器进气道压缩面、唇口设计以及乘波体设计。     

黎曼边界条件在高阶精度非结构有限体积方法中的验证与应用

黎曼边界条件是一种弱施加边界条件.通过引入有限波模型,对亚声速入口、出口以及远场边界可采用精确求解黎曼问题来统一处理,有效简化了此类边界条件的施加过程,避免了基于特征关系式与黎曼不变量的推导,并已在二阶精度非结构有限体积方法中取得了较好的数值表现.为进一步验证该边界条件的实用价值,将其推广至高阶精度非结构有限体积离散....     

某些偏微分方程的插值函数微分解法

对某些偏微分方程进行数值解,在规则区域或通过坐标变换能变成规则的区域内,广泛使用有限差分法;在具有不规则边界的区域内,有限元法得到了迅速发展。这里以二维问题为例,用从插值函数导出函数近似微分的方法对方程进行数值解。这实际上是有限差分法的一种推广,又能象有限元法那样适应求解区域和边界的不规则性。     

结冰计算中翼面网格重构研究

对结冰数值计算中的网格生成进行了深入研究,针对结冰后几何边界的复杂性及边界依赖于时间步长变化对网格生成的影响展开了分析.网格生成是结冰计算的基础,文中基于求解椭圆形偏微分方程(PDEs)生成了未结冰时翼面周围的背景网格,采用Hilgenstock源项构造方法,合理控制了结冰边界周围的网格间距和正交性.模型表面结冰后,为...     

二维Mur二阶吸收边界条件简化格式的应用

FDTD是计算电磁学最重要的方法之一,而Mur吸收边界条件是其普遍使用的一种边界条件。在二维问题中,二阶Mur吸收边界条件在写成差分格式时,对微分方程进行了变换,使得边界条件的微分方程只含有一阶导数,方便在计算过程中应用。通过理论分析和数值计算,说明了这种吸收边界条件效果显著,并通过线电源的辐射算例加以证明。     

复杂外形网格生成技术

复杂外形网格生成是进行流场数值模拟的一个关键技术及前提。本文论述了采用保角变换方法,求解偏微分方程方法以及它们在代数方法结合生成二维及三维具有多块网格结构的贴体且与边界正交网格的技术。     

浸入边界法模拟小圆柱对主圆柱涡脱落的抑制

使用浸入边界法研究了小圆柱对主圆柱涡脱落的抑制.方法中使用非贴体笛儿尔网格,易于处理包含复杂边界的流动问题.采用离散附加力直接加入边界条件方法对虚单元进行重构,使边界条件在浸入边界上精确满足.使用隐式分步法解二维非定常不可压Navier-Stokes方程,通过速度和压力解耦提高计算效率.数值模拟单圆柱绕流及不同位置小圆柱和主圆柱的流动干扰,通过分析流场涡结构和升、阻力系数,得到小圆柱对主圆柱涡脱落的延迟和抑制作用.计算结果与已有实验结论和数值结果对比,计算误差不超过5%,说明浸入边界法可以简单有效地处理圆柱涡脱落抑制这类流动干扰问题.     

竖直平板Blasius流层流边界层流动与传热耦合解

对考虑辐射传热、流体黏度随温度变化、有和无滑移边界条件下的可渗透竖直平板Blasius流层流边界层的无量纲速度场与温度场进行了深入研究.经相似变换将描述速度场与温度场耦合的偏微分方程组转换成非线性常微分方程组,用Runge-Kutta法对常微分方程组进行了数值求解.研究了无量纲参数对无量纲速度场及温度场的影响,着重分析了滑移边界条件下速度和温度随无量纲参数的变化规律.结果表明:吸入时边界层变薄,喷注时边界层加厚;对比于无滑移边界条件,滑移边界条件下速度、温度边界层变薄;随着变黏度参数a或喷注与吸入参数的增大,壁面摩擦因数、局部努塞尔数Nu增大,速度和温度边界层变薄;随着普朗特数Pr、热辐射参数R的增加,或毕渥数Bi,布林克曼数Br的减小, 温度边界层变薄.      

纤维增强及匀质层层叠板动力分析的解析与半解析方法

本文引入复合板条振型函数系列,提出二种层叠板解法。一种纯解析法适用于各种边界条件的矩形层叠板的动力计算;另一种半解析半数值方法适用于任意形状、任意边界的层叠板动力计算,比现有数值计算方法节省大量内存与时间。文中还给出了一系列常用层叠板计算公式。     

计算流体动力学的范围、简史及其他

正如本学科的每个研究人员熟知的,“流体力学特别富有非线性”(Ames,1965)。在流体力学里,双曲和椭园混合型偏微分方程、各类邮学奇性及与无穷远边界条件有关的问题也很多。以前,流体动力学大大推动偏微分方程理论、     

振荡叶栅三维非定常流动数值分析

以全三维、非线性、非定常欧拉方程计算作用于振荡叶栅的非定常气动载荷。欧拉方程的数值离散采用了具有时、空二阶精度的MacCormack显式分裂的两步格式,用时间推进方法得到其数值解。应用动网格技术捕获叶片的运动,保证叶片振动过程中网格边界与叶片表面保持一致。以相移周期条件处理具有不同相位的叶片振动问题,同时发展了伪边界形状修正方法以简化周期边界条件处理。     

一种基于高阶剪切变形板模型的有限元算法

为了较好地模拟复合材料层合板的变形并得到较为精确的应力分布,本文基于Reddy提出的高阶剪切变形板模型建立了一种新型有限元。该模型保证横向剪应力沿板厚度方向呈抛物分布,在板的上下表面为零,从而很好地满足力边界条件。有限元算法构造的出发点是修正的虚功泛函,引入Lagrange乘子放松了挠度在单元边界之间的连续性,使得挠度的构造变得简单;由于通过常应力分片检查,所以有限元算法的收敛性得到了保证。此外,本算法的数值结果具有对单元网格形状不敏感、精度好和计算效率高的性质。     

混合解析/数值方法及其在湍流数值模拟上的应用

针对带小时间尺度的源项的方程描述的流动问题,提出了混合解析/数值方法。混合解析/数值方法的基本思想是:分裂原始方程组为对流-扩散部分的偏微分方程和源项的常微分方程。偏微分方程采用合适的数值方法求解,而常微分方程采用解析方式积分。模型方程的理论误差研究表明,混合方法提高了源项处理的精度,降低了混合方法的整体数值误差。分析同时表明,基于时间分裂的算法在求解含源项双曲系统的定常类型问题,会存在数值振荡。为此发展了非分裂方式的混合解析/数值方法,在湍流模型数值计算中提高了数值稳定性,而且加快了计算的收敛速度。     

单列叶栅紊流流场有限分析数值研究

本文将有限分析方法用于曲线座标系上紊流 N-S方程数值计算,研究了高雷诺数时叶栅粘性紊流流场。有限分析方法在网格单元上对非线性偏微分程进行线化处理,在解析边界条件下求出线化偏微分方程的解析解,以此解构造离散方程。有限分析方法能够根据对流的方向和大小自动改变格式系数,并具有数值扩散小、精度高和稳定性好等优点。本文以 k-ε紊流模型模化紊流,以壁面函数方法处理近壁区流动参数。      

阵风与叶栅干涉噪声的数值模拟

采用计算气动声学方法求解二维线化欧拉方程对阵风与叶栅的干涉噪声进行了数值模拟。为减少频散和耗散误差,采用七点四阶频散相关保持有限差分格式进行空间离散;时间推进采用优化的4/6低频散低耗散龙格库塔法;在各边界处均选择或建立了适当的边界条件。首先通过模拟阵风在自由空间中的传播验证了无反射边界条件的可靠性;然后对阵风与平板叶栅的干涉问题进行了模拟,数值结果与精确解符合得很好;最后给出了阵风与NACA-0012翼型叶栅干涉的数值模拟结果,显示了数值求解方法的可行性。      

时间依赖边界条件在亚声速自由射流数值模拟中的应用

对亚声速自由射流进行数值模拟时，无法预先给定远场边界和无反射入流边界上的速度值。以往采用的黎曼不变量在自由边界上给定无反射条件的处理方法，只给出了这些边界法线方向上的一维特征关系。时间依赖边界条件是一种高精度的边界处理方法，可以很方便地处理计算中遇到的各种边界，广泛地应用于DNS中。我们将这种边界条件用于定常流动的计算中，计算了出口马赫数为0．4和0．7的轴对称自由射流，获得了与实验结果吻合的数值模拟结果。     

椭圆管外强制对流换热数值研究

本文采用局部不完全相似变换方法,将偏微分方程转换为容易求解的常微分方程,通过数值计算,得到了椭圆离心率、Re数、Pr数等因素对局部及平均换热Nu数的影响规律,并通过数值拟合,得到了通用的换热准则关系式,同时,还求得了分离点与离心率的关系。     

绕钝前缘机翼跨音速势流的松弛计算及其稳定性与收敛性讨论

本文在机翼钝前缘处用精确速势方程和精确的边界条件,其他地方用纵向大扰动而横向小扰动的速势方程和相应的边界条件,联立求解。数值算例1为矩形机翼,展弦比λ=12,翼剖面为NACA0012,自由流的马赫数M_∞=0.63,迎角α=2°,翼根剖面压力分布的计算结果与二元亚音速精确数值解（Sells,1968）接近。算例2为NACA RM A51G31实验的机翼,垂直于1/4弦线的翼剖面为NACA64A010,其后退角χ_1/4=45°,λ=3,根梢比η=2,M_∞=0.4,0.8,0.9,α=2°。计算与实验接近。 本文建立跨音速定常小扰动速势差分方程的线松弛改进迭代在局部线化假设下的稳定性条件和松弛解收敛到原来的微分方程解的条件。这些条件大多数与数值实验相符。     

复合材料叠层板超临界分析的非线性方程

本文建立了一种非线性理论,用于分析由层状复合材料叠制而成的矩形平板和圆柱形曲板在轴压和剪切分别作用和联合作用下的屈曲和超临界性状。本分析以扁壳理论为基础,考虑了板件本构关系中的全部系数,推导得到以板件挠度函数和力函数为基本未知量的一对互相偶合的偏微分方程。方程中包括了考虑边界力矩影响的附加项。此外,方程中也考虑了板件初始几何缺陷的影响。最后基本方程组与各种边界条件以无量纲形式给出。