【摘 要】
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本文将气体运动论统一算法推广应用于MEMS微尺度流动问题计算研究,发展可用于微流动问题气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法,以不同Knudsen数的Couette剪切流、热对流以及Poiseuille 微槽道流为研究对象进行计算验证,通过将本文计算结果分别与基于微观分子颗粒输运的类DSMC模拟值、基于宏观流体力学的滑移N-S解等的比较分析,显示出本文发展的连接宏观流体力学与微观分子动力学的介观
【机 构】
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国家计算流体力学实验室(北京) 中国空气动力研究与发展中心超高速研究所(四川绵阳)
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本文将气体运动论统一算法推广应用于MEMS微尺度流动问题计算研究,发展可用于微流动问题气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法,以不同Knudsen数的Couette剪切流、热对流以及Poiseuille 微槽道流为研究对象进行计算验证,通过将本文计算结果分别与基于微观分子颗粒输运的类DSMC模拟值、基于宏观流体力学的滑移N-S解等的比较分析,显示出本文发展的连接宏观流体力学与微观分子动力学的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法能很好地弥补上述两类数值方法用于微槽道流动问题计算研究的不足,可望发展起新型的模拟MEMS微流动和传热问题的气体运动论数值计算方法.
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栅格翼是一种非常规的空间升力面和控制系统,由于其突出的优点,目前在飞船和导弹上得到了广泛的应用.为了详细了解栅格翼内部的流动特性,本文开展了十余种不同单栅格外形的气动特性数值计算,对单个栅格的外形进行了初步选型研究;然后采用结构网格、结构与非结构混合网格求解NS方程,对带有两片栅格翼的导弹进行了数值模拟,结构网格计算结果与结构非结构混合网格计算结果一致,并与国外文献的NS方程计算结果和风洞试验结果
采用MUSCL、五阶WENO格式分别与迎风类van Leer、Roe格式结合对雷诺平均Navier-Stokes方程组的对流项进行空间离散,并在Roe格式的基础上对无熵修正以及使用各项异性的Radespiel-Swanson熵修正作对比分析;利用具有二阶时间精度的全隐式LU-SGS-τTS方法数值求解N-S方程组,对二维翼型、三维机翼激波/边界层干扰流动中的几个典型状态进行数值模拟,通过结果相互间
基于线性稳定性的结果,以类似于处理湍流脉动的方式来模化流场脉动,用以研究高超声速的流动转捩,包括转捩起始位置及转捩区长度.研究中采用Faver平均Navier-Stokes方程和k-ε湍流模型,分别以Roc二阶流通量差分分裂格式和Chakravarthy三阶迎风TVD格式进行离散,数值模拟了椭圆锥的高超声速绕流流场,分析比较了不同的湍流转捩机制,并研究了雷诺数的影响规律.结果表明:Bypass转捩
采用有限体积法,结合半隐的Harten-TVD格式求解三维全N-S方程,对带某外形弹体的横向喷流干扰流场进行了模拟和验证,并且着重计算了从500到10000多个大压比喷流工况,分析了大压比喷流的特点以及对弹体表面压强分布产生的影响.
本文采用有限差分方法对包含化学反应项的非定常N-S方程进行数值解析,具体分析超音速流动条件下空气与氢气喷流间的混合燃烧过程,针对燃烧反应速度快的特点,在本次计算中对火焰面附近的区域实行了网格细分.计算结果显示了点火成功后空气与氢气间混合并发生燃烧的演变过程,发现在燃烧室中间区域的气流一直处于超音速流动的状态,但在再循环区和近壁面处流速下降到了亚音速范围,因此在这些相对低速的流域内涡流在保持活性工成
从考虑多组分扩散的NS方程出发,对火箭发动机喷管内流场进行数值模拟,给定喷管形状、燃烧室压力和温度,研究不同比热比对出口参数的影响;在此基础上,对火箭发动机喷流与超声速飞行器形成的干扰流场进行数值模拟,通过调整比热比、出口温度等参数,比较计算得到的羽流边界,开展羽流模拟中真实气体效应的研究,最后对目前羽流试验、计算和理论分析采用的模拟准则进行简单讨论.
本文将阐述面向流体力学计算的大规模计算机模拟与可视化的共性和难点问题.这涉及到并行计算的技术与运用、三维网络生成技术、多学科应用模拟的支撑技术、并行分布式可视化、复杂流场的数值模拟.进而文章将介绍正在进行中的一个面向流体力学计算的并行模拟与可视化平台(Platform for Parallel Simulation and Visualization,PPSV)的研究与开发.
采用轴对称全NS方程,数值研究不同热化学模型对高超声速喷管流场的影响,包括:(1)不同组元数的高温空气模型(5组元、7组元、11组元)的比较;(2)热力非平衡(双温度)的化学动力过程与热力平衡(单温度)的化学动力过程的比较.计算结果表明,高焓风洞实验条件下喷管流场处于热力和化学都是非平衡的状态.在计算条件下,数值模拟以采用7组元或11组元的热化学非平衡模型为宜.
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