检索结果-内蒙古大学图书馆

计算物理 2009年第2期26卷 211-220页

作者：张德良王景焘王刚中国科学院力学研究所北京100190 北京大学工学院北京100871

对时-空守恒元解元算法(ce/se)的网格设置做较大改进,提出一种新的六面体解元和元定义;同时在解元中对物理量进行高阶Taylor展开,给出一种在时间和空间上均具有高阶精度ce/se算法.在此基础上,把新型的高阶精度ce/se算法推广应用于高速... 详细信息

对时-空守恒元解元算法(ce/se)的网格设置做较大改进,提出一种新的六面体解元和元定义;同时在解元中对物理量进行高阶Taylor展开,给出一种在时间和空间上均具有高阶精度ce/se算法.在此基础上,把新型的高阶精度ce/se算法推广应用于高速流动捕捉激波间断、气相化学反应流动、计及固体动态效应的流体-弹塑性流动和非稳态多相不可压缩粘性流动中.数值实践表明,提出的新型网格结构上的高阶精度ce/se算法具有算法简单、计算精度高、计算效率和计算效果好的优点,并大大改进和拓展了ce/se算法的应用范围.

关键词： ce/se算法激波捕捉技术化学反应流动流体-弹塑性流动多相不可压缩粘性流动

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ce/se算法的流固耦合问题方法及其在爆轰问题中的应用

CE/SE算法的流固耦合问题方法及其在爆轰问题中的应用

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作者：付峥北京大学

学位级别：博士

随着计算机科学的发展，流固耦合问题的数值模拟技术在科研领域中所占据的地位变得越来越重要。模拟这类问题不仅要精确求解各独立的问题，还要处理好不同问题间的耦合作用。这就要求我们必须选择高精度数值格式和准确的界面耦合描述方... 详细信息

随着计算机科学的发展，流固耦合问题的数值模拟技术在科研领域中所占据的地位变得越来越重要。模拟这类问题不仅要精确求解各独立的问题，还要处理好不同问题间的耦合作用。这就要求我们必须选择高精度数值格式和准确的界面耦合描述方法。本文通过改进高精度时空守恒元解元(space-time conservationelement and solution element, ce/se)方法和多物质界面处理方法，初步建立了一个能够求解考虑化学反应的流固耦合问题的数值模拟平台。利用该平台初步研究了流固耦合效应对气相爆轰中不稳定性问题的影响。具体工作如下:\n 1.针对目前ce/se格式难于处理复杂边界、内存消耗大等方面的不足，提出了几种改进格式。首先，通过分析原始的非结构格式，参考Liu格式的计算单元划分方案，提出一种不存在网格依赖性并附加了可调参数β的非结构ce/se格式。其次，通过重新定义计算单元，提出一种基于四边形单元（可以是结构网格也可以是非结构网格）的本质守恒的自适应ce/se格式，并谈论了几种计算新增结点变量的方法。该格式中不存在单元尺寸差异引起的守恒误差，资源消耗大的不足也得到了有效地改善。最后，给出CFL条件数不敏感格式、导数加权平均格式和并行计算三种改进手段。\n 2.改进了多物质界面的处理方法。首先，综合波前追踪法精度高、水平集方法界面光滑和Hermit插值法模板小的优点，提出一种能够与ce/se格式有机结合并具有三阶精度的界面捕捉方法。该方法能够获得二阶精度的界面法向和曲率信息。其次，以变密度投影法为基础，结合ce/se方法和新的界面捕捉格式，提出了一种非稳态不可压两相流问题的处理方法。该方法在模拟液滴下落问题时，获得了精确的液滴变形信息和速度分布，验证了新界面捕捉格式的可靠性。再次，针对ce/se格式必须提出导数边界条件的困难，借鉴Ghost Fluid方法的思路，推导了标量、矢量、二阶张量及其对应一阶导数的边界条件计算公式。\n 3.初步建立了采用非边界配合法耦合界面，能够模拟考虑化学反应的流固耦合数值平台。依据化学反应流、应力波和ce/se方法的特点，引入合适的热弹性和化学反应模型，并对这些模型进行验证。使用该平台研究了流固耦合效应对爆轰胞格的影响。

关键词： ce/se算法界面捕捉流固耦合软件平台数值模拟气相爆轰不稳定性

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二维ce／se算法改进及其高阶精度格式

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计算力学学报 2008年第6期25卷 741-746页

作者：王刚张德良刘凯欣王景焘北京大学工学院湍流与复杂系统研究国家重点实验室北京100871 中国科学院力学研究所北京100080

通过提出一种新的守恒元和解元划分方式对二维时-空守恒元解元算法(ce/se)进行了改进,推导了改进ce/se算法的一、二阶精度计算格式,并给出了更高阶精度计算格式的构造方法。利用得到的改进ce/se格式对激波反射问题、后台阶扰流问题及隔... 详细信息

通过提出一种新的守恒元和解元划分方式对二维时-空守恒元解元算法(ce/se)进行了改进,推导了改进ce/se算法的一、二阶精度计算格式,并给出了更高阶精度计算格式的构造方法。利用得到的改进ce/se格式对激波反射问题、后台阶扰流问题及隔墙坑道传播问题进行了数值模拟。数值结果表明,对ce/se算法的改进是成功的。改进ce/se算法有诸多优点,值得在数值模拟中推广使用。

关键词： ce/se算法高阶精度数值模拟

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基于非结构网格ce/se算法圆柱绕流气动声场模拟

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工程热物理学报 2009年第2期30卷 227-229页

作者：刘敏吴克启华中科技大学煤燃烧国家重点实验室湖北武汉430074

本文采用时空守恒(ce/se)格式求解Navier-Stoks方程与Euler方程,数值模拟了绕圆柱流动引发的气动噪声源及传播问题。对近声场与远声场采用了不同的控制方程和边界条件,分别得到了流场与声场解。将其与采用大涡模拟和FW-H方程得到的结果... 详细信息

本文采用时空守恒(ce/se)格式求解Navier-Stoks方程与Euler方程,数值模拟了绕圆柱流动引发的气动噪声源及传播问题。对近声场与远声场采用了不同的控制方程和边界条件,分别得到了流场与声场解。将其与采用大涡模拟和FW-H方程得到的结果进行了对比,表明本文的数值方法能够很好地反映流场与声场的形态,能较好地模拟声场指向性及流场中的拟声现象,相比LES/FW-H方法能更精确地反映流场与声场的相互关系。

关键词： ce/se算法方柱绕流气动声学直接数值模拟

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基于改进ce/se算法的爆轰波数值模拟平台

基于改进CE/SE算法的爆轰波数值模拟平台

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作者：王刚北京大学

学位级别：博士

随着计算方法和计算机硬件的发展，爆轰波的数值模拟在近30年迅速发展起来，并广泛应用于安全防护、航空航天和国防工业等各个领域。但很多数值结果在应用前缺乏验证，数值结论的可信性因此常常遭到质疑。同时，算法研究、化学反应模型... 详细信息

随着计算方法和计算机硬件的发展，爆轰波的数值模拟在近30年迅速发展起来，并广泛应用于安全防护、航空航天和国防工业等各个领域。但很多数值结果在应用前缺乏验证，数值结论的可信性因此常常遭到质疑。同时，算法研究、化学反应模型研究、物理模型研究和实际应用往往脱节。缺乏验证和研究脱节这两个问题严重阻碍了爆轰波数值模拟的发展和应用。\n 本文的目的是建立一个功能完整，性能可靠的爆轰波数值模拟平台。爆轰波的数值模拟需要处理好两方面的问题，一是捕捉爆轰波中的强间断面，二是计算流场中的化学能释放过程。这两方面问题的解决分别依赖于高精度算法的发展和合理化学反应模型的提出。因此，本文的主要工作包括算法研究、模型考察和数值应用三个部分，具体如下：\n 1、提出一种适于爆轰波数值模拟的改进ce/se算法(时-空守恒元解元算法，space-time Conservation Element and Solution Element method)，并结合化学反应模型推导相应的数值格式。改进ce/se算法具有物理概念清晰、便于格式推导，便于向三维推广，便于与各种化学和物理模型相结合等优点。\n 2、使用改进ce/se格式对高速流动中的经典算例(例如Sod激波管、平面激波反射、前台阶和后台阶问题)和较为复杂的算例(隔墙坑道、圆管和喷管问题等)进行了数值模拟，并将得到的数值结果与相应实验、理论和其他数值格式(原ce/se格式、一阶Roe格式和二阶MUSCL格式)的计算结果进行了对比。数值结果表明，改进ce/se算法还具有网格结构简单、能够准确捕捉激波和边界处理容易等优点。\n 3、将常用的化学反应模型，包括一步模型、二步模型、基元反应模型和Sichel的二步模型，引入数值平台。通过对气相平面爆轰波的数值模拟，考察了各种化学反应模型的计算精度和效率，并在此基础上提出一种改进二步模型。改进二步模型与Sichel的二步模型相比提高了计算精度，且没有增加计算量。\n 4、对不同当量比和不同组分气体的平面爆轰波传播问题进行数值模拟。数值结果表明，数值平台能够准确计算各种条件下的爆轰问题。对本文采用的高温高压点火过程进行了考察，数值结果表明，采用适当的高温高压点火条件可以让混合气体迅速达到稳定爆轰，其爆燃转爆轰过程在时间上和空间上都非常短，甚至可以忽略。\n 5、对爆轰波的胞格结构进行了数值模拟。数值爆轰胞格与实验数据的比较表明，数值平台能够准确模拟爆轰波的胞格结构。借助数值模拟结果，对爆轰波阵面的波系分布及其演变过程进行了描述。讨论了数值扰动对爆轰波胞格结构的影响。\n 6、在分析两流体模型和简化反应模型可靠性的基础上，对气液两相爆轰进行了数值模拟。与实验数据的比较表明，数值结果比CJ理论结果更为准确。采用基元反应模型对煤油-氧气两相系统的爆轰进行了数值模拟。\n 7、使用数值平台对爆轰波楔面反射的转变临界角问题进行了研究，发现2H2+O2爆轰波(具有胞格结构)穿过50°楔面时，正规反射和马赫反射会交替发生。借助数值结果对正规反射和马赫反射之间的转变过程进行了描述，并借助激波反射和平面爆轰波反射理论，对这一现象进行分析。结果表明，具有胞格结构的爆轰波楔面反射的转变临界角不是一个固定角度，而是一个角度范围。\n 8、使用数值平台对爆轰法制备二氧化钛纳米颗粒进行了初步数值模拟，描述了生成二氧化钛纳米颗粒的过程。并将数值结果与实验结果进行比较，验证了数值平台计算该问题的可靠性。

关键词：爆轰波气液两相爆轰数值扰动数值模拟 ce/se算法

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基于时空守恒元和解元(ce/se)方法的孔隙介质多相流动计算

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地球物理学报 2010年第1期53卷 189-196页

作者：杨多兴张德良曾荣树李国敏刘耀炜沙海军中国地震局地壳应力研究所北京100085 中国科学院地质与地球物理研究所北京100029 中国科学院力学研究所LHD实验室北京100190

将时空守恒元/解元(ce/se)方法推广到二维孔隙介质多相流问题的数值计算中,采用人工压缩法耦合速度和压力,同时结合杂交粒子水平集方法捕捉物质界面.提出一套完整的二维欧拉型孔隙介质非稳态多相不可压缩黏性流动计算方案.通过对溃坝和... 详细信息

将时空守恒元/解元(ce/se)方法推广到二维孔隙介质多相流问题的数值计算中,采用人工压缩法耦合速度和压力,同时结合杂交粒子水平集方法捕捉物质界面.提出一套完整的二维欧拉型孔隙介质非稳态多相不可压缩黏性流动计算方案.通过对溃坝和液滴在重力作用下的运动和变形问题的数值模拟,验证了方法的精度和有效性.在此基础上,提出了一个新的孔隙介质两相流物理模型——双层流体顶盖驱动方腔流.

关键词： ce/se算法杂交粒子水平集方法孔隙介质多相不可压缩黏性流动

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气相爆轰波数值模拟中化学反应模型研究

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高压物理学报 2008年第4期22卷 350-356页

作者：王刚张德良刘凯欣北京大学工学院力学与空天技术系和湍流与复杂系统研究国家重点实验室北京100871 中国科学院力学研究所北京100080

基于改进的时-空守恒元解元算法对气相爆轰波数值模拟中3种常用化学反应模型(二步模型,基元反应模型和Sichel的二步模型)进行了考察。对平面爆轰波和具有胞格结构的爆轰波进行了数值模拟,并对数值结果进行了比较和讨论。结果表明:3种化... 详细信息

基于改进的时-空守恒元解元算法对气相爆轰波数值模拟中3种常用化学反应模型(二步模型,基元反应模型和Sichel的二步模型)进行了考察。对平面爆轰波和具有胞格结构的爆轰波进行了数值模拟,并对数值结果进行了比较和讨论。结果表明:3种化学反应模型得到的爆轰参数准确性有所差异,但得到的胞格结构均能和实验结果较好吻合。3种化学反应模型在爆轰波数值模拟中各有优缺点,应视具体问题决定使用哪种化学反应模型。

关键词： ce/se算法爆轰波胞格结构数值模拟

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对数值模拟气相爆轰中二阶段化学反应模型再研究

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空气动力学学报 2009年第3期27卷 363-368页

作者：王刚张德良刘凯欣北京大学工学院力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室北京100871 中国科学院力学研究所北京100080

采用改进的高精度时-空守恒元解元算法(the space-time conservation element and solution element meth-od,ce/se method)和考虑组分的二阶段化学反应模型(Sichel的二步模型)对气相爆轰问题的数值模拟进行了分析。分析发现采用Sichel... 详细信息

采用改进的高精度时-空守恒元解元算法(the space-time conservation element and solution element meth-od,ce/se method)和考虑组分的二阶段化学反应模型(Sichel的二步模型)对气相爆轰问题的数值模拟进行了分析。分析发现采用Sichel的二步模型得到的数值结果虽然比早期二阶段化学反应模型(旧二步模型)更接近实验值,但是仍然不能得到爆轰过程准确气体动力学参数。为此通过修改组分的质量分数分布形式对Sichel的二步模型进行了改造,然后采用新的二步模型对平面爆轰波进行了数值模拟。数值结果表明采用新的二步模型计算得到气体动力学参数更接近于实验值和基元反应模型的计算值,在计算精度上有较大提高。

关键词： ce/se算法爆轰波二阶段化学反应模型数值模拟

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贯流风扇气动声场数值模拟及分析

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工程热物理学报 2009年第8期30卷 1303-1305页

作者：刘敏郑立捷刘飞王嘉冰吴克启华中科技大学煤燃烧国家重点实验室

针对贯流风扇气动噪声传播特性,采用基于非结构网格的ce/se算法对其气动流场进行数值模拟,并模拟了气动噪声的传播。湍流模拟采用大涡模型,搭接式滑移网格模型处理动静干涉。噪声传播采用完全欧拉方程作为控制方程,远场采用无反射边界... 详细信息

针对贯流风扇气动噪声传播特性,采用基于非结构网格的ce/se算法对其气动流场进行数值模拟,并模拟了气动噪声的传播。湍流模拟采用大涡模型,搭接式滑移网格模型处理动静干涉。噪声传播采用完全欧拉方程作为控制方程,远场采用无反射边界条件。将使用该方法得到的远场噪声频谱与实验数据进行对比分析,结果表明与实验测量得到宽带频谱不同,采用大涡模拟湍流模型进行声源模拟时,会加强部分离散频率上的声级,从而产生误差。

关键词：贯流风扇 ce/se算法气动噪声直接数值模拟

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岩石压裂渗流微震实验与数值分析

岩石压裂渗流微震实验与数值分析

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作者：杨璐赫中国地震局地壳应力研究所

学位级别：硕士

流体在地震和断裂活动过程中的作用是一个典型的水文地球物理问题,与地震破裂过程中的慢滑移和应变能的加速积累有着密切的关系。其中孔隙压的作用问题是关注的焦点,也是地震流体动力过程研究的核心问题。本论文选择四川盆地的下沙溪庙... 详细信息

流体在地震和断裂活动过程中的作用是一个典型的水文地球物理问题,与地震破裂过程中的慢滑移和应变能的加速积累有着密切的关系。其中孔隙压的作用问题是关注的焦点,也是地震流体动力过程研究的核心问题。本论文选择四川盆地的下沙溪庙组砂岩地层的岩心,开展岩石压裂渗流微震实验和数值分析,探索地震活动过程与流体孔隙压力演化之间的关系。主要结论如下。以岩石压裂渗流微震实验为基础,对砂岩岩心进行饱和三轴压缩实验,研究孔隙压与流体饱和度对岩石物性和声发射活动的影响。实验结果表明,随着围压和孔隙压力的增加,地震波速度增加。地震波振幅对围压变化敏感。地震压缩波的到时揭示了流体的运移过程。孔隙压力与饱和度削弱了岩石的强度,缩短变形破坏所需的时间。孔隙压梯度对裂隙的扩展影响显著。应用FLAC3D软件针对上述三轴压缩实验进行数值模拟。推导出显式有限差分格式与隐式差分格式计算稳定性准侧。采用岩石压裂渗流微震实验的参数,建立完全饱和状态下砂岩三轴压缩的数值模型,计算轴向加载过程以及干燥状态下砂岩的压缩破坏过程。采用上下边界扩展方式,克服了上下界面局部形对计算结果的影响。采用缩短加载速率,将数值迭代时间转化为物理时间。数值计算的变形结果与实验结果基本一致。孔隙压的演化揭示了岩石由弹性向塑性变形以及屈服的动态变形与破坏过程。孔隙压梯度对剪切变形影响显著。对不可压缩流体的孔隙方柱绕流采用二阶精度时-空守恒元和解元(ce/se)算法进行了数值计算,分析了不同达西数、不同雷诺数等参数对流动过程的影响。数值结果表明孔隙方柱绕流参数随雷诺数变化规律与实体方柱绕流一致,受孔隙介质影响,方柱边界压力及升力系数变化范围相应减小,涡脱频率增大。

关键词：孔隙压力三轴压缩实验微地震监测计算流体力学 ce/se算法

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