数值求解二维定常跨音速流场多重解现象探讨

本文用时间推进法求解欧拉方程组计算二维平面叶栅绕流问题数值实验是否有多重解现象。计算结果表明,求解欧拉方程组进行流场数值模拟最终收敛与初场无关,不存在解不唯一问题,进而计算初场熵值大小,也发现初场熵值大小不影响终场结果。     

全速位积分方程跨音速绕流的数值解

从全速位方程出发,利用Green公式将其化为激波捕获积分方程和激波装配积分方程,然后离散进行数值解。流场出现激波时,对激波捕获积分方程应用上风技术捕捉到激波,然后应用激波装配技术计算,得到了满意的结果。经算例考核,该方法具有计算区域小,收敛快和CPU时间较少等优点。     

三维进气道粘性流场数值模拟

对三维进气道流场进行了数值模拟，将三维进口激波系的数值模拟结果与二维模拟及激波理论估算值进行了对比。说明可以用现有的计算方法对三维进口波系进行评估。对三维进气道内管道流场的模拟由于受诸多因素的影响，与试验结果相比会有一定差别，本文对此进行了分析。同时对计算的边界条件及收敛特性也进行了分析。     

激波诱导二元矢量喷管内流特性数值研究

采用三种不同湍流模型分别对激波诱导二元矢量喷管内流场进行计算,并将计算结果与模型试验结果进行了分析比较,得出重整化群(RNG)k-ε二方程模型为文中数值模拟中最有效的湍流模型。对该型喷管的计算结果分析表明,喷管矢量角的计算值和实验值基本吻合;在NPR=4,ω=9.6%情况下,矢量角最大可以达到16.61°;注气位置、注气压力和喷管落压比对矢量角的影响比较大。      

翼型跨音速小扰动势流-边界层计算

翼型绕流的外部无粘流,采用跨音速小扰动速势方程和改进小扰动速势方程对三种差分格式进行对比计算:(1)Murman-Cole非守恒式;(2)守恒式;(3)Engquist-Osher式。在相同的初值条件下,它们的计算稳定性、收敛性和收敛解基本相同,但激波位置(1)在前,(2)在后,(3)在中间。对人工时间阻尼项εφ_(xt)的作用进行了线化分析,所得结论与数值实验结果相符。二级精度格式计算表明:采用这种方案能在几乎不增加计算机时的前提下,大大提高差分计算精度。本文最后采用边界层积分方程法,计算翼型边界层,并与势流进行迭代计算。在弱激波条件下,迭代收敛解与实验值接近。     

用CSCM格式模拟二维收缩管道内的流动

 采用Lombard等人提出的CSCM(Conservative Supra-Characteristics Method)差分方法数值模拟二维收缩管道内波系干扰及激波边界层干扰等问题。所得结果同已往计算结果进行了比较。通过压力场和速度场的计算结果可看到Ma数对流场的影响。在Ma数较小时激波角较大,可看到激波经两次相交一次反射逐渐变弱的情况。Re数改变对流场也有明显影响,且给出由于激波干扰引起边界层分离的计算结果。最后还给出收缩管道内激波由正激波逐步形成斜激波的非定常过程。     

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。     

二维激波管有障碍物的激波反射流场计算

本文应用最小耗散的混合格式及MacCormack二阶格式加θq╱2耗散修正格式计算了一维激波管Riemann问题、二维激波管中激波与楔的反射流场。这两个格式的特点是对任何初值其耗散项永远不等于零,因而,计算得到的解为物理解,而且除间断外,均具有一致二阶精度,计算出的单波很精确,并且激波分辨度高。本文计算了楔角θ~*=30°、45°,激波马赫数M_s=5.29、10的情况,给出了流场的非定常过程及流场的自模解,一维结果与Riemann问题理论解、二维结果与实验结果的比较,说明计算是成功的。     

计算机翼跨声速绕流的全速位积分方程数值解

本文利用格林定理将全速位方程转换为全速位积分方程，应用高斯定理对沿激波面的显式积分进行简化。将全速位积分方程的解表示成为面元项和场元项之和，然后离散进行数值求解。本文将激波捕捉方法和激波装配技术结合起来，对机翼跨声速绕流进行数值实验，计算结果令人满意。     

喷管内二次喷射的激波测量与分析

研究了不同喷射位置、喷射马赫数和喷射角度的气体二次喷射混合流场的弓形激波形状。在二维矩形喷管内进行二次喷射试验,用纹影仪拍摄得到激波照片。将由照片换算得到了激波半径与用爆炸理论计算的结果相比较,证明爆炸波解在计算激波半径方面提供了与实验较符合的结果。     

马赫数对侧压式高超音速进气道及等直隔离段三维内流场的影响的数值分析

用 N-S方程和 RNG k-ε紊流模型计算了 RBCC用侧压式高超音速进气道三维内流场 ,重点分析了马赫数对流场的影响。从出口截面上气流参数的均匀程度来看 ,Ma3 时比 Ma6时的更均匀 ;从压缩气流的主要部位来看 ,Ma6情况下在支板前肩点之后到喉部截面之前的这个等宽度收敛通道内 ,而 Ma3 时主要是在前肩点之前的收敛通道内 ;从对气流的压缩程度来看 ,Ma6比 Ma3 更大 ;从唇口激波的强度来看 ,Ma6比 Ma3 更强 ;从进气道的流量捕获率来看 ,Ma6比 Ma3 更高 ;高超音速进气道内靠近侧壁以及侧壁和顶板的角区附近是最有可能出现亚音速的区域。     

激波风洞气动力试验不确定度影响因素分析

参考北大西洋公约组织和AIAA推荐的风洞试验数据不确定度计算方法,结合激波风洞运行特点,确定激波风洞气动力试验的主要误差源,计算激波风洞13-2标模气动力测量结果的不确定度。采用改变单一变量的方法计算主要误差源对测量结果不确定度的影响程度,辨析对不确定度起主要作用的基本参数。计算结果表明：皮托压力和总压的测量结果对流场参数影响显著,皮托压力的测量结果比总压测量结果对流场参数与气动力测量结果影响更大;降低皮托压力和总压的偏离极限,有利于提高激波风洞气动力试验数据的质量。     

轴对称矢量喷管壁面静压分布的试验研究

在模拟实际发动机喷管落压比的情况下, 利用轴对称矢量喷管的缩比模型, 对其壁面静压分布进行了试验研究。研究结果表明, 当矢量偏转后, 轴对称矢量喷管的收敛段与扩张段内流场均呈现出复杂的三维流动的特征; 当喷管落压比小于完全膨胀落压比时, 喷管内部存在周向不对称的斜激波和分离区, 且激波位置随几何矢量角的增大而前移。本文的研究结果可用于检验喷管三维流场的计算精度。      

弹道再入飞行器的无粘绕流及表面加热率的一种工程数值解法

RVSPHR是一种确定弹道再入飞行器无粘气动力和表面热流率的近似数值计算程序。在头部亚跨音速区内,由工程方法给出激波角及压力分布,并假定激波层内的物面法向压力和法向速度剖面,而相应的激波形状则按质量守恒条件迭代调整。下游超音速区仍由严格运动方程差分数值求解。在无粘流计算的基础上,用无需迭代的熵吞技术,计算表面热流率。所有计算结果与严格数值解及实验值作了比较,其一致性较好。     

超声速进气道流场和边界层计算

对设计马赫数为3.5的混压式进气道,在小迎角下作了流场和边界层计算。用内激波捕捉法计算无粘流场,用积分法计算层流和湍流边界层。结果和实验数据以及特征解一致,边界层位移厚度也合理。     

后掠机翼跨音速绕流的二级近似方法

本文采用TSDH方程计算三维后掠机翼的跨音速绕流,考虑了适用于机翼钝前缘的前缘边界条件和前缘速势方程。采用Jameson格式在不等步长格网中的推广形式,把TSDH方程离散化为差分方程组。然后,在整个计算空间内布置稀网,在机翼附近再布置密网,进行稀密网的交替迭代,以加速收敛和提高计算精度。对ONERA M6机翼的超临界无激波和有激波情况的计算表明,TSDH解与FVP解和风洞试验符合良好。     

运动激波绕尖劈流动的研究

在激波管中进行双尖劈二维外形的激波绕流数值计算和实验研究,入射激波,Ｍ＝１．８,用激光全息双爆光技术定量测定各瞬时的密度场。计算采用欧拉方程和有限体积法进行离散并采用高精度的ＴＶＤ差分格式,计算与实验两者之间的比较,表明本文采用的计算方法对于解决尖点的绕流十分奏效,根据计算所获得的运动激波系,能够判断局部区域实验测量的密度场梯度方向,从而使密度场的定量测定获可靠度的结果。     

基于本征正交分解和代理模型的流场预测方法

 为了实现流场的快速求解,基于本征正交分解(POD)与代理模型提出了一种全新的流场预测方法。其基本原理为:首先采用本征正交分解将一定数量的样本流场分解为同等数量的基模态流场;然后用少数包含了绝大部分样本流场特征的基模态流场拟合所有的样本流场;最后用代理模型建立起决定样本流场的输入参数与拟合系数之间的近似函数关系。针对几何外形不同的二维翼型定常流场预测结果表明:在亚声速情况下,预测误差收敛的模态数量不超过20个,继续增加模态的使用数量不能明显提高预测精度;在跨声速情况下,预测误差收敛的模态数量为26个,当使用的模态数量达到前10个时,继续增加模态的使用数量能提高绝大部分流场区域的预测精度,但同时会在激波附近引入"噪声"激波特征而降低该区域的局部预测精度。在这两种情况下,预测流场所需时间均不到高精度计算流体力学(CFD)方法的1/200。     

双翼金属圆柱体散射场的整体计算

本文利用keller的几何绕射理论（GTD）推求出双翼金属圆柱体散射场高频快收敛整体解，弥补了传统分离解（把系统分解为一个金属圆柱和两个金属半平面，分别求解再简单迭加）的不足之处，最后，给出了整体解和分离解的散射电场的模值数值计算结果。     

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。