检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：谭诗德湘潭大学

学位级别：博士

含激波可压缩流动问题广泛存在于工程领域中,如高超音速飞行器飞行、航空航天发动机尾流喷射、以及炸药和核燃料爆炸等。随着计算机和CFD技术的进步,数值模拟已经成为研究含激波可压缩流动问题的重要手段。由于涉及到复杂的波系结构,高... 详细信息

含激波可压缩流动问题广泛存在于工程领域中,如高超音速飞行器飞行、航空航天发动机尾流喷射、以及炸药和核燃料爆炸等。随着计算机和CFD技术的进步,数值模拟已经成为研究含激波可压缩流动问题的重要手段。由于涉及到复杂的波系结构,高精度高分辨率模拟含激波可压缩流动问题一直是CFD领域具有挑战性的工作。传统上,激波稳定的耗散型格式不能精确捕捉接触间断,而低耗散格式在求解强激波问题时通常会出现激波数值失稳现象。因此,针对含激波可压缩流体问题,构造具有强鲁棒性和低耗散性的激波捕捉格式,是一项具有重要科学意义和实际应用价值的研究工作。本文主要研究内容和创新点如下: 设计了三维框架下具有强鲁棒性和低耗散性的R-HLLC格式。采用局部线性稳定性分析方法研究了HLLC格式扰动的演化规律,发现横向密度和切向速度的扰动是导致该格式激波数值失稳的重要原因。为此,我们通过在HLLC格式中增加熵波粘性项和剪切粘性项,同时引入耗散控制函数和亚声速区开关函数控制粘性项的作用区域,提出了R-HLLC格式。成功模拟了超声速钝体绕流、双马赫反射和三维爆炸波等问题,结果表明:R-HLLC格式显著改善了HLLC格式的激波数值稳定性,并保留了对接触间断的高分辨率。设计了三维框架下具有强鲁棒性和低耗散的RHLLC-LD格式。通过局部线性稳定性分析发现反扩散项使HLLC格式具有低耗散性,不能有效抑制横向扰动的产生和发展,从而引发激波数值不稳定现象。为此,我们采用耗散控制函数抑制了反扩散项在激波区的作用,结合THINC-BVD重构方法,提出了RHLLC-LD格式。成功模拟了三维钝体绕流、内爆等问题,结果表明:RHLLC-LD格式有效地消除了HLLC格式的激波数值不稳定性问题;相比传统的Roe、HLLC和TV等格式,RHLLC-LD格式对接触间断的分辨率显著提高。设计了具有高精度的基于WENO重构的真正二维HLL-CPS(对流压力分裂)格式。该格式中,边通量和角点通量分别采用一维和二维HLL-CPS格式进行计算,其中变量的重构采用五阶WENO方法,提高了现有真正二维HLL-CPS格式的精度。成功模拟了双马赫反射、前台阶和Rayleigh-Taylor不稳定性等问题,结果表明:基于WENO重构的真正二维HLL-CPS格式对各类间断均有较高的分辨率,且相比一维HLL-CPS格式具有更好的稳定性。

关键词：可压缩流激波数值失稳激波捕捉格式接触间断角点通量

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高阶混合WCNS-CPR方法中的激波捕捉格式

高阶混合WCNS-CPR方法中的激波捕捉格式

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第十届全国流体力学学术会议

作者：朱华君刘化勇燕振国毛枚良邓小刚中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室国防科技大学

高阶格式已被广泛用于计算实际工程问题。近年来,由邓小刚等人提出的高阶WCNS格式[1]随着几何守恒律方面的技术发展已逐渐被用于计算复杂外形附近的流动问题。另外,2007年Huynh提出了高阶通量重构(FR)方法[2]。随后,王志坚等人将FR方法... 详细信息

高阶格式已被广泛用于计算实际工程问题。近年来,由邓小刚等人提出的高阶WCNS格式[1]随着几何守恒律方面的技术发展已逐渐被用于计算复杂外形附近的流动问题。另外,2007年Huynh提出了高阶通量重构(FR)方法[2]。随后,王志坚等人将FR方法推广得到提升配置惩罚(LCP)方法[3],可用于非结构网格计算,后来FR和LCP统一地称为CPR算法。为了充分发挥算法的各自优点,WCNS格式的较高计算效率和CPR方法对非结构网格的较好适应性,朱华君等人发展了混合WCNS-CPR方法[4],并给出了几何守恒律和精度等方面的结果。本文研究混合WCNS-CPR方法的非线性激波捕捉格式。首先,构造CPR方法的激波捕捉格式,并与WCNS的激波捕捉能力进行比较。然后,将WCNS格式与CPR方法的激波捕捉格式进行区域混合,并讨论混合格式的离散几何守恒律和激波捕捉特性。运用得到混合格式对一维和二维Euler方程的一些含激波问题进行数值模拟。图1给出了WCNS格式和CPR方法求解一维Euler方程的Sod问题和Osher-Shu问题的计算结果图。

关键词： WCNS格式 CPR方法激波捕捉格式混合格式

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一种基于幅值和波数的耗散控制方法

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航空学报 2023年第4期44卷 41-58页

作者：魏皇生黄柱席光西安交通大学能源与动力工程学院西安710049

激波捕捉格式可以根据局部流场的光滑程度自适应地控制耗散,以抑制小尺度的非物理波动并解析更多的大尺度流动结构。为了更好地识别激波捕捉过程中产生的小尺度非物理波动,进而更精确地控制耗散,提出一种基于局部流场的幅值和波数控制... 详细信息

激波捕捉格式可以根据局部流场的光滑程度自适应地控制耗散,以抑制小尺度的非物理波动并解析更多的大尺度流动结构。为了更好地识别激波捕捉过程中产生的小尺度非物理波动,进而更精确地控制耗散,提出一种基于局部流场的幅值和波数控制耗散的方法。对于激波主导的或各向同性湍流的具有强烈非定常性的问题,根据一维非定常欧拉方程,推导小尺度下不同物理量之间的关系,并通过数值实验或Kolmogorov尺度理论确定小尺度波动幅值的阈值。最后,基于傅里叶分析及小尺度波动幅值的阈值,建立耗散大小与局部流场的幅值和波数的关系。为了获得激波捕捉能力,将该格式与TENO(Targeted Essentially Non-Oscillatory)格式进行混合构造了混合格式。一系列激波主导的基准算例显示,该格式在计算过程中产生的小尺度非物理波动的波数更低,幅值更小,并对大尺度的流动结构具有更好的分辨率。

关键词： Kolmogorov尺度可压缩流动各向同性湍流耗散控制激波捕捉格式

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7阶WENO-S格式的计算效率研究

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力学学报 2023年第1期55卷 239-253页

作者：武从海李虎刘旭亮罗勇张树海中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气研究所四川绵阳621000

WENO-S格式是一类适合于含间断问题数值模拟的加权本质无振荡格式.这类格式的光滑因子满足对单频波为常数,这使得其近似色散关系与线性基底格式一致,并且具有良好的小尺度波动模拟能力.计算效率是数值方法性能指标的一个重要方面.由于WE... 详细信息

WENO-S格式是一类适合于含间断问题数值模拟的加权本质无振荡格式.这类格式的光滑因子满足对单频波为常数,这使得其近似色散关系与线性基底格式一致,并且具有良好的小尺度波动模拟能力.计算效率是数值方法性能指标的一个重要方面.由于WENO-S格式的光滑因子在各子模板上的计算公式除下标不同外形式一致,在计算线性对流方程相邻数值通量时,部分光滑因子完全相同.为此提出一种消除WENO-S格式冗余光滑因子计算的方法.该方法要求一条网格线上用于重构或插值的量可以表示为一个序列.基于此要求分析其对于几种不同物理问题的可行性和使用方法.以7阶WENO-S格式为例介绍了格式性质和去除冗余光滑因子计算的方法.该方法中预先计算和存储一条网格线上的所有光滑因子,在网格点较多的情况下,光滑因子计算次数约为原7阶WENO-S格式的1/4.对一维对流问题、球面波传播问题、二维旋转问题、二维小扰动传播问题及一维和二维无黏流动问题进行了数值模拟.结果表明该格式对多种流动结构具有良好的捕捉能力,并且同时具有良好的计算效率,去除冗余计算后又降低了约20%的计算时间.

关键词： WENO格式光滑因子激波捕捉格式高精度格式时间效率

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超声速支板燃烧室中氢气火焰的超大涡模拟

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航空动力学报 2023年第9期38卷 2142-2152页

作者：延冲朴英清华大学航天航空学院北京100084

采用超大涡模拟(VLES)方法对德国宇航中心(DLR)支板燃烧室中的超声速火焰进行了数值模拟,并使用基于守恒变量的爆炸模态分析方法(CCEMA)对火焰的稳定机理进行了分析。研究中采用了基于k-ω切应力输运(SST)模型的VLES湍流模型,以及基于In... 详细信息

采用超大涡模拟(VLES)方法对德国宇航中心(DLR)支板燃烧室中的超声速火焰进行了数值模拟,并使用基于守恒变量的爆炸模态分析方法(CCEMA)对火焰的稳定机理进行了分析。研究中采用了基于k-ω切应力输运(SST)模型的VLES湍流模型,以及基于Ingenito超声速燃烧模型(ISCM)和部分搅拌反应器(PaSR)模型的混合湍流燃烧模型。数值模拟方法预测的时间平均温度和流向速度分布与实验数据的吻合度较高。离散方法方面,提出了一种改进的低耗散激波捕捉格式,拥有更好激波分辨能力。相比原始格式,改进的格式进一步提高了燃烧室支板下游点火区内湍流/火焰结构的模拟保真度。火焰诊断结果表明:在着火点前,组分扩散、化学反应和激波压缩效应都对爆炸模态(CEM)起到正面促进作用。另外热爆炸效应相比自由基爆炸更为剧烈,说明了DLR燃烧室内的火焰稳定模式为扩散和压缩效应协助点火模式。

关键词：超大涡模拟方法超声速燃烧激波捕捉格式化学爆炸模态分析高保真度数值模拟

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非结构高阶CPR方法的子单元限制中的问题单元侦测

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空气动力学学报 2023年第2期41卷 38-52,I0001页

作者：石国权燕振国朱华君马燕凯贾斐然空气动力学国家重点实验室绵阳621000 西北工业大学动力与能源学院西安710000

重构修正(correction procedure via reconstruction, CPR)是一种计算高效、模板紧致、适用于非结构网格的高阶方法,但是无法处理流场含有较强间断的问题。针对这个问题,前期基于二阶非等距非线性加权插值的激波捕捉格式以及非结构四边... 详细信息

重构修正(correction procedure via reconstruction, CPR)是一种计算高效、模板紧致、适用于非结构网格的高阶方法,但是无法处理流场含有较强间断的问题。针对这个问题,前期基于二阶非等距非线性加权插值的激波捕捉格式以及非结构四边形网格,发展了高阶CPR方法的一种子单元限制技术。该技术首先通过侦测因子确定出问题单元,然后将问题单元基于CPR求解点划分成非等距子单元,并在子单元中采用二阶激波捕捉格式进行计算。这种子单元限制技术保证了主单元和子单元的求解点重合,可以十分方便地处理主单元和子单元之间的数据交换。问题单元的侦测是该子单元限制技术的关键步骤,侦测出的问题单元的数量以及分布情况都将会影响数值结果。基于此,本文同时考虑了单元侦测和分维侦测两种问题单元侦测方式。通过激波管问题、Shu-Osher问题、双马赫反射问题、激波-旋涡干扰等典型算例对比分析了TVB、MDHE和JST侦测因子对数值格式分辨率的影响。研究结果表明:分维侦测能够减少问题单元的区域,进而提高分辨率。

关键词：高阶CPR方法子单元限制问题单元侦测分维侦测激波捕捉格式

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一种面向激波噪声计算的加权优化紧致格式及非线性效应分析

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力学学报 2022年第10期54卷 2747-2759,I0003页

作者：李虎罗勇刘旭亮武从海韩帅斌王益民中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000

在超声速流动中,激波与湍流结构的相互作用会产生高强度的激波噪声.激波噪声的高保真计算要求激波捕捉格式具有高阶精度、低耗散和低色散特性,同时还要尽可能地减弱格式的非线性效应.现有的六阶精度迎风/对称混合型加权非线性紧致格式CC... 详细信息

在超声速流动中,激波与湍流结构的相互作用会产生高强度的激波噪声.激波噪声的高保真计算要求激波捕捉格式具有高阶精度、低耗散和低色散特性,同时还要尽可能地减弱格式的非线性效应.现有的六阶精度迎风/对称混合型加权非线性紧致格式CCSSR-HW-6在基于对称模板构造网格中心处的数值通量时引入了两级加权,且两级加权都需要构造非线性的权系数,因而非线性效应较强.本文以修正波数的误差积分函数为优化目标函数,优化了CCSSR-HW-6格式的非线性特性,建立了加权优化紧致格式WOCS.精度验证表明WOCS格式的精度高于5阶.谱特性分析表明,与原方法相比, WOCS格式的耗散误差和非线性效应显著降低.典型激波噪声问题数值实验表明:WOCS格式不仅提高了对高频波的分辨能力,而且显著地消除了数值解中因格式的非线性效应所导致的非物理振荡.

关键词：激波噪声激波捕捉格式紧致格式非线性效应

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Monotonicity-Preserving激波捕捉格式在湍流大尺度模拟中的评估

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北京航空航天大学学报 2013年第4期39卷 488-493页

作者：崔健方剑苑敬周陆利蓬北京航空航天大学能源与动力工程学院北京100191

对高阶激波捕捉格式的性能进行了系统的测评,重点分析了Suresh和Huynh(1997)所提出的Monotonicity-Preserving格式的性能.结果表明Monotonicity-Preserving格式的性能显著优于原始WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)格式,和改进型WENO格式相当.对格式的分析进一步表明,迎风型的激波捕捉格式在湍流模拟方面的性能都不及高阶中心格式,其原因归结为激波捕捉格式所包含的线性和非线性耗散.因此,改进高阶激波捕捉格式的关键在于同时降低格式的线性耗散和非线性耗散,以提高格式对湍流脉动能量的保持和对小尺度脉动结构的捕捉能力.

关键词：激波捕捉格式湍流模拟 Monotonicity—Preserving格式

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基于BVD原理的高保真空间重构方法

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空气动力学学报 2021年第1期39卷 125-137页

作者：肖锋东京工业大学日本东京152-8550

简要综述了一类基于单元边界变差最小化(Boundary Variation Diminishing,BVD)原理,设计双曲守恒律高保真数值格式的空间重构方法。BVD原理要求尽量减少通过重构得到的网格边界两侧物理量之间的差,从而能够有效地控制黎曼求解器中的数... 详细信息

简要综述了一类基于单元边界变差最小化(Boundary Variation Diminishing,BVD)原理,设计双曲守恒律高保真数值格式的空间重构方法。BVD原理要求尽量减少通过重构得到的网格边界两侧物理量之间的差,从而能够有效地控制黎曼求解器中的数值黏性。BVD方法针对数值解的空间分布特征,选择多个函数作为空间重构的候补函数,并根据BVD判定准则从候补函数中选取最合适的函数进行空间重构。BVD判据不需要根据求解对象进行经验参数(阈值)的调整。选用适当的候补函数和BVD准则,可以完全避免现有算法中为抑制数值振荡而必须采用的非线性限制。BVD格式能在抑制数值振荡的同时,有效地控制数值耗散,可以对光滑解与间断解都获得高保真的计算结果。本文概述了BVD方法的基本思想、设计相关格式的基本思路,以及一些具有很强实用价值的BVD格式。并通过单相和两相可压缩流动的一些典型算例验证BVD格式的特点和优势。

关键词：可压缩流有限体积方法激波捕捉格式数值耗散间断解

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基于高精度SPH方法的超近场水下爆炸冲击波载荷特性数值模拟研究

基于高精度SPH方法的超近场水下爆炸冲击波载荷特性数值模拟研究

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第十三届全国流体力学学术会议

作者：孟子飞孙鹏楠王平平中山大学海洋工程与技术学院哈尔滨工程大学船舶工程学院

本文基于可压缩的光滑粒子流体动力学(SPH)数值框架,采用Roe近似黎曼求解器确定粒子间相互作用,并设计一种新型黎曼耗散限制器,开发一套黎曼SPH激波捕捉格式。为进一步提高SPH计算精度,分别引入加权本质无振荡(WENO)以及目标本质无振荡(... 详细信息

本文基于可压缩的光滑粒子流体动力学(SPH)数值框架,采用Roe近似黎曼求解器确定粒子间相互作用,并设计一种新型黎曼耗散限制器,开发一套黎曼SPH激波捕捉格式。为进一步提高SPH计算精度,分别引入加权本质无振荡(WENO)以及目标本质无振荡(TENO)空间重构技术,建立高精度的SPH激波捕捉方法,并将以上SPH方法应用到水下爆炸冲击波模拟中,经过收敛性测试、激波管基准算例以及水下爆炸冲击波算例验证,表明以上SPH方法,可以实现冲击波的准确捕捉。在此基础上,针对6倍药包半径以内的冲击波载荷特性开展系统的数值模拟研究,旨在建立超近场水下爆炸冲击波数值预报公式,为水下爆炸冲击波精细化模拟以及超近场冲击波载荷特性研究提供新型SPH技术方案。

关键词：光滑粒子流体动力学激波捕捉格式 WENO TENO 水下爆炸冲击波

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