旋翼气动力数值模拟准确度影响因素计算

针对旋翼气动力CFD计算时的一些常见影响因素的选择问题,进行了数值计算讨论.计算求解器选择自研代码,该代码采用基于共享内存(OMP)的并行化方法,在嵌套网格系统下求解Navier-Stokes方程,空间方向上使用2阶迎风格式,时间方向采用双时间方法.讨论的问题包括背景网格数目对悬停桨尖涡捕捉、对前飞状态激波捕捉和气动力的影响,远场动量理论修正作用对计算结果影响等.对于讨论的不同网格数目情况下,计算的悬停状态旋翼拉力差异在6%左右,扭矩差异2.6%左右,旋翼前飞阻力和扭矩最大差异为2.58%和3.28%.是否采用动量修正旋翼拉力相差3%~5%.通过计算,给出了针对以上因素计算结果差异的范围,可以为旋翼气动力计算工作提供一定的参考.      

面搭接嵌套网格及其对变前掠翼性能的计算

为快速高效地计算变前掠翼开裂式方向舵的操纵性能,建立了一种基于面搭接技术的嵌套网格剖分方法,并通过面积加权法建立搭接面两侧的通量守恒关系。然后采用N-S控制方程的有限体积法离散格式,选取SST湍流模型,对襟翼下偏30°的NACA 23012翼型的升阻特性进行数值计算,并与常规分块网格下的数值结果和风洞试验结果作了比较。验证表明:嵌套网格与常规网格的马赫数云图基本一致,襟翼上表面气流分离位置一致,并且均能捕捉到主翼型下端有形成涡的趋势;面搭接及面积加权法能够保证通量守恒传递和计算的精度,该方法简单、便捷,效率较高。最后,采用面搭接技术对变前掠翼开裂式方向舵的升阻特性进行了计算,前掠翼机翼气流流动由翼尖指向翼根,避免翼尖提前失速导致操纵效率急剧下降,面搭接嵌套网格计算方法在变前掠翼性能计算中应用良好。结果表明该方法是操纵面性能计算的一种高效方法。     

两种典型非结构网格变形方法特性对比研究

非定常流动仿真中常常遇到运动边界的情形,基于物理模型的线性弹簧法和基于数学方法的径向基函数(RBFs)插值法是实现计算网格随运动边界变化的两种主要的非结构网格变形方法。以NACA0012翼型的俯仰运动为例,对上述两种方法的变形特性进行较详细地定量分析研究,比较线性弹簧法和RBFs方法的CPU计算时间和最大变形能力,分析两种方法的网格质量随俯仰角度和运动步数的关系,并给出典型状态下网格单元质量云图和流场计算结果。结果表明:基于RBFs插值的网格变形方法计算效率较高,变形能力较强且能保持较高的网格质量,是一种高效的网格变形方法。     

栅格冀导弹流场混合网格N-S方程数值计算

采用结构和非结构混合网格技术，对栅格翼导弹黏性流场进行数值模拟，预测其气动特性。计算的马赫数为0．7～2．5。用有限体积法和LU-SGS算法求解N-S方程。计算与实验数据以及栅格翼附近流场结构进行了比较。     

燃气流过有机玻璃圆管内的数值模拟

为了掌握燃气流过有机玻璃圆管的降温情况,以设计出可以实现所要求的燃气出口温度的控温装置,通过建立管内壁热降解瞬态热传导数学模型,得到移动气固交接边界计算网格的速率时间形。基于STAR-CD软件,通过编写用户子程序模拟出管中流体平均体积温度与管内壁面温度之差沿轴向的时间形。在气流与固壁之间的热流量沿轴向一致的条件下,通过加入降解退移速率的第三类热边界条件方程,求解出不同时间管内壁面轮廓沿轴向变化情况,模拟值与试验结果基本吻合。     

动态负载平衡的二维非结构网格DSMC并行算法研究

基于PC-CLUSTER群机并行体系结构与消息传递库MPI并行环境,研究了二维非结构网格DSMC并行算法。提出一类非结构网格动态分区策略,保证各子区域的分子数量大致相等,实现计算进程间的动态负载平衡。利用MPI库函数构造了符合DSMC并行原理的单步通讯法。采用单控制多数据流(SPMD)以及Master/Slave并行模式,设计了二维非结构网格DSMC整体并行算法。在程序的编制过程中,充分展现了Fortran90高级语言的主要特性,引人动态数组、指针、链表及派生类型数据。最后对过渡流域高超声速绕流进行了并行计算,数值试验的结果表明本文设计的并行算法可以取得较为理想的加速比。     

压气机转子三维流场计算中叶尖间隙网格的影响

对一带叶尖间隙的低速轴流压气机转子三维流场进行了数值模拟,通过与实验结果对比,分析了叶尖网格匹配、网格质量对压气机转子三维流场计算的影响,发现网格正交性和网格疏密过渡会影响二阶计算精度的收敛,研究还显示压升特性线不能准确的反映网格数目对计算结果的影响。      

子母弹抛壳过程非定常流动的数值模拟

利用弹簧近似和网格重构相结合的非结构动网格技术,耦合求解Euler方程及弹道方程,模拟飞行在46千米高空、0°攻角、马赫数6.5、壳片分离初速分别为6m/s,12m/s、壳片分离角速度分别为0°/s,50°/s,150°/s的子母弹抛壳动态过程。研究表明,抛壳初期,壳片与母弹周围形成复杂流动,在壳片内表面存在激波的生成、发展、减弱等非定常过程,导致壳片受到气动力随着分离距离增加表现为很强的非线性特征;壳片分离初始角速度对壳片姿态的影响不是线性的,尽管分离初始角速度增加到150°/s,由于转动惯量小、俯仰力矩大,壳片实际飞行姿态达不到设计要求,壳片攻角较小,气动阻力小,导致壳片伴随母弹较长时间飞行;增大分离初速是实现快速分离的有效措施。     

应用复合型网格求解叶栅气动设计杂交型问题

建立在流线坐标系上的叶栅气动设计反命题与杂交命题是在映象平面(由流线坐标与周向坐标构成H上求解的.以往在映像平面只采用H型网格,本文首次将H加C型复合网格用于这类反命题计算,使叶栅前缘附近网格构造趋于合理,从而明显提高了计算精度.本文采用的解法是基于叶轮机气动变分原理的有限元方法.     

基于Euler方程的三维自适应笛卡尔网格应用研究

本文采用非结构自适应笛卡尔网格和有限体积法求解了三维Euler方程。在网格生成过程中，采用了基于模型几何数据、模型表面曲率和流场特征为基础的网格自适应生成及加密方法，采用模型特征恢复技术保证了计算模型与原始外形的一致。在计算中，将以中心差分为基础的Jameson有限体积法在三维笛卡尔网格中进行了推广。本文中对导弹、歼击机等复杂问题进行了数值实验，计算结果与风洞实验结果符合良好，并在工程实际中成功应用。