超声速复杂流场并行数值分析及高阶格式研究

来源 :中国人民解放军国防科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:savage10000
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本文通过ENO/WENO格式的分析和计算应用,指出了格式应用的特点和需注意的问题,并针对WENO存在的问题对格式进行了改进;本文将LU解法同ENO/WENO格式相结合形成了求解稳态问题高阶、高效的算法;本文提出了CFD计算系统分析的概念:强调了求解过程中数值不确定问题分析的基本步骤和常用方法,为CFD的成熟应用打下了基础;本文在MPI平台的支持下,在COWs和MPP系统上实现了面向对象的分区并行计算。 斜切反喷管作为导弹常用的推力终止装置,能够可靠地完成发动机与有效载荷的分离,它的设计水平对提高导弹命中精度和武器装备的作战性能尤为重要;超声速开式空腔作为流动控制装置,具有减小阻力、增加燃烧混合、延缓边界层分离等作用,但同时也会带来严重的压力波动和噪声,其合理的设计对流动控制的实现以及飞行器结构的稳定性至关重要。 斜切反喷管中不连续的内型面导致流场中存在一系列的膨胀波和压缩波,并伴随有气流的分离和再附等现象,其流场是复杂的三维湍流流动;超声速开式空腔内、外通过自维持的振荡剪切层相互影响,共生出变动的涡、激波和压力波,并相互干扰形成了复杂的非定常流动。 上述两类复杂流场合理地数值分析对CFD应用水平提出了较高的要求。本文通过对ENO/WENO格式、CFD计算系统分析、面向对象的程序设计方法以及分区并行计算等一些基本问题的研究,进一步丰富和发展了CFD的分析方法,并将所研究的CFD技术应用于斜切反喷管和空腔流动的计算分析中,推动了CFD技术进步同工程应用的紧密结合。 通过对二维轴对称和三维斜切反喷管的计算分析,本文给出了流场的主要特征,并采用实验数据进行了验证,形成了分析斜切反喷管可靠的应用方法;本文通过对不同结构形式、不同参数的二维、三维非定常超声速开式空腔流动进行的计算分析,提出了较为全面、合理的空腔压力振荡循环机理的解释,本文认为压力脉动本质上是波、涡以及结构之间相互的干扰和耦合,但干扰的具体过程随空腔结构的不同差别较大,不能采用单一的规律进行描述。
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