基于p-多重网格的间断Galerkin方法研究

文章采用规范正交基作为测试函数,基于p-多重网格的思想,建立了间断Galerkin方法的二重网格格式,并以此求解了Euler方程,数值模拟了绕NACA0012和RAE2822翼型的跨音速流场。其中,在网格交界处采用Roe的迎风型数值通量。沿时间方向,高阶格式和低阶格式上分别采用Runge-Kutta方法和LUSGS方法推进。通过对残值收敛曲线的比较,认为文中的p-多重网格算法取得了非常优良的加速收敛效果。     

非结构网格迎风格式中的一种重构方法研究

研究了一种基于网格节点重构的二阶迎风格式在非结构网格无粘流场计算中的应用，提出了一种新的网格节点流场参数的重构方法。并通过ONERA M6机翼、带副翼的直机翼、翼身组合体以及翼身组合体带增升装置无粘绕流流动计算对该重构方法进行了验证。算例表明新方法可以在确保格式精度和不显著增加流场计算时间的前提下，明显改善迎风格式的稳定性、收敛性和鲁棒性，减小了网格质量对流场求解精度的影响，因此十分适合非结构网格计算复杂外形流场时使用。     

一种隐式时间算法在非结构混合网格粘性流动计算中的应用

进行了一种隐式时间算法在非结构混合网格求解粘性流场中的应用研究，采用计算量较小的中心有限体积格式对N-S方程进行空间离散，运用通量线性化假设和最大特征值方法进行雅可比矩阵分裂来实现隐式高斯-赛德尔时间迭代，并利用作者提出的自适应当地时间步长和隐式残值光顺等措施加速收敛。以M6机翼和DLR-F6带发动机短舱的翼身组合体2种外形的跨音速流场为数值算例，计算结果表明：改进的非结构混合网格粘性流场隐式求解算法具有精度好、效率高的特点，可用于激波——附面层干扰、飞行器部件干扰等多种复杂流动的计算。     

自由旋转卷弧翼弹箭的气动特性数值分析

为深入研究自由旋转卷弧尾翼弹箭的气动特性，利用计算流体力学方法及滑移网格技术对卷弧翼弹箭开展了时间精确非定常数值模拟。通过与文献对比的方式验证了模拟方法的有效性；分别利用网格无关性和时间步数无关性检验，确定出合适的网格数量和时间步数；在不同马赫数下对比、分析了自由旋转卷弧翼弹箭和固定卷弧翼弹箭的气动特性差异；考虑不同的翼、体差动滚转条件，研究了差动滚转角速度对自由旋转卷弧翼弹箭气动力矩特性的影响。结果表明：由于翼、体连接处黏性涡的强度不同，自由旋转卷弧翼弹箭的滚转力矩系数和马格努斯力矩系数明显小于固定卷弧翼；在马赫数0.8和1.1条件下，自由旋转卷弧翼弹箭的马格努斯力矩系数接近于0,其滚转力矩系数与差动滚转角速度基本呈线性关系，而马格努斯力矩系数与差动滚转角速度呈明显的非线性关系；受翼、体连接处黏性涡的影响，自由旋转卷弧翼弹箭的滚转力矩系数随马赫数增大而急剧减小，马格努斯力矩系数随马赫数增大而急剧增大；上述因素对卷弧翼弹箭的气动特性影响较大，在气动、弹道设计时须予以着重考虑。     

微型扑翼绕流的N-S方程数值模拟

基于广义无限插值理论生成了适用于模拟微型扑翼粘性绕流的三维C-0型网格,应用有限体积法结合双时间推进技术求解了微型扑翼在低速、低雷诺数下的粘性绕流.控制方程采用预处理后的三维可压缩非定常N-S方程组,有效地克服了低速流动条件下求解常规可压缩N-S方程遇到的刚性问题.通过与参考文献结果的比较验证了文中方法的正确性,并研究了扑翼相关参数对其气动特性的影响.文中所得到结论对扑翼的气动设计具有指导意义.     

基于变弹翼方式的非结构动网格建模方法研究

针对变弹翼导弹包含运动边界的复杂非定常流场的求解问题,基于弹簧变形原理,即在网格变形时,网格点与静止边界和运动边界的相对位置关系均保持不变,分别推导了旋转弹翼运动边界上的网格点和受运动边界扰动流场子域上网格点的变形算法,从而发展了一种新的非结构动网格方法,该方法在不降低计算效率的前提下,大大提高了网格的变形能力,并解决了现有研究通常忽略弹翼运动受弹身影响而产生的非刚性变形问题,是基于非结构网格框架下,求解具有复杂运动边界且网格变形较大的非定常流场的一种简单有效的方法。     

翼身组合体的网格生成及EULER方程数值模拟

采用代数方法中的广义无限插值法生成翼身组合体三维Ｏ－Ｃ型贴体网格。该方法使用双边界法和引入了物面外法向导数以保证物面附近网格正交的处理方法，提高了代数方法生成翼身组合体网格的质量。并用中心格式有限体积法求解跨声速ＥＵＬＥＲ方程，以某翼身组合体模型为例，计算结果与实验符合良好。     

水下仿生扑翼推进性能分析

为了探索水下仿生扑翼的推进机理,研究水下扑翼推力及推进效率的特性,建立了二自由度水下扑翼运动模型及水下扑翼推进效率估算方法。采用计算流体力学的方法,利用动网格技术处理运动边界问题,基于Realizable k-ω湍流模型对水下扑翼运动的非定常水动力性能进行了数值计算。通过对多种运动工况下水下扑翼推进性能数值计算的结果分析,阐述了水下扑翼推力产生的机理,得到了扑动频率、上下拍动幅度、翻转幅度等扑翼运动参数对扑翼推力的影响关系,给出了水下扑翼推进效率随运动参数的变化曲线及最佳推进效率点,为水下扑翼推进技术的研究和发展提供了重要参考。     

DLR-F6复杂组合体跨声速阻力计算研究

为了考察阻力预测的准确性,评估挂架/吊舱引起的阻力增量,分析网格和转捩对阻力及阻力增量的影响,采用不同密度网格,对DLR-F6翼/身和翼/身/挂/舱组合体跨声速流场进行了全湍流和固定转捩2种方式的数值模拟.翼/身和翼/身/挂/舱组合体均得到了网格收敛性结果,机翼表面和吊舱表面压力分布与实验数据吻合良好.预测的阻力增量高出实验数据0.000 3,优于其他软件的结果.网格细分对壁面压力分布影响较小,对阻力尤其是压差阻力影响较大;相对于全湍流,转捩对阻力尤其是摩擦阻力影响较大,对挂架/吊舱引起的阻力增量几乎没有影响.     

电信社群网络中介度的网格并行算法及调度算法

为了解决电信社群网络中介度(图的一个几何量)计算中的海量计算问题，研究并实现了高性能网格并行计算方法。该算法采用层次性的二分法分割数据，能在较短的时间内完成大规模社群网络图的各个顶点中介度计算。为了提高计算的加速比，还提出了一种改进的网格并行调度算法，采用动静态结合的方法来平衡负载。论证表明，改进算法的加速比、并行效率和平衡度都有提高，计算用时与网格上并行计算处理器数目成近似线形关系。     

CFD计算中某些并行方法的讨论

文章主要讨论CFD计算中总结出的某些通用的并行方法。在区域分解方法方面介绍了单区域分解策略并提出适合多区域分解的静态负载平衡算法；在线性递归方程组求解方法上。分析了现有方法采用不完全LU分解可能带来的解的扰动问题，并引入迭代方法提高解的稳定性；为实现严格隐式求解，提出一种高效的基于流水关系有向图的流水线实现方法用于一类复杂区域递归方程组的并行求解问题。实验结果表明上述讨论的并行方法是有效的。     

6-TPS并联机床曲面加工的刀具姿态能力分析

为了研究6-TPS并联机床曲面加工的刀具姿态能力问题,首先对刀具的切触干涉、外缘干涉以及机床支链杆长极限、支链干涉、铰链约束和奇异位形对刀具姿态的制约进行了分析,得到了相应的约束表达式;其次分析了相邻支链同侧铰链点的布位对支链干涉检验计算量的影响,并从降低运算复杂性的角度提出了确定同侧铰链点间的距离公式. 基于得到的约束表达式及距离公式,给出了确定6-TPS并联机床采用平底刀加工曲面时刀具姿态角许用取值域的有效算法. 该算法可用于曲面加工过程中的刀具姿态控制,以避免曲面的过切现象.     

区域分解并行有限元计算方法研究

按照区域分解算法“分而治之”的思想,研究了在普通PC机群上实现大规模并行有限元计算的方法.针对PC机群的特点,有限元计算数据采用分布式存储策略,方程组的求解采用并行预处理共轭梯度算法.采用C++语言及MPI消息传递接口开发了基于PC机群的并行有限元计算程序,利用6台计算机对247871个单元的有限元模型进行了并行求解,并行加速比达到5.26.验证了程序的可靠性和高效性.     

一类偏微分方程的并行多分裂迭代算法

许多工程和物理应用问题的求解通常都归结为求微分方程数值解.考虑到传统的偏微分方程求解算法仅适应于串行机以及单机性能无法满足大规模科学与工程问题的计算需求,针对一类偏微分方程,提出了相应的并行差分格式和并行多分裂迭代求解算法,通过编程将其与红-黑排序、共轭梯度法的加速比和并行效率进行比较,验证了多分裂迭代法在求解偏微分方...     

柔性机械臂正动力学并行计算研究

本文利用虚功率原理来消除约束反力 ,并通过引入Lagrange乘子释放约束 ,得到了空间柔性机械臂正动力学增广形式的动力学方程。由于这种模型中引进了一些冗余计算 ,因此减弱了方程中各计算量之间的依赖性 ,从而提高了模型的内在并行性 ,最后基于这个模型提出了一种空间柔性机械臂正动力学的并行算法。     

求解大型稀疏线性方程组的一种并行算法及其在并行潮流计算中的应用

以稀疏线性方程组系数矩阵所对应的因子表路径树为基础 ,提出了一种适合于在信息传输型并行计算机上求解大型电力网络方程组的并行算法 ;并将所提出的算法应用于电力系统潮流计算中 ,在信息传输型并行计算机上实现了电力系统潮流的并行计算 .通过对大型电力系统进行试算 ,表明该算法能有效地提高电力系统潮流计算的速度 .     

平行算子及其在图像平行结构检测中的应用

平行直线以及具有平行结构的多边形在图像中的体现非常丰富,以往的研究一般通过直线斜率相等判断两直线平行,对具有平行结构的多边形的检测需要预先给定信息或者适用范围狭窄,针对一般平行结构检测的研究一直较少。作者在充分研究平行结构特性的基础上,基于距离信息提出了平行算子的概念,实现了图像中平行结构的检测。首先,利用点线距离及点间距离的关系给出平行算子的定义;然后,获取图像中的有效像素,并基于平行算子得到所有平行点组;随后,根据方向信息合并平行点组,利用Hough变换实现图像中平行线的检测;最后,验证直线交点之间线段的存在性,根据存在线段的端点位置实现多边形检测。实验结果表明：本文定义的平行算子能够很好地检测到实际图像中的平行点组,在平行精度要求不高的条件下可以抵抗较大的噪声;基于平行算子的图像平行结构检测算法可以准确检测出图像中的平行直线及具有平行结构的多边形。本文提出的算法可准确检测出图像中的平行结构,具有普遍性。     

稀疏线性方程组并行解法的优化

简单介绍了单机下稀疏线性方程组系数矩阵的优化存储方式,重点研究了并行环境下分布式优化存储的实现及求解稀疏线性方程组的多分裂并行算法的实现.应用优化算法与优化前算法在HP RX2600集群系统上,基于MPI(Message Passing Interface)的C语言并行程序进行数值试验.结果表明,相对于优化前算法,优化算法既节省了内存空间,又减少了计算时间.同时,由于存储的减少,扩大了处理问题的规模,具有一定的应用价值.     

一个基于MPI网络并行计算的图形函数库

简述了面积工作站群机系统的并行虚拟处理平台ＭＰＩ及其编程要点,介绍了基于ＭＰＩ开发的图形函数库,最后以计算机辅助曲线／曲面设计中常用的追赶法为例,详细说明了针对工作站群机系统设计的并行算法。     

基于混合编程模式的Jacobi迭代并行算法

为了提高Jacobi迭代法在集群中解线性方程组的计算速度,在Jacobi迭代法中引入MPI＋OpenMP混合编程模型,基于该模型,在集群中实现混合并行设计,分析Jacobi迭代法并行性,在已有的串行迭代基础上,实现并行算法,可有效改善系统性能,提高计算速度。