检索结果-内蒙古大学图书馆

计算数学 2015年第4期37卷 439-448页

作者：杨容袁光伟朱少红北京应用物理与计算数学研究所北京100094 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100094 南开大学数学科学学院天津300071

本文研究四边形网格上求解粒子输运方程的有限体积格式,其中角方向变量采用离散纵标(Sn)方法,空间离散采用子网格平衡(SCB)格式.利用能量估计方法,证明了在正交网格上该格式的稳定性和离散解的收敛性.数值实验结果验证了格式的稳定性和... 详细信息

本文研究四边形网格上求解粒子输运方程的有限体积格式,其中角方向变量采用离散纵标(Sn)方法,空间离散采用子网格平衡(SCB)格式.利用能量估计方法,证明了在正交网格上该格式的稳定性和离散解的收敛性.数值实验结果验证了格式的稳定性和离散解的收敛性.

关键词：粒子输运方程子网格平衡格式稳定性收敛性

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非预混连续旋转爆轰发动机冷流场的大涡模拟研究

非预混连续旋转爆轰发动机冷流场的大涡模拟研究

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第九届全国流体力学学术会议

作者：周蕊武丹北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室中国航天科工集团第九总体设计部

连续旋转爆轰发动机(CRDE)在航空航天推进技术领域有很好的应用价值和发展潜力。真实CRDE中燃料/氧化剂分开喷注,它们的混合过程极为复杂,并会显著影响爆轰特性。近期国际上开展的以RANS为主的非预混研究主要给出流场时均特征,缺乏对真... 详细信息

连续旋转爆轰发动机(CRDE)在航空航天推进技术领域有很好的应用价值和发展潜力。真实CRDE中燃料/氧化剂分开喷注,它们的混合过程极为复杂,并会显著影响爆轰特性。近期国际上开展的以RANS为主的非预混研究主要给出流场时均特征,缺乏对真实CRDE中湍流混合等非定常过程及其物理机理的揭示。本文采用大涡模拟方法,对非预混CRDE中燃料和氧化剂的混合过程及其主要机理开展深入研究。研究结果表明,非预混CRDE流场中存在欠膨胀特征、大尺度涡结构,以及回流区等复杂流动现象,其中由于K-H不稳定性产生的大尺度湍流涡结构是促进氢/氧混合的主要机制。此外,本文还考察了氧气喷注位置、氢气喷注角度等因素对流场结构和混合特征的影响。研究结果表明,不同喷注策略会影响射流剪切层形态、涡尺度,以及回流区分布等,进而影响氢气和氧气射流的混合过程和混合程度。本文结果可直接为真实CRDE喷注设计提供参考。

关键词：连续旋转爆轰发动机非预混喷注大涡模拟混合特性喷注构型

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可压流体瑞利泰勒不稳定性离散Boltzmann建模

可压流体瑞利泰勒不稳定性离散Boltzmann建模

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第十六届中国交叉科学会议

作者：赖惠林许爱国张广财李德梅北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100088 福建师范大学数学与计算机科学学院福州350007 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100088 北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京100871 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京100088 福建师范大学数学与计算机科学学院福州350007

本文发展了用于研究可压流体瑞利泰勒(RT)不稳定性的含外力的离散Boltzmann模型(DBM),并对热Couette流问题进行数值模拟并与Riemann解析解进行比较,结果表明该模型可适用可压流体数值模拟.利用该模型对界面间断的可压流体RT不稳定性进... 详细信息

本文发展了用于研究可压流体瑞利泰勒(RT)不稳定性的含外力的离散Boltzmann模型(DBM),并对热Couette流问题进行数值模拟并与Riemann解析解进行比较,结果表明该模型可适用可压流体数值模拟.利用该模型对界面间断的可压流体RT不稳定性进行数值模拟,得到界面初始扰动发展成蘑菇状图形的基本过程.数值结果表明,DBM可用于可压流体RT不稳定性问题的数值研究.

关键词：可压缩流体瑞利泰勒不稳定性离散玻尔兹曼模型

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流体不稳定性系统的离散Boltzmann方法研究

流体不稳定性系统的离散Boltzmann方法研究

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中国物理学会2016年秋季会议

作者：陈锋许爱国张广财山东交通学院航空学院济南 250357 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京 100088 北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京 100871 北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京 100088

利用多松弛离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann Method,DBM)研究二维RT不稳定性问题,同时从宏观和非平衡两个角度探究粘性、热传导和Prandtl数的影响。宏观上,粘性和热传导均在再加速阶段展现出显著的抑制作用,这种抑制作用主要通过... 详细信息

利用多松弛离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann Method,DBM)研究二维RT不稳定性问题,同时从宏观和非平衡两个角度探究粘性、热传导和Prandtl数的影响。宏观上,粘性和热传导均在再加速阶段展现出显著的抑制作用,这种抑制作用主要通过抑制Kelvin-Helmholtz不稳定性的发展来实现。

关键词：离散Boltzmann方法不稳定性系统非平衡

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Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann建模与模拟

Rayleigh-Taylor不稳定性的离散Boltzmann建模与模拟

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第九届全国流体力学学术会议

作者：陈锋许爱国张广财山东交通学院航空学院北京应用物理与计算数学研究所计算物理重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室北京应用物理与计算数学研究所

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性是一种常见的流体力学现象,在基础研究和实际应用中都具有重要意义。在流体不稳定性系统中,复杂的受力与弛豫会导致丰富、复杂的流动与热动非平衡行为。本文采用多松弛离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann... 详细信息

Rayleigh-Taylor(RT)不稳定性是一种常见的流体力学现象,在基础研究和实际应用中都具有重要意义。在流体不稳定性系统中,复杂的受力与弛豫会导致丰富、复杂的流动与热动非平衡行为。本文采用多松弛离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann Method,DBM)研究了二维RT不稳定性问题,同时从宏观和非平衡两个角度探究粘性、热传导和Prandtl数的影响。宏观上,粘性和热传导均在再加速阶段展现出显著的抑制作用,这种抑制作用主要通过抑制Kelvin-Helmholtz不稳定性的发展来实现。基于非平衡的角度,可以得到以下信息:(1)随着粘性或热传导的增加,不同的非平衡成分增加。粘性、热传导和物理量梯度之间存在竞争效应。(2)当RT不稳定性发展到湍流混合阶段,全局平均热动非平衡(Thermodynamic NonEquilibrium,TNE)强度和非组织能量流(Non-Organized Energy Fluxes,NOEF)强度有不同程度的衰减。(3)针对密度不均匀度和全局平均TNE强度之间,温度不均匀度和全局平均NOEF强度之间的相关度做了具体探究,数值结果表明热传导对相关度的影响更为显著。(4)非平衡特征的模拟是宏观描述的有益补充,非平衡特征和宏观特征一起为复杂流体系统研究提供新的视野。

关键词：离散Boltzmann模型/方法 Rayleigh-Taylor不稳定性非平衡

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统一气体运动学方法对Rayleigh-Taylor不稳定性前期的二维数值模拟研究

统一气体运动学方法对Rayleigh-Taylor不稳定性前期的二维数值模...

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第九届全国流体力学学术会议

作者：于亚群田宝林刘娜中国工程物理研究院研究生院计算物理重点实验室北京应用物理与计算数学研究所高性能数值模拟软件中心

统一气体运动学方法(Unified gas kinetic scheme,UGKS)是一种可以用于模拟流场中同时存在连续流区域和稀薄流区域的流体流动情况的基于波耳兹曼(Boltzmann)方程的数值算法。UGKS方法介于基于宏观守恒律的方法和基于微观分子动力学的方... 详细信息

统一气体运动学方法(Unified gas kinetic scheme,UGKS)是一种可以用于模拟流场中同时存在连续流区域和稀薄流区域的流体流动情况的基于波耳兹曼(Boltzmann)方程的数值算法。UGKS方法介于基于宏观守恒律的方法和基于微观分子动力学的方法之间。UGKS方法的控制方程为将玻尔兹曼方程的碰撞项线性化的BGK(Bhatnagar-Gross-Krook)模型方程。不同于使用迎风等格式在网格界面处估值流通量,UGKS方法通过积分在一个时间步长内界面处的随时间发展的气体分布函数来得到网格界面处的流通量。本文采用UGKS方法对瑞利泰勒不稳定性(Rayleigh-Taylor Instability,RTI)前期进行二维数值模拟,用UGKS方法来捕捉RTI问题中流体界面处的流动结构,对比有限体积格式数值模拟结果,分析RTI不稳定性问题发生初期的混合区域结构的演化。

关键词： UGKS 玻尔兹曼方程瑞利泰勒不稳定性

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分片光滑物态方程的能量方程非线性迭代解法

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计算物理 2015年第5期32卷 505-513页

作者：杭旭登李双贵杨容袁光伟北京应用物理与计算数学研究所北京市海淀区丰豪东路2号100094 计算物理实验室北京市海淀区花园路6号100088

实际应用中的物态方程由分片光滑曲面拼接而成,拼接处存在间断.隐式求解相应的能量方程时,经常出现迭代收敛慢的情况和非物理解.本文通过构造对应的新的非线性问题,提出一种非线性迭代算法.该算法适用于求解有间断的分片光滑物态方程的... 详细信息

实际应用中的物态方程由分片光滑曲面拼接而成,拼接处存在间断.隐式求解相应的能量方程时,经常出现迭代收敛慢的情况和非物理解.本文通过构造对应的新的非线性问题,提出一种非线性迭代算法.该算法适用于求解有间断的分片光滑物态方程的非线性能量方程,其中引入一个度量能量变化的参数用于自动判断跳段是否发生,在求解时无需事先知道物态方程间断的位置,且能精确计算物态方程间断带来的能量盈亏,用于评估物态方程间断对能量的影响.典型算例验证了新算法具有稳定的收敛性,并给出符合物理规律的解.

关键词：间断状态方程能量方程非线性迭代算法

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复杂流动过程的DBM建模、模拟与分析研究进展

复杂流动过程的DBM建模、模拟与分析研究进展

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第十六届全国交叉科学会议

作者：许爱国张广财北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心和高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

自然界、国防与工业领域诸多问题的研究依托于复杂流体系统的建模与模拟。这类系统的物理建模、算法设计与特征分析均存在较强的挑战性。复杂的受力与弛豫导致丰富、复杂的流动与热动非平衡行为与效应。在爆燃、爆轰等复杂过程中,化学... 详细信息

自然界、国防与工业领域诸多问题的研究依托于复杂流体系统的建模与模拟。这类系统的物理建模、算法设计与特征分析均存在较强的挑战性。复杂的受力与弛豫导致丰富、复杂的流动与热动非平衡行为与效应。在爆燃、爆轰等复杂过程中,化学反应引起的放热、压缩甚至冲击等过程的介入进一步加剧了系统行为的复杂程度。随着对非平衡相变、冲击、爆燃、爆轰等复杂物理过程认知需求的提高和对系统主要特征、粗线条行为的逐渐了解和掌握,系统内的各种微介观结构与非平衡效应当前正在成为人们日益关注的热点。在Boltzmann方程基础上经过两次重要的粗粒化物理建模得到的离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann Method,DBM)正在成为爆轰等非平衡复杂流动过程的一种全新的动理学描述、建模、模拟和分析方法。本报告综述我们课题组近年来在这一领域的主要进展。内容重点体现:(1)从数学建模角度,DBM模型与传统流体模型的唯一差异就是使用离散Boltzmann方程取代原来的Navier-Stokes方程;但从物理建模角度,一个DBM模型相当于一个传统流体模型外加一个关于热动非平衡效应的粗粒化模型。(2)通过DBM提供的信息,可以建立―无组织动量流‖、―无组织能量流‖、化学反应速率与熵增率之间的关系式。(3)DBM所提供的非平衡特征已经用于特征区域真实分布函数主要特征的恢复、复杂流体系统内各种界面的物理甄别与追踪、相变动理学研究中划分―亚稳相分解‖和―相畴增长‖两个阶段的物理判据、Rayleigh-Taylor不稳定性研究中划分可压效应两个阶段的物理判据。(4)在爆轰波附近,黏性和热传导降低局域热动非平衡,但增强整体热动非平衡效应。

关键词：复杂流体非平衡动理学建模复杂物理场分析

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复杂流动过程的DBM动理学建模与模拟

复杂流动过程的DBM动理学建模与模拟

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第十四届全国物理力学学术会议

作者：许爱国张广财北京应用物理与计算数学研究所计算物理国家重点实验室北京大学应用物理与技术研究中心高能量密度物理数值模拟教育部重点实验室

复杂流体系统的形式各异,广泛存在于自然界和工程物理等领域。基于Navier Stokes的传统宏观流体模型不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为,而微观粒子模拟在时间和空间尺度上往往不能满足实际需求,因此包含大量微介观结构、复杂非平衡... 详细信息

复杂流体系统的形式各异,广泛存在于自然界和工程物理等领域。基于Navier Stokes的传统宏观流体模型不足以描述系统内极其复杂的非平衡行为,而微观粒子模拟在时间和空间尺度上往往不能满足实际需求,因此包含大量微介观结构、复杂非平衡行为的复杂流动系统的物理建模、算法设计与信息提取均存在较高的挑战性。在Boltzmann方程基础上经过两次重要的粗粒化物理建模得到的离散Boltzmann方法(Discrete Boltzmann Method,DBM)正在成为冲击波、燃烧、流体不稳定性、相变等非平衡复杂流体系统的一种全新的动理学描述、建模、模拟和分析方法。本报告综述本课题组近年来在该领域的主要进展。内容重点体现:(1)从数学建模角度,DBM模型与传统流体模型的唯一差异就是用离散Boltzmann方程取代原来的Navier-Stokes方程,但从物理建模角度,一个DBM模型相当于一个传统的流体模型外加一个关于热动非平衡效应的粗粒化模型;(2)利用DBM提供的信息,可以建立"无组织动量流"、"无组织能量流"、化学反应速率与熵增率之间的解析关系式;(3)DBM所提供的非平衡特征已经用于特征区域分布函数的主要特征恢复、复杂流体系统内各种界面的物理甄别与追踪、相变研究中划分"亚稳相分解"和"相畴增长"两个阶段的物理判据、Rayleigh Taylor不稳定性研究中划分可压效应两个阶段的物理判据等;(4)除了可以从更基本的层面理解相应物理系统的特征、机制和规律外,研究结果可为现有程序或软件中宏观模型的改进(如修正项的构造)提供物理参考。

关键词：复杂流体非平衡动理学建模复杂物理场分析

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ALE方法中一种新的二阶保界守恒重映算法

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空气动力学学报 2015年第6期33卷 765-771,786页

作者：李珍珍蔚喜军贾祖朋安娜黄朝宝郑州轻工业学院数学与信息科学学院河南郑州450002 北京应用物理与计算数学研究所计算物理实验室北京100088 中国工程物理研究院研究生部北京10008

在用拉格朗日格式求解流体力学问题时,随着时间的推进,计算网格会扭曲变形,影响格式精度,甚至导致计算中断。因此,要在网格变形较大时进行网格重分和物理量重映,以保证网格质量和格式精度。针对间断有限元方法求解流体力学问题的二阶拉... 详细信息

在用拉格朗日格式求解流体力学问题时,随着时间的推进,计算网格会扭曲变形,影响格式精度,甚至导致计算中断。因此,要在网格变形较大时进行网格重分和物理量重映,以保证网格质量和格式精度。针对间断有限元方法求解流体力学问题的二阶拉格朗日格式,给出了一种守恒重映算法。该重映算法包括两步:第一步是用已有重映方法计算新网格上的单元平均值,并用相应修补算法对单元平均值进行调整,保证单元平均值的保界性;第二步是由已得到的新单元平均值重构出新网格上分片一次多项式,再使用Van Leer限制器对新网格上的梯度进行限制,使之不出现新的极值。最后用数值算例表明了该重映算法的保界性和二阶收敛性。

关键词：守恒算法重映 ALE方法

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