直角网格壁函数的二维高雷诺数机翼绕流计算

针对传统直角网格方法无法准确计算高雷诺数下近壁面区域的流场及剪切应力问题，本文基于自主开发的二维直角网格CFD求解器，采用添加壁面函数的方式模拟了高雷诺数下的机翼绕流。数值模型基于直角网格有限差分方法对N-S方程进行离散，整体求解器的精度在空间和时间上分别达到二阶。通过对低雷诺数下圆柱绕流及机翼绕流的模拟计算，验证了此求解器的精度和可靠性。在高雷诺数下利用壁面函数修正近壁面的速度剖面，使近壁面区域的速度分布更符合实际流动。研究结果表明：本文方法能够有效求解二维高雷诺数机翼绕流问题。同时利用商业计算流体力学软件Star-CCM+采用贴体网格对同样问题进行模拟，数值模拟结果表明本文方法的网格需求要大于贴体网格。     

翼型跨音速定常及非定常粘性绕流的数值模拟

发展了一种计算翼型跨音速定常及非定常粘性绕流的数值方法。采用ＬＵ分解隐式三阶迎风格式求解二维非定常可压ＮＳ方程组，紊流模型采用ＢａｌｄｗｉｎＬｏｍａｘ双层代数模型。计算网格采用相对翼型固定的贴体运动网格。数值模拟了ＮＡＣＡ００１２翼型的几种跨音速定常及非定常粘性绕流状态，计算结果同已有的实验数据吻合较好     

具有弱SORET效应的混合流体行进波对流

从底部加热的薄流体层的对流是研究混合流体对流斑图特性的典型模型之一并已被广泛的研究.研究集中在具有弱SORET效应的混合流体行进波对流的斑图动力学方面. 利用MAC算法通过求解二维流体力学扰动方程组进行了数值模拟. 给出了具有弱SORET效应的混合流体对流的瞬态的对传波(Counterpropagating wave),Blinking行进波,向局部行进波的过渡过程,局部行进波的时空结构及定常行进波的对流场的结构,并进一步研究了斑图的动力学特性等.     

解线性方程组的迭代方法研究

用求解线性方程组的多参数投影法推出Jacobi迭代法和Gauss-Seidel迭代法,并指出了松弛迭代法和Gauss-Seidel迭代法的内在联系.从最优化的观点分析了Jacobi迭代法收敛速度较慢的原因,即其下降矩阵与步长向量两者并非最优组合.并对Jacobi迭代法,Gauss-Seidel迭代法具有相当的收敛速度给出了合理的解释.     

多段翼型结冰数值模拟研究

文章采用计算流体力学方法对多段翼型进行了结冰数值模拟研究。应用多块网格技术生成多段翼型网格。引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。流场采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解,运用流场分区求解算法,完成了多段翼型绕流流场及水滴流场的数值求解。建立了冰层的法向增长模型,对冰形进行了预测。     

非结构旋转动态嵌套网格技术及其应用

发展并改进了一套基于非结构网格的旋转动态嵌套网格方法,通过数值求解Navier-Stokes方程对二维/三维带旋转运动边界的非定常问题进行了数值模拟.将计算区域划分成包含旋转运动边界的运动区子域和覆盖其它静止边界的静止区子域,以人工边界和约束线(面)作为约束条件生成整体计算网格,进而根据设置的人工边界完成嵌套网格的建立.对翼型绕流、旋翼/机身干扰流场以及颤振激励系统绕流进行了验证计算,结果与实验值相一致,表明了文中方法能够有效地对带有旋转运动边界的非定常问题进行数值模拟.     

基于N-S方程的翼型结冰数值模拟

为了研究结冰对翼型气动性能的影响，采用计算流体力学的方法对NACA0012翼型前缘的结冰进行了预测。在流场计算中，对二维可压粘流的时均N-S方程进行离散求解；采用四步龙格一库塔法求解水滴轨迹运动方程；建立了对应于霜冰和光冰的冰增长模型并假定冰沿着与当地翼型表面法向一致的方向增长来预测结冰的形状。分析了网格数和冰层时间步长对最终冰形的影响和结冰对翼型气动性能的影响，最后将计算的结果与文献中的实验值和计算值进行比较，结果一致。     

高普朗特数流体圆柱坐标下自然对流数值模拟研究

对高普朗特数流体在圆柱坐标下的自然对流问题进行数值模拟研究。采用有限容积法、精密网格划分以及多重网格算法来保证计算的精度与速度。研究中设普朗特数为1000,对不同瑞利数下圆柱坐标自然对流问题的温度场、速度矢量场、流函数场以及努塞尔数的分布进行精确求解。对比不同瑞利数下的计算结果，分析瑞利数对高普朗特数流体在圆柱坐标下自然对流传热与流动的影响。     

势粘流单向耦合的直立圆柱波浪爬升模拟

针对单固定直立圆柱的波浪爬升问题,本文采用势粘流单向耦合技术对波浪爬升过程中波面高度与圆柱水平、垂向波浪力进行了数值预报。采用STAR-CCM+求解器对数值结果进行了网格收敛性分析,研究了圆柱壁面附近的网格参数。通过比较不同波陡波浪下的波浪爬升高度,一、二阶波面在圆柱周围的空间分布,以及流场绕射演化过程图,分析了非线性波浪绕射的特征;比较了不同波况下波浪爬升过程中圆柱体受力。结果表明:在波陡为1/10的强非线工况下迎浪位置的波面最大值可达到2倍的波幅。短波下圆柱周围波面的二阶效应明显,而长波下二阶量接近于零。本文采用的势粘流单向耦合方法对于波面和波浪力的预报结果与试验吻合良好,并且计算所需要的网格数要小于计算流体力学方法。     

基于湍流自旋理论的二维方腔旋转流动的数值模拟

基于湍流自旋理论对旋转方腔内不可压流体的流动进行了二维数值模拟,用有限容积法在交叉网格上对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法进行计算,对流项的离散方面采用了延迟修正的QUICK格式,最后采用二维的TDMA算法进行迭代求解,并对边界条件处理采用了Block块技术.同时与经典理论即Navier-Stokes（N-S）方程的模拟情况做了比较.得出下列结论：N-S方程表明方腔旋转时内部流体只会作刚体旋转;而自旋模型表明该类流动具有不平凡性和不稳定性：即流体的内聚力不足以使流体跟随固体边界作刚体运动,旋转边界必然在流体中诱导出小尺度耗散涡旋,这些小尺度涡旋在固壁附近组织出正负相间的拓扑缺陷（涡旋场强）,这一流体定向奇性会与速度场耦合,并容易形成复杂的大尺度的涡旋运动.     

Characteristics of supersonic flow in new type externally pressurized spherical air bearings

In order to predict accurately the characteristics of supersonic flow in new type externally pressurized spherical air bearings under large bearing clearance and high air supply pressure, which could decrease their load carrying capacity and stability, a CFD-based analysis was introduced to solve the three-dimensional turbulent complete compressible air flow governing equations. The realizable κ-ɛ model was used as a turbulent closure. The supersonic flow field near air inlets was analyzed. The flow structures illustrate that the interaction exists between shock waves and boundary layer, and the flow separation is formed at the lower corner and the lower wall around the point of a maximum velocity. The numerical results show that the conversion from supersonic flow to subsonic flow in spherical air bearing occurs through a shock region (pseudo-shock), and the viscous boundary layer results in the flow separation and reverse flow near the shock. The calculation results basically agree with the corresponding experimental data.     

边界数据浸入法在弱可压缩流动中的应用

受限于计算机的计算能力与计算的成本,实际的计算过程中,往往要对流体做出一些物理假设,如无粘流体、不可压缩流体等,但是这将给计算带来不同程度的误差. 为解决此问题,提出了一种对弱可压缩粘性流动问题进行求解的数值方法. 该方法不仅可以对计算域内包含静止固体的流场进行计算,也适用于包含运动固体的弱可压缩粘性流场的求解. 该方法从水的状态方程开始,对弱可压缩粘性流体运动的速度与压力方程进行了严格推导. 考虑到流场中固体的影响,使用边界数据浸入法(Boundary Data Immersion Method, BDIM)将流体子域与固体子域之间耦合,而所使用的BDIM可将流体及水下声学计算中的运动物体准确地表示出来. 因此,本文首次将弱可压缩粘性流动计算与BDIM结合起来,并解决了考虑流体的弱可压缩性与粘性的流场求解问题. 为验证所提方法的有效性及准确性,计算了3个二维经典算例,并将计算结果与采用其他方法所得数据结果进行比较. 对比结果表明,在考虑流体的弱可压缩性与粘性的前提下,本文所提出的新算法可对运动流体中存在静止或运动固体的流场进行准确有效的计算.     

喷气织机喷嘴性能分析研究

以流体力学、空气动力学为基础分析讨论了喷气织机喷嘴内气流速度的分布规律和计算方法,并通过实验分析了喷嘴的结构参数与喷嘴内气流速度和压力的相互关系。对喷气织机喷嘴的结构设计具有一定的指导意义。     

水平圆柱体表面二维濡壁流的近似解法

将水平圆柱体表面的二维濡壁流看作无数不同倾角值下的一维濡壁流的组合,通过对一维濡壁流速度分布公式的修正获得二维濡壁流的速度分布。由液流流向的上下两个转折点,将液膜分为三个区域,分别导出液膜厚度方程。以液膜外缘处径向速度与圆周速度的等值点为相邻区域的液膜厚度方程的“转换点”,从而给出了水平圆柱体表面二维濡壁流的一种近似解法。用实例进行了试算并与采用一维濡壁流公式所得结果进行了比较。     

超光速现象理论基础探讨

从可压缩连续介质角度探讨超光速波动现象的理论基础.给出一种可以在空间二级精度上兼容相对论然而又允许超光速介质运动存在的数学描述,它可以解释A.Sommerfeld提出的粒子在超过光速后减小能量反而加速,吸取能量反而减速的现象.证明了无粘不可压缩流动的Navier-stokes方程可以改写成和电磁场方程相同的表达形式,并把这种关系延拓到非牛顿流体.借助用数学推理系统,证明洛仑兹(Lorentz)时空变换就是一种波速为无穷的波动方程到波速为有限值的中间变换.洛伦兹时空加不可压缩的方程组就等于伽里略时空里面的可压缩方程组.并给出可压缩流动的广义相对论线元,这样就可以合理解释中微子非零质量的实验结果     

产于可压缩气体等断面管路流动的探讨

通过理论分析与计算,探讨了可压缩气体等断面管路流动的规律,为工程技术人员在设计与计算中应用管路流动方程给出了合理的说明与明确的适用范围。     

矿井火灾引起节流和浮力效应的理论研究

将风网中的风流视为一维可压缩流体的非定常流动，导出了矿井发生火灾时巷道内空气温度的计算式和空气非定常流动的运动方程，进而获得节流和浮力效应的计算模型。并给出了算例，采用此模型，将使矿井火灾灾变时期风流状态变化过程的研究更接近实际，还可以自动将节流和浮力效应加入网络解算模型中。     

利用矿场资料预测剩余油分布

根据平面径向流公式和物质平衡方程推导出可代表整个油藏的油水相对渗透率比值,以及含水饱和度与矿场生产资料的关系,从而确定二者之间的相关关系;根据水分流量公式,推导出含水饱和度与含水的关系,进而计算单井剩余油饱和度,预测整个油藏或单元的剩余油饱和度分布规律,为下一步调整提供可靠的依据.在实际应用过程中,取得了较好的效果.     

水蒸汽与冷却水混合流动多级多孔节流流场分析

讨论水蒸汽与冷却水混合流动多级多孔节流问题，利用可压缩流体动力学原理，把节流问题转化为非线性方程迭代求根问题，利用计算机实现多极节流流场参数的分析。     

与车辆跟驰理论统一的一维交通流动力模型研究

本文从交通流的连续性假设开始,将交通流中的每一个参数(包括交通压力)都在流体流中找到了恰当的比拟。通过理论推导,得出了类似一维可压缩理想流体流动的交通流连续性方程、欧拉微分方程和动量方程。并从一维定常交通流的分析研究中,得出了交通压力的数学表达式。从而得出了由连续性方程、欧拉微分方程、交通压力表达式和状态方程构成的一维交通流动力模型。论证了该模型与车辆跟驰理论是统一的。