Monotonicity-Preserving激波捕捉格式在湍流大尺度模拟中的评估

对高阶激波捕捉格式的性能进行了系统的测评,重点分析了Suresh和Huynh(1997)所提出的Monotonicity-Preserving格式的性能.结果表明Monotonicity-Preserving格式的性能显著优于原始WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory) 格式,和改进型WENO格式相当.对格式的分析进一步表明,迎风型的激波捕捉格式在湍流模拟方面的性能都不及高阶中心格式,其原因归结为激波捕捉格式所包含的线性和非线性耗散.因此,改进高阶激波捕捉格式的关键在于同时降低格式的线性耗散和非线性耗散,以提高格式对湍流脉动能量的保持和对小尺度脉动结构的捕捉能力.     

基于共轭齿面修正的航空弧齿锥齿轮高阶传动误差齿面拓扑结构设计

根据高阶传动误差和齿面印痕的设计需求,提出基于共轭齿面修正的齿面设计方法.采用与大轮齿面完全共轭的小轮齿面为基准面,根据预设的高阶传动误差对齿面进行一次修正;在此基础上根据接触印痕的需求对齿面进行两次修正,通过对全齿面几何形状的精确控制实现高阶传动误差和齿面印痕的精确控制.算例结果表明,传动误差为6阶曲线,幅值为3.1″,接触迹线与根锥的夹角接近25°.通过数字化滚检方法分析,结果显示:传动误差的形状、幅值、接触迹线与接触椭圆可以得到精确控制.这种基于共轭齿面修正的齿面设计方法可推广应用于其他齿轮副的设计.     

超声速弹丸诱导爆轰波的无网格数值模拟

为研究锥角对超声速弹丸诱导爆轰波形态的影响,发展了耦合有限速率化学反应模型的最小二乘显式无网格算法,其流体动力学采用含化学反应源项的多组分Euler方程建模,对流项和时间项分别采用多组分HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式和四阶Runge-Kutta法计算。对尖劈诱导斜爆轰以及激波诱导燃烧流场进行了模拟,验证了算法的有效性。最后对等当量比甲烷/空气预混气体中,不同锥角弹丸诱导爆轰波流场进行了模拟,云图同实验阴影照片吻合较好,结果表明当锥角处于70°~100°时,易形成驻定斜爆轰波;锥角较小不利于可燃混合气体的点燃,仅能形成驻定斜激波;过大的锥角将导致爆轰波的脱体。     

CRM翼/身/平尾组合体模型高阶精度数值模拟

基于五阶空间离散精度的WCNS格式,开展了CRM翼/身/平尾组合体模型的高阶精度数值模拟,以评估WCNS格式对复杂外形的模拟能力以及典型运输机巡航构型阻力预测方面的精度。首先依照DPW组委会提出的网格生成指导原则,利用ICEM软件生成了粗、中、细3套网格,对应的y⁺分别为1、2/3和4/9。通过对CRM模型的计算和分析,研究了网格规模对气动特性、压力分布和翼根后缘局部分离区的影响。通过与DPW4统计结果和部分实验结果的对比,高阶精度数值模拟结果表明,本文的气动特性计算结果与统计平均结果吻合较好;网格密度对机翼内侧的展向站位压力分布影响较小,对机翼外侧展向压力分布影响较大;网格密度对翼根后缘局部分离区略有影响。     

用虚拟黏性法构造Navier-Stokes方程黏性项的隐式格式

提出的虚拟黏性法是一种关于Navier-Stokes方程黏性项(黏性应力项和传热项)的隐式新方法。通过引入虚拟时间和虚拟黏性项,将隐式格式的构造大大简化,从而避免了大型复杂隐式差分方程组的常规求解。在虚拟时间推进过程中所需求解的方程组的系数矩阵是一个三对角矩阵,它具有计算简单且计算量小的优点。用模型方程和Navier-Stokes方程进行了数值仿真,研究各种参数对计算的影响,并在精度和效率上与显式方法进行比较,证实了算法的正确性和优势。最后分析了本文格式的适用范围。     

关于 CFD 高精度保真的数值模拟研究

本文由四部分组成。第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解 NS 方程时,计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。第三部分分析了在高雷诺数下 NS 方程计算方法和网格的关系。最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。     

弧形翼-身组合体空气动力特性的数值模拟研究

利用高精度ＴＶＤ格式成功地完成了标准ＴＴＣＰ弧形翼－身组合体在马赫数为０．８～２．３６的湍流流场计算,通过对翼表面压力的积分求得自诱导转动力矩,与相应的风洞实验数据基本一致。流场的计算结果显示：自诱导转动力矩的变化主要是由于翼前缘和翼后半部分产生的法向力的差异造成的。最后进行了不同翼形参数的弧形翼－身组合体湍流流场计算,发现翼前缘削尖角角度增大和翼弦长增大,使总法向力增大。     

关于超声速剪切流动的数值模拟

本文通过采用混合型的四阶精度频谱关系保持格式和基于信号特征传播的边界处理方法,对对流马赫数分别为0.5、0.9和1.4的时间发展和超声速空间发展的剪切流动进行了数值模拟,目的是对剪切层不稳定结构的演化方式、相同对流马赫数下时间发展和超声速空间发展的剪切流动的异同作初步研究.研究表明,对时间发展的剪切流动来说(1)当Mc=1.4时,剪切层内流动演化的形态为首先压力等值线在其极值点处产生中心型结构,且极大值点和极小值点交替分布.然后中心型结构进一步发展并产生横向分裂,从而在剪切层内等压力线出现鞍点结构.随后剪切层内重新产生中心型的压力极值点结构,进而又出现鞍点结构.如此发展下去,剪切层内的压力等值线呈现中心和鞍点的组合.剪切层外的压缩波沿特征线方向传播并加强,形成类激波的结构,最后在流场中包含许多压缩和膨胀波.在计算时间内流向的周期性未受破坏.(2)当Mc=0.5时,初始的流向的周期结构经过一定时间后将丧失其稳定性.在计算域为两个扰动周期的情况下,扰动形成的旋涡的后期演化表现为涡的对并.(3)对Mc=0.9的流动,演化图象介于前两者之间.对具有相同对流马赫数的空间问题来说,由于粘性和非线性发展对周期性的破坏,随着空间距离的增长,流动演化与时同问题的差异增大.相比较而言,高对流马赫数的时间问题与空间问题的差异明显大于低Mc下的差异.     

高阶椭圆齿轮的三维实体设计与线切割加工

非圆齿轮可以实现周期性的非匀速比运动,在各种精密机械中都得到了日益广泛的应用。综合应用CREO的参数化设计功能、ADAMS的运动仿真功能、CAXA线切割的代码生成功能实现了三阶椭圆齿轮的设计与制造,为单件及小批量生产场合创建了典型范式,适用于各种类型非圆齿轮的设计与制造。     

钝体头部边界层“逾越”型转捩机理研究

利用数值模拟的方法,研究了再入条件下,钝头体边界层中一种新的失稳机制.这种失稳机制无法用线性稳定性理论解释.最近的研究工作表明,流动中存在着一种与局部有限幅值扰动相关的失稳机制.它与常规的T-S波或二次失稳的过程不同.数值模拟了受空间模式的局部扰动影响的钝体头部超声速边界层的失稳过程.在模拟中,明确了不同扰动模型非线性相互作用的物理机制.