钝体驻点线附近粘性激波层的数值方法

一、引言 在研究高超音速钝头体粘性气体绕流时,驻点区域的气动力参数和热力学参数的预报也是十分重要的。当粘性层很薄时,一直采用古典边界层方程计算;但是,考虑粘性气体与无粘流的相互干扰时,边界层模型已不适用,可用粘性激波层方程来描述极其广泛的来流马赫数及雷诺数的流场。 近年来,不少人致力于驻点线附近流场的计算,有的跨激波,有的分离激波。但     

驻点壁面催化速率常数确定的研究

以平衡流动作为热环境估算的依据，提出了用数值求解非平衡Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和实验测量热流值确定模型表面材料催化速率常数的方法。用５组分１７个化学反应Ｄｕｎｎ－Ｋａｎｇ空气化学模型和轴对称热化学非平衡Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，对激波管中球头和平头圆柱模型绕流流场进行了数值模拟，给出了驻点热流随催化速率常数变化的分布，并根据激波管实验测量的热流值确定了表面材料Ｐｔ、ＳｉＯ２、Ｎｉ和某种     

用保角转绘坐标解二维和轴对称可压流Euler方程

本文推导出用保角转绘正交曲线坐标表示的二维与轴对称Euler方程,方程中的未知量以曲线坐标方向的速度分量表示,并有不含未知量导数的源项。方程组的形式与直角坐标系中的接近,因而简化了计算。本文将该方程组用于计算二维任意翼型和旋成体轴对称绕流,采用分辨率较高的Eberle特征平均显式有限体积差分算法求解,在不同区域中用不同的显式推进步数加速收敛。本方法已分别对翼型和旋成体轴对称绕流编制了计算程序,可用于自由流为亚声速、跨声速和超声速的绕流计算。大量计算结果表明,本方法精度好,激波分辨率高,编程序简单。     

高超声速化学非平衡粘性激波层方程的数值解

本文讨论了高超声速粘性激波层方程数值计算时差分格式引起的物理失真问题。具体分析了全隐格式格式粘性的影响,并作了数值试验。为了验证隐式结果的可靠性。在超声速激波风洞中测量了钝锥的表面压力分布,并与计算结果作了比较,两者基本一致。 本文采用隐式有限差分法数值计算了高超声速化学非平衡粘性激波层绕细长球锥的流动。计算时采用连续方程和法向动量方程耦合求解的方法以解决细长体远后身区计算中的问题。应用网格技术和加强系数矩阵主对角元素优势的方法提高了化学非平衡流计算的雷诺数范围。文中给出了高超声速化学非平衡流的计算结果,并与其它文献的结果作了比较。     

壁面非平衡复相催化反应及其对传热的影响

本文在理想吸附层假定下对两种常见的复相催化反应模型导出了反应速度表达式，分析了反应级数的变化规律和范围，采用新定义的“壁面催化非平衡系数”作为表征壁面非平衡催化工况的准参则数，用粘性激波层法计算分析了壁面非平衡催化效应对驻点区壁面热流的影响规律。     

高超声速钝体绕流的奇异摄动理论

对于二维和轴对称的物体的无粘高超声速绕流,当比热比Υ→1和来流Mach数M→∞时,激波将贴近物面,Chernyi等人应用薄激波层理论给出了尖头物体绕流问题的渐近展开解,它属于正则摄动理论。但对于钝头体,Chernyi等人的理论遇到了困难,因为该理论中对各物理量的量阶估计在物面附近是不适用的。本文在对物面附近各物理量的量阶重新进行估计的基础上,以Chernyi等人的渐近展开式作为外解,并在物面附近给出了各物理量的新的内解的渐近展开式,从而用奇异摄动理论中匹配的渐近展开法,得到了钝头体绕流问题的解。文中还给出了渐近展开式中首项的解析表达式结果。     

轴对称流中音速线附近的特征线方程

 从Ｏｓｗａｔｉｔｓｃｈ的无粘、跨音速、轴对称无旋流的基本方程出发,在细长体条件下,通过新变量将物理面上的运动方程变成形式简单的速度面方程。利用音速线附近条件对速度面方程进行积分,可得解析解；由此可按Ｃｏｕｒａｎｔ理论推导出音速线附近的特征线方程,结果表明,特征线有两族,均为２／３次幂曲线,其数学形式与平面流相同。     

带预压缩性质的高马赫数内转式进气道设计

传统的轴对称基准流场存在两个问题:进气道内收缩比较大,起动性能差;前缘弯曲激波在靠近中心体附近剧烈弯曲,激波损失很大,极有可能造成唇口激波脱体。为此,设计了新型的轴对称基准流场,把较强的前缘激波设计为两道较弱的预压缩激波,显著提高了进气道喉道的总压恢复系数。模拟结果表明,基于新型轴对称基准流场设计的内转式进气道性能优良,但存在溢流较严重等问题,还需进一步研究。     

二维喷管的初始流动

基于可压缩Navier-Stokes方程,采用大涡模拟方法与高精度混合WENO/TCD格式,对Ma=1.4的超声速平面射流初始流场进行了数值研究.数值结果清晰地描述了超声速平面射流初始流场的结构特征,包括主涡环与激波结构以及它们演变过程.因主涡环内存在涡导激波对,激波与涡相互作用加速射流剪切层失稳,使剪切层首次卷起形成小涡的位置出现在涡导激波对后,此与亚声速射流情况不同.小涡串卷起成后,相继与涡导激波对相互作用,使激波出现明显的变形并加速主涡环失稳.      

高分辨率有限差分—有限元混合方法及其在气动热计算中的应用

在文献［１］结合ＮＮＤ格式思想＾［２］提出的有限元格式基础上，给出一种有限差分－有限元混合方法。通过求解完全Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，得到了高超声速情况下钝头体轴对称绕流的较满意结果，同时讨论了网格Ｒｅ数对驻点热流的影响。     

NND格式在航天飞机头部段N—S方程求解中的应用

本文采用实质上为二阶精度的无波动、无自由参数的耗散差分格式(NND格式)求解了非定常的二维和三维完全N-S方程,对类似于航天飞机头部外形的超声速粘性气体绕流流场进行了模拟。在计算中,使用了代数网格生成技术,对脱体激波采用了装配法。作为验证算例的二维圆柱绕流计算结果同文献[4]的数据进行了比较。二维凹陷外形绕流的计算结果同无粘流结果进行了对比,由于粘性流动出现了分离,二者的壁面压力是有差异的。最后,对三维外形的绕流也进行了模拟,计算结果提供了流场的细节。     

燃气排导箱三维场的数值计算

对燃气排导箱内的典型三维稳态流动过程进行了粘性不可压数值计算,采用较为成熟的ＳＩＭＰＬＥ方法。所发展的计算程序可求解质量、动量和能量守恒方程,ｋ－ε双方程湍流模型方程,以及热辐射通量方程,并进行了程序的算例验证。三维燃气排导箱内的计算结果也得到了一些实验测量的数据的验证,得出一些有工程实用价值的结果和结论。     

运动激波绕射过程中的粘性效应

应用 TVD格式求解二维非定常全 N- S方程 ,以研究运动激波绕射现象。考虑粘性后 ,绕凹角流动时 ,压缩拐角附近表面压力分布与实验结果更为符合 ;绕凸起物时 ,出现反射激波因边界层干扰根部加宽 ,前、后角点附近有局部分离与再附 ,并引起局部压力上升 (与无粘流场模拟相比 )等现象。结果表明 ,全 N- S方程可较好地模拟实际粘性流中复杂激波障碍物干扰流场特性     

计算三维粘性／无粘性干扰流动的准联立分区算法

 应用摄动理论导出了粘性／无粘性流动的匹配条件，与边界层方程联立形成能计及粘性／无粘性干扰效应的模型方程。同时引用等效吮吸理论对该模型方程与全位势方程进行交替迭代求解，建立了计算高雷诺数流动的一种快速收敛的粘性／无粘性分区算法。计算结果表明该算法适用于包括小尺度分离的流动；与传统的半逆解法相比，计算效率明显提高     

三维高超声速喷流干扰流场的数值模拟

采用ＬＵ隐式方法求解了有限体积法离散的完全Ｎ－Ｓ方程,数值模拟了三维高超声速喷流干扰流场。计算中采用了Ｊａｍｅｓｏｎ的当地极值递减（ＬＥＤ）格式和Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ代数湍流模型,与实验结果相比较,数值方法对附体流动计算较准确,对分离区附近流场计算有一定误差。     

一种基于共轭方程法求解黏性反问题的简化方法

 对于给定压力分布的黏性气动反问题,考虑到壁面微小扰动造成的压力变化主要由势流作用引起,因此可以简化用以获得目标函数对设计变量敏感性导数的共轭方程。将黏性流场插值到粗网格中作为彻体力模型方程的解,则其相应的共轭方程将以简单的源项取代原方程中复杂的黏性项。由于在粗网格中求解,网格数减少,同时收敛速度加快,简化的共轭方程计算时间可以减少到黏性方程的十分之一。典型的算例结果表明,对于附着的边界层流动简化方法计算得到的敏感性导数具有较高的精度,能够有效完成反问题设计且减少总的计算耗时。     

考虑辐射的化学平衡流驻点线解

本文用数值方法求解了化学平衡的高超声速粘性激波层驻点线流场。考虑了辐射和质量引射对流场的影响。辐射模型采用线和连续谱模型。文中讨论了引射率、头部半径、来流速度对壁面传热的影响。与有关文献结果比较表明,本文的方法是可行的。     

不可压扰动方程高精度对称紧致差分数值解法及应用

从粘性不可压扰动方程一阶改型形式出发,对其实现了高精度对称紧致差分离散,就导出的扰动线性特征值问题给出了一个高铲双重迭代局部解法,以相同精度将特征值和特征函数同时得到。通过不可平面Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ流时间稳定性算例详细对比显示了算法良好的谱分辨能力和较弱的网格依赖性,并结合复矩阵广义特征隐式移ＱＺ算法获取了一个 扰动特征值谱计算结果。     

超声速绕凹角流动的压力分裂形式简化N－S方程数值解

本文从压力分裂形式的简化Ｎ－Ｓ方程出发，用Ｒｕｂｉｎ格式对超声速粘性流动进行了数值求解，给出了超声速绕凹角附着流及带有小分离气泡流动的结果，与其它数值方法所得结果相比，符合较好。