航天飞机的粘性干扰效应——航天飞机的空气动力学问题之二

航天飞机在55公里高度以上飞行时,处于高马赫数,中、低雷诺数的粘性干扰区(粘性干扰参数(?)=0.005～O.08)。传统的无粘流/边界层修正法(3DV)已不适于计算无粘/有粘强干扰的情况,而要采用全粘性激波层的 PNS 法。本文简要的介绍了美国航天飞机研制过程中采用的3DV 和 PNS 的计算方法,对航天飞机简化外形和钝锥体的粘性干扰效应进行了分析和讨论。研究结果表明,PNS 法是解决航天飞机高超声速粘性干扰效应的较为有效的数值模拟方法。     

应用Plemelj积分生成二维通道内的正交网格

首先选用的解析函数由速度模以及流向角组成，在已知通道边界上的流向角时，求得通道边界上的速度。由势函数和流函数的定义，求出壁面上的势函数及流函数。其次将解析函数用势函数表示，运用Ｐｌｅｍｅｌｊ边界积分关系的内点公式，求得通道内任意点的势函数和流函数。由此，从等势线和等流函数值线，可形成流体力学数值计算用的正交网格。文中给出两个算例，该方法无需迭代。     

[γ-Reθt]转捩模型在跨声速涡轮叶栅中的应用

为了解涡轮叶栅在跨声速条件下的流动特性和准确预测涡轮叶栅外换热情况,对γ-Reθt转捩模型,依据零压力梯度时自由流湍流度衰减实验结果,给出了一种直接估算来流粘性比的方法,以保证叶片前缘附近具有正确的自由流湍流度分布,提高换热预测准确度;同时减少试算次数。对MARK II与VKI两种叶栅通道跨声速工况下的流动换热情况使用CFX软件,选取层流模型、SST k-ω模型以及缺省粘性比和设定合理粘性比的γ-Reθt转捩模型进行了数值模拟验证,计算结果与实验数据的对比表明:转捩模型优于其他模型;而采用本文方法给定进口粘性比,能准确预测转捩位置,同时显著改善γ-Reθt转捩模型对不同来流湍流度下涡轮叶栅表面换热的预测精度;当入口湍流度较高,相比采用缺省粘性比情况,压力面上换热系数的相对误差降低30%以上,控制在7%左右。     

液体粘性软启动装置的启动特性研究

介绍了液体粘性软启动传动装置的基本结构,建立了液体粘性制动器的粘性制动数学模型.研究结果表明,在制动过程中,摩擦片间隙、粘性转矩以及摩擦片转速之间存在耦合关系.粘性转矩的变化取决于摩擦片转速和摩擦片间隙趋近0的速度.当采用不同的摩擦片间隙变化规律时,随着该间隙的减小,相应的粘性转矩和运动摩擦片转速具有明显不同的特性.     

重力波波包在真实大气中传播特性的数值研究

采用二维全隐欧拉（FICE）格式，对重力波波包在真实大气中的非线性传播和演变过程进行了数值模拟，模拟结果表明，在中层大气下部激发的向上传播的重力波波包在传播到中层顶之前，波相关能量沿着射线路径传播，非线性效应和背景温场对波能量传播路径的影响很小，当波包传播到低热层大气后，波包饱和波相关能量几乎完全沿着水平方向传播，垂直方向的能量传播受到抑制，这与在无耗大气下，WKB近似条件下的线性重力波理论的预言相差很大，深入的分析表明抑制重力波波包向上传输能量的关键因素是大气分子粘性的垂直非均匀性。非线性和背景温场的影响不足以完全抑制波能量的向上传播，此外，在波包的整个传播过程中，由于非线性，背景温度和背景耗散的共同作用，重力波波包的垂直波长随时间明显减小，这些结果说明大气的分子粘性特别是分子粘性的垂直不均匀性对重力波波包在中、高层大气的非线性传播过程起着重要作用。     

用空间推进法求解钝锥三维粘性绕流

本文将文献〔１〕中提出的方法推广应用于三维可压缩Ｎ－Ｓ方程，方中给出了钝锥超声速三维粘性绕流的结果。得到了背风面分离的流动图画，计算结果与实验相吻合。     

突扩后突缩的二维流场计算

本文模拟固体火箭发动机药柱后端流场,建立了简化的计算模型,采用压力耦合方程半隐式解法,对突扩后突缩的二维粘性流场进行了计算分析.在计算过程中,对网格划分及控制体的选择、复杂边界条件的处理、差分格式的选取、方程的离散化及方程的解法等做了分析研究.计算结果表明:在突扩台阶后得到的二次涡与Finash,F.和Ghaddar,N.K.等人的结论吻合,进一步证实了Pan,F.和Acriuos,A.的嵌套涡族理论.     

喷流粘性数值模拟中的混合型出流边界效应

数值模拟了三维粘性半球柱喷流流场，数值格式为Ｊａｍｅｓｏｎ的显式中心有限体积方法．针对喷流下游出流边界出现的亚音速外部绕流与超音速喷流的相互作用的问题，重点对比研究４种下游出流边界条件的处理方法：①Ｒｉｅｍａｎｎ不变量关系法；②内点外差法；③依边界当地Ｍａ数，亚音速时采用Ｒｉｅｍａｎｎ不变量关系法，超音速时采用内点外差法；④特征变量法．     

用有限解析法解N—S方程

本文介绍有限解析法的一种新构想,并将本方法用于求解不可压缩粘性流体流动的N-S方程,采用贴体坐标,雷诺数达1000,计算结果表明本方法是有效的。正确的。     

强粘性层流理论及在粘性流计算中的应用

对高雷诺数流动计算，为了解决部分粘性项甚至全部惯性粘性项落入误差与流动物理尺度的关系问题，本文提出强粘性流动理论。强粘性流中至少有一个粘性项与惯性项同量阶，理论包含了物理尺度各向极限、经典边界层和多层边界层理论为其特例，给出了从经典边界层向物理尺度各向相同极限演化的尺度规律和粘性惯性诸项变化的量阶关系，阐明了粘性与惯性力强相互作用将在剪切层的法向以流向同时“激发”涉尺度结构。对粘性流计算，利用强粘性剪切流尺度律重新标度NS格式的修正微分方程，给出临界网格尺度与流动物理尺度和差分格式精度的关系，得到部分粘性项落入误差和计算结果为非物理数值粘性解的二个判据。并以流场中的边界层、驻点和分离点领域计算为例说明理论的应用，对强粘性剪切流计算、证实部分粘性项甚至全部粘性惯性项落入误差的问题值得重视。