超高速弹丸膛口流场结构分析

为了计算和分析超高速弹丸膛口流场的分布状况,建立了超高速弹丸从膛底飞离出炮口整个过程的膛口流场二维轴对称数值仿真模型.基于有限体积法,采用分块网格划分的整体运动处理方法,结合结构动网格技术及Realizable k-ε湍流模型,耦合内弹道及后效期过程,利用六自由度运动方程控制弹丸运动,以300 mm平衡炮为例,研究了1 730 m/s发射速度下的超高速膛口流场特性.计算结果表明:超高速运动的弹丸在距膛口3.3 m远处便形成了清晰的初始流场,弹前激波到达炮口处压力达到了3.8 MPa左右.喷射出的火药燃气速度达到2 500 m/s,但火药燃气仍未能追赶并包围弹丸,因此膛口流场对超高速弹丸运动的影响不同于对中低速弹丸运动的影响;膛口形成了由冠状冲击波、弹底激波、反射激波、马赫盘构成的多层次激波、间断面相互叠加的完整波系,该发射条件下的膛口流场异常强烈,波系结构更加明显.     

高阶间断Galerkin方法求解三维欧拉方程的研究

在三维非结构网格上,对高阶间断Galerkin方法求解定常三维欧拉方程进行研究.文中使用Roe格式通量函数计算网格单元边界上的数值通量;时间方向采用显式Runge-Kutta方法推进;并引入激波探测器和斜率限制器技术,成功地抑制流场解在间断处的数值振荡.对M6机翼跨音速无粘流场进行数值模拟,结果表明:计算结果和实验值吻...     

双涡轮液力变矩器第一涡轮空转特性分析

为了探讨双涡轮液力变矩器中第一涡轮对其性能的影响,应用计算流体动力学方法,采用非结构网格、滑动网格技术以及非稳态求解器,模拟双涡轮液力变矩器内部瞬态流动特性,准确计算出了第一涡轮空转工况转换点,预测了第一涡轮空转工况空转转速,并将计算结果与实测数据进行对比验证了数值计算的正确性.同时分析了第一涡轮空转工况下能头损失,为...     

动力喷流效应混合方法数值模拟研究

从动力喷流效应精细化模拟需求出发,在k-ω SST湍流模型基础上建立了IDDES混合方法,采用了有限体积五阶WENO格式提高空间离散格式精度,开展了动力喷流效应混合方法数值模拟分析及应用研究。基于自由发展喷管流动和ARN2喷管算例,开展了动力喷流效应混合方法数值模拟验证分析,结果表明增加网格密度和提高空间离散格式可有效改善喷流速度分布预测结果,缩短喷管出口下游非物理流动稳定状态,瞬态流场结构更加清晰合理,湍流强度预测更加准确。在此基础上,针对较为实际的涡扇发动机模型,完成了动力喷流效应混合方法数值模拟分析,得到了内、外涵喷流和外界气流的相互干扰及掺混特征,得到了三维湍流结构特征。     

喷管温度与应力场的数值研究

为了使喷管能安全可靠的工作,在喷管设计中必须考虑热防护问题从而避免喷管内部的严重烧蚀.文中考虑了喷管的几何特性和热分析过程中的主要因素,建立起轴对称的有限元计算模型,在给定的热边界条件下计算了喉衬组件与扩张段结构的瞬态温度场.在喷管轴对称模型瞬态热分析的基础上研究了轴对称载荷下热-结构耦合场的应力分析.应力场的计算采用以位移为未知变量的有限元法,并考虑了耐烧蚀层材料的物性参数随温度的变化.计算结果与分析表明在材料的交接面处应力较大,喷管各层材料间的膨胀系数差异对应力的影响较大.该研究结果可供火箭发动机喷管设计参考.     

不同湍流模型在射流推力矢量喷管数值模拟中的比较分析研究

利用数值模拟手段,分别求解以SA、SST k-ω、EASM k-ω或k-ζ湍流模型封闭的RANS方程,针对激波控制射流推力矢量喷管展开研究,在多个主喷流压比NPR(4.6,7.0,8.78,10.0)和次主流压比SPR(0.7,1.0)下,系统考察了四种不同湍流模型对射流推力矢量喷管性能参数及主喷管内壁面压力分布的预测能力,探讨了激波控制产生推力矢量随不同参数的变化规律。并基于数值分析,定量给出了二次射流所带来的主喷管性能损失。数值计算结果表明,四种湍流模型都能比较准确预测出射流推力矢量喷管的性能参数,在激波捕捉和压力预测方面,相对而言SST k-ω模型最为准确。     

弹性介质中SH波传播的三角形格子法

目的提出一种不规则边界非均匀弹性介质中反平面剪切(SH)波传播数值模拟方法,研究反平面剪切波入射时地表起伏及软弱层对场地的影响.方法将实际介质计算区域剖分成三角形网格,构造出控制体,给出积分形式的控制体运动方程;交替运用控制体运动方程和SH波的本构方程,在时间域上递推计算给出被研究区域内各节点的加速度、速度、位移和各格子的应力.结果给出了弹性介质中SH波传播数值模拟三角形格子法.数值算例结果与解析解比较,验证了方法的计算精度和有效性.瞬态反平面剪切波入射时,地表起伏、软弱层会引起场地的运动状态量和应力量的放大,有运动状态量和最大剪应力集中现象.结论SH波传播数值模拟三角形格子法计算精度较高,处理不规则边界非均匀介质波动问题的适应性强,算法实现简单、计算量小.是研究大规模、不规则边界非均匀介质中SH波传播问题的一种有力工具,为岩土动力学中的波动研究提供了一种新的数值方法.     

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.     

激波在Laval喷管中传播特性的数值研究

采用高解GRP有限差分方法求解了激波在Laval喷管中的传播特性.按照不同喷管截面形状及入射激波Mach数,得到七种可能的波谱结构。     

细长双曲线喷管的有激波的跨音速流场的分析

本文将二元及轴对称的细长双曲线喷管内的跨音速流动推广到有激波的情况。设R_T是喷管喉部曲率半径与喉部半高度之比,则利用喷管细长程度的小参数δ=O(R_T~(-1/2)),将激波前的加速流动和激波后的减速流动表示为δ的渐近展开式。为了描述由激波条件确定的流动的奇异性并确定激波的形状,在紧挨激波后的一个区域需要引入内解区。经过适当的匹配后得到了一个组合解。在二元及轴对称的情况下对R_T=10和20进行了数值计算。典型的激波形状表现出了在横截面方向有曲率的反向的变化。     

渗碳炉喷嘴流场的数值模拟

利用有限体积法对控制方程进行离散,并采用非结构化网格划分流动区域,对某大型渗碳炉喷嘴内及其周围区域流场进行了数值模拟研究.分别比较分析了两种不同结构喷嘴在渗碳炉内所形成的流场和温度场分布,探讨了不同流量工况对喷嘴周围流场和温度场的影响.计算结果表明：多孔喷嘴比简单的单孔喷嘴能更好地组织起渗碳炉内的流场和温度场,不同的流量工况对于渗碳环境有较大的影响.本文的模拟结果对渗碳炉的设计和生产具有一定的指导意义.     

不同网格中导热方程的精确解和数值解

用基元有限容积方法求解热传导问题,结构化网格和非结构化网格同时采用,并和精确解相比较.虽然从两种网格形式,都能得到满意的结果,但结构化网格在规则区域更精确一些.对于非结构化网格,二次扩散项对提高精度是十分重要的.     

压气式断路器开断过程中灭弧室内气动特性及分闸速度特性的研究

计算了气吹断路器中喷口内非定常气流流动参数分布。根据上游压气室气压变化，改变喷口尺寸，计算了喷口内气流流动速度和压力分布特性。得到了在喷口内避免激波产生的条件。从理论上分析了电弧的热效应对分闸速度以及对喷口内焓流的影响。     

基于直角叉树切割网格的复杂外形N-S方程数值模拟

对于粘性绕流的数值模拟，在直角叉树切割网格的基础上，结合三角形非结构网格和矩形结构化网格，利用其各自的优势和特点，提出了一种生成混合染交网格的思路和方法，在物面附近生成了适合粘性流计算的大长宽比矩形网格，地远场分布直角叉树切割网格，快速离散计算空间。对于复杂的多体问题，采用三角形网格来连接 各体网格，并运用网格合并的方法，保证了各网格之间的光滑过渡过连接，提高了网格的质量，针对复杂多段翼型绕流问题，在上述网格基础上，采用B－L代数湍流模型和中心有限体积法，完成了Navier-Stokes方程（N－S方程）的数值模拟，计算结果表明，网格生成和流场计算都是正确的。     

旋成体仿生凹环表面减阻试验分析及数值模拟

通过风洞试验及数值模拟分析了置于旋成体后部的凹环表面结构对其底部阻力、摩擦阻力及激波阻力的影响。马赫数为1.79、基于旋成体最大直径的雷诺数为1.5×106的风洞试验表明:凹环表面可显著减小旋成体的底部阻力,但却增大了包含摩擦阻力和激波阻力的粘性前部阻力。利用SSTk-ω湍流模型对试验优选模型进行了数值模拟,结果表明:凹环内部低速旋转气流产生的涡垫效应和推动效应致使旋成体的摩擦阻力减小了22.4%,凹环还能减弱外部气流对旋成体截尾底部死水区的抽吸作用,显著降低了底部阻力。但由于凹环对气流的扰动增加了激波阻力,故包含底部阻力及激波阻力的压差阻力减小并不显著,仅为0.4%。     

翼型采用近似边界条件的欧拉方程数值解

1　IntroductionThe use of body- conforming curvilinear gridshas become the most common approach in modernComputational Fluid Dynamics ( CFD ) methodssince the early seventies.It is now almost thenorm of all CFD methods that use structured gridsfor complex geometries.However,the computertime and human work involved in generating thecurvilinear grids could be rather demanding,especially for problems involving motion of theflow boundaries such as in the aeroelasticsimulation of a deforming wi…     

跨音速欧拉方程的隐式时间推进法

本文提出了求解跨音速欧拉方程的一种隐式时间推进法。由于是在计算平面上用逆变速度分量为未知变量的欧拉方程作为控制方程进行求解,从而简化了固壁边界的处理。作为数值算例,文中对伴有激波的收放喷管跨音速流动进行了计算。     

改进的间断Galerkin法在激波管中的应用

近几年来,新兴的间断Galerkin法在计算流体领域取得了高效成果.该文在DG方法的基础上做了2处改进:主部修正副部和间断界面上的迎风格式.改进的DG法配以迎风格式可以有效地将激波面锁定在几个网格之内,有时可达一个网格;左或右迎风格式可以有效分辨小型激波;双侧迎风格式与精确解有很好的吻合度.数值模拟结果表明,DG法具有良好的收敛性、很小的数值耗散和很好的激波捕捉能力.如果选取m个基函数,DG法可以达到m+1阶精度.构造单元界面通量函数时,不需要增加节点信息就可以提高精度,而且很容易达到高阶精度.     

非结构混合网格下的三维舵面流动计算研究

运用非结构混合网格上N S方程的求解技术对三维舵面的粘性绕流进行了计算研究。在物面粘性作用区,运用改进的推进层方法生成三棱柱、金字塔和四面体型混合网格;在其它流动区域采用阵面推进方法生成四面体网格。采用基于重构中心格式的格心有限体积法和SPALART-A LLM ARAS一方程湍流模型对N S方程进行空间离散,运用通量线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。以某带舵面偏转的机翼模型为数值算例,系统地计算和分析了迎角、舵偏角及马赫数对舵面气动特性和舵面流动分离的影响,并将计算得到的舵面铰链力矩与实验结果进行了对比验证。数值算例表明:该方法可以为三维舵面气动力和铰链力矩的计算与分析提供有效的数值工具。     

VTI介质交错网格FCT有限差分数值模拟

波动方程有限差分数值模拟是研究地震波在地下介质中的波场特征和传播机理的重要手段.对于常规有限差分技术,当采用大网格对计算空间进行差分离散时会出现严重的数值频散问题,降低了计算精度.通量校正(Flux- corrected transport method,FCT)技术能够有效压制粗网格情况下有限差分的数值频散.本文研究了具有垂直对称轴横向各向同性(Vertical Transverse Isotropy,VTI)介质的交错网格FCT有限差分技术.首先从一阶速度一应力弹性波方程出发,在交错网格空间中给出了该方程的高阶有限差分法格式及稳定性条件,在此基础上研究了波动方程正演过程中的数值频散FCT压制技术,二者结合实现了该方程的高精度有限差分数值模拟.同常规算法相比,本文算法不额外增加内存需求,少量增加计算量,但可有效压制VTI介质中弹性波动方程正演的数值频散现象.当采用大网格进行数值模拟时,本文方法明显提高了波场模拟精度.