一、分区对接网格下多段翼型N-S方程计算(英文)(论文文献综述)
干雨新[1](2019)在《基于笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟》文中研究指明混合笛卡尔网格由于其在物体表面生成贴体结构网格,流场其余部分使用背景笛卡尔网格进行填充,结构网格和笛卡尔网格之间使用查找“贡献单元”的方式进行流场之间的信息传递,故成功解决了传统笛卡尔网格方法处理高雷诺数粘性问题时的物面边界问题。同时,由于其贴体结构网格可随物面边界进行刚性运动,背景笛卡尔网格只需进行细微的调整,故对边界刚性运动的非定常问题模拟具有先天的优势,而且规避了变形网格方法处理此类问题引起的几何守恒律问题。本文致力于发展一套自适应混合笛卡尔网格生成和流场计算的求解方法,并对交界面的精度和守恒性问题进行了深入研究;同时,还提出了一种适用于该网格体系的格心型三阶U-MUSCL格式;最后,集成上述计算方法,针对一系列复杂流动问题开展了数值模拟研究。本文的主要研究内容及成果如下:(1)发展了一套自适应混合笛卡尔网格生成方法和适用于该网格的格心有限体积流场求解方法,并对混合笛卡尔网格交界面性质进行了研究。混合笛卡尔网格不仅能够处理高雷诺数粘性流动问题,同时交界面的查找“贡献单元”方法使得贴体结构网格和背景笛卡尔网格成为一个整体,从而可以使用一套求解算法进行整体求解。此外,通过将定常流场求解方法拓展到对非定常任意拉格朗日-欧拉方程求解,实现了混合笛卡尔网格在运动边界非定常问题中的应用。在对交界面性质的研究中,经过精度测试发现,网格单元梯度计算时使用格林-高斯方法会大大降低交界面附近的精度,而使用最小二乘方法则可以有效改善这一问题。之后对运动激波和旋涡穿过交界面的问题进行了研究,发现快激波可以顺利穿过交界面而不受阻碍,慢激波则会被阻挡在交界面位置无法穿过,旋涡则可以顺利穿过交界面同时其强度受交界面的影响很小。为了解决慢激波在交界面受阻的问题,提出了一种新型的交界面插值方法。该方法仅在原有查找“贡献单元”的方法上进行了少许修改,保留了原方法的便捷性和整体求解特点,解决了慢激波受阻的问题。(2)开展了针对混合笛卡尔网格的高精度数值算法研究。将一种格点形式的新型三阶U-MUSCL格式推广至格心形式数据存储的混合笛卡尔网格计算方法中。该数值格式具有不需要构造插值模板,也不需要在网格单元内部增加额外自由度的优势。通过理论分析和数值算例表明,该格式在适当的系数取值时,甚至可以达到四阶精度。同时,采用数值涡的保持算例,证明了该格式具有低耗散的性质,其对旋涡的保持能力相当于普通二阶格式在16倍加密网格(二维问题)上的效果。(3)开展了含激波、旋涡等复杂流动现象的复杂流动问题数值模拟研究。采用自适应混合笛卡尔网格方法,格心三阶U-MUSCL格式,隐式LU-SGS双时间步方法(针对非定常问题),以及SST-DDES模式的脱体涡方法对一系列复杂流动问题进行了数值模拟。具体而言,通过非定常二维圆柱绕流和三维6:1椭球粘性绕流算例,验证了混合笛卡尔网格耦合格心三阶U-MUSCL格式对脱落旋涡和分离旋涡的捕捉能力。此外,通过NACA0012翼型、ONERA M6机翼和DLR-F6翼身组合体算例,验证了基于流场特征的网格自适应技术,通过迭代过程中网格的自适应加密和粗化,对这些复杂流动中的激波和旋涡进行了精确捕捉。(4)开展了对三维旋转流动问题的数值模拟研究。将Weiss-Smith预处理方法应用于混合笛卡尔网格流场求解算法中,从而使该算法可以求解同时含可压流动区域和不可压流动区域的问题,为三维旋转流动问题的模拟打下了基础。之后使用旋转坐标系方法,将三维旋转非定常问题转化为准定常问题进行求解,从而节省了计算资源,提高了计算效率。集成上述方法,对风力机叶片和直升机旋翼的三维旋转流动进行了数值模拟。在对Phase VI叶片的数值模拟中,随着来流速度增加,本文发展的混合笛卡尔网格方法成功模拟了叶片背风面横向流动区域沿叶片展向的发展,即背风面的流动分离过程,同时也成功捕捉了叶尖涡和叶根涡向叶片下游发展的过程。在Caradonna-Tung旋翼计算时,使用了笛卡尔网格自适应技术,成功捕捉了旋翼悬停时的桨尖涡。
夏天宇[2](2019)在《增升装置流动特性数值模拟和PIV实验研究》文中研究指明随着飞行器设计工程相关技术的发展,增升装置在飞行器中扮演着越来越重要的角色。目前利用传统的实验测量方法还无法做到精确测量。粒子图像测速技术(PIV)虽然被证明适用于增升装置流场测量,但因为增升装置缝道太小,常规光路布置困难,因此发展适合增升装置缝道流场测量的PIV技术十分重要。本文首先对增升装置进行了数值模拟,以结构网格为基础,采用二维雷诺平均N-S方程作为控制方程,湍流模型为S-A模型进行求解,验证了数值模拟的准确性。其次针对PIV测量增升装置布光困难的问题,利用分光和反光的原理,使激光沿X、Y两个方向同时照射进待测区域,将待测区域完全照亮,并通过这个布光思路设计了一套适用于增升装置流场测量的PIV布光方法以及装置,验证了特殊PIV布光方法及装置在增升装置流场测量中的可行性,并针对襟翼、缝翼缝道参数变化对流场影响进行研究。最后结合实验和数值计算的结果,分析了襟翼、缝翼缝道参数变化对增升装置气动特性的影响以及作用机理。研究表明:对于襟翼缝道参数,一定范围内增大缝道缝宽和搭接量的值,能有效地提升增升装置的气动特性,提高翼型在中小迎角状态的升力增量。但是过大的缝道参数会影响从襟翼缝道内射出的射流与主段边界层掺混效果,导致射流衰减过快,直接影响到射流对襟翼后缘流动分离的控制。同样,改变前缘缝翼缝道的参数也会产生类似的问题。
王红兵[3](2019)在《飞机结冰三维曲面重构方法研究》文中研究表明飞机结冰严重威胁飞行安全,数值模拟方法由于其特有的优势成为结冰问题研究的主要方法。三维飞机结冰数值模拟过程中,多时间步长方法可以更准确模拟飞机的实际结冰过程。本文采用NURBS曲面重构方法,通过自主编程开发一套飞机结冰三维曲面重构算法,实现了三维多时间步长结冰数值模拟。本文主要研究以下内容:首先,介绍了三维结冰数值模拟计算过程中的流场计算、水滴轨迹计算以及结冰计算。分别描述了各个部分的控制方程及其求解方法,通过对比计算结果与实验结果验证了算法的合理性。同时,介绍了多时间步长计算方法以及三维模拟中面临的问题。接着,介绍了基于NURBS曲面重构方法的三维冰形曲面重构算法。基于机翼数据结构,开发了一套数据检索算法,建立了表面节点的拓扑关系。介绍了B样条曲面、节点类型和曲面拟合的基本概念,设计了一套曲面重构的算法流程,实现了将机翼表面节点拟合成光滑曲面。选择了IGES格式实现曲面到实体的转换,并通过算例验证了重构算法的正确性。最后,采用本文算法对不同结冰气象条件下多种三维翼段进行了结冰多时间步长数值模拟。结果表明,多时间步长计算结果比单时间步长更接近于实验结果,验证了本文采用的数值模拟方法和曲面重构算法的正确性,说明了多时间步长在结冰数值模拟方法中的优势。研究了三维飞机结冰数值模拟的最佳时间步长。具体分析了机翼表面水收集系数随着时间的变化情况,计算了升阻力系数和压力云图分析了随着时间步长的变化规律。
高翔[4](2018)在《非结构CFD并行网格变形算法及其应用》文中指出气动外形优化设计和气动弹性计算等CFD数值模拟应用通常涉及边界运动,且这类航空航天计算一般是在跨/超声速等可压缩条件下进行。本文面向运动边界的可压缩流动问题,基于非结构网格和有限体积方法,对其中核心的网格运动算法和流场求解方法进行了深入研究,提出了一系列高效的并行网格变形算法和基于密度的可压缩隐式并行求解方法,并应用于翼型俯仰振荡和气动外形优化等问题。本文主要工作和创新点如下:1)针对目前应用广泛的RBF径向基函数插值网格变形算法,对其中的贪心筛点数据减缩算法进行优化改进,提出了一种充分利用上一步结果的增量求解方法,提高了插值函数系数的求解效率。在保持算法鲁棒性的同时为进一步提高其并行计算效率,针对预先已知和不可预知的运动边界问题提出了两种并行算法。基于OpenFOAM开源CFD框架对改进的RBF并行算法进行了实现,通过典型算例测试分析了该算法的变形能力,其计算效率提高了将近一倍。2)通过进一步放松贪心筛点RBF变形方法的约束条件,提出了基于SVM支持向量机的并行网格变形算法。基于OpenFOAM框架实现了SVM并行网格变形算法,通过测试分析,给出了该机器学习方法应用于网格变形时的参数设置策略。量化对比分析了SVM与RBF网格变形算法在变形能力、控制点选取以及计算效率等方面的性能,在三维大规模算例其变形效率提高了六倍。3)首次在OpenFOAM框架中采用任意拉格朗日—欧拉(ALE)方法实现了一种基于密度方法的LU-SGS隐式并行求解器,弥补了OpenFOAM软件在可压缩动边界问题方面的应用缺陷。实现的一系列求解器可灵活耦合不同数值方法、湍流模型和网格变形算法,可应用于定常和非定常、层流和湍流、静止和运动网格等各类流动问题,通过多个算例验证了求解器的可用性和并行性能。4)首次深入系统对比分析了OpenFOAM和SU2这两个开源CFD软件在框架组成、算法类型、数据结构和应用领域等方面的特点,为基于CFD框架开展研究给出了相关指导。基于SU2软件平台,将CFD数值模拟技术、自由变形几何外形参数化方法、连续伴随方法和提出的SVM网格变形算法相结合,成功实现了翼型的气动外形优化设计。
张露[5](2018)在《DES类混合方法及其在民机失速问题中的应用》文中研究说明民用飞机在飞行边界状态下的气动特性预测是空气动力学的一大挑战,飞机失速特性是考核飞机安全性指标的重要一环。在失速状态下飞机的气动力呈显较强的非线性特征,翼面出现大范围流动分离,为飞行带来严重的安全问题。从保证飞行安全性、提高飞行品质的角度出发,对民机失速状态下的流场和气动特性进行精细化分析是十分必要的。然而,失速过程中流动分离现象的精确预测对数值模拟方法提出了很高的要求。一方面,传统的RANS方法对于分离流动的预测存在较大的局限性,另一方面LES方法巨大的计算耗费使其难以广泛应用,这使得RANS-LES混合方法成为失速特性评估中一个相对较好的选择。在众多混合方法中,DES类方法以其简单的构造形式和较广的适用范围,在复杂分离流动分析中展现出巨大的应用潜力。本文以民机失速状态下的高精度数值模拟为研究目标,针对传统RANS方法对失速分离预测的不足,基于不同湍流模型分别构造了全局和分区域的DES类混合方法。通过在不同算例中的应用,探讨DES类方法的计算策略,分析数值耗散在DES计算中的影响,对比不同DES方法在复杂分离流动问题中的表现。采用所构造的DES方法针对民机失速问题开展数值模拟,分析全机失速特性,深入认识失速后流场的分离特征,为民机失速特性评估方法的完善提供参考。论文研究工作包括以下几个方面:1.基于RANS方法对翼型失速和典型民机构型的失速问题进行数值模拟,分析RANS方法在失速问题中的表现。计算结果表明RANS方法对线性段的预测效果较好,但随着迎角的增加和分离的出现,RANS方法的不足逐渐凸显,对失速迎角的预测有所滞后,对分离的变化不够敏感。2.针对RANS方法在失速分离模拟中的不足,构造RANS-LES混合方法。根据不同的混合机制,梳理RANS-LES混合方法的主要分类,分析不同DES类方法的构造特征。按照DES方法不同的作用模式,将其分为全局和分区域DES方法,对DES类方法的计算策略进行讨论,分析了DES计算对网格和数值格式的需求。从减小数值耗散的角度出发,构造了基于五阶WENO插值的Roe格式。3.对全局DES方法在复杂分离流动中表现进行计算评估。分别基于不同湍流模型构造全局DES方法,针对NACA0021翼型过失速,超声速底部流动和多段翼复杂分离流动开展应用研究,对比不同空间离散格式和不同DES方法的表现,计算结果表明:1)相对于三阶MUSCL-Roe格式,五阶WENO-Roe格式对小尺度结构有更好的解析能力。过大的格式耗散会影响平均流场结果。2)IDDES方法能够提供较好表面压力分布预测结果,MDDES方法对复杂分离流动的预测效果较差,DDES-SA会过度延迟RANS到LES的转换使得计算出现偏差。4.针对DDES方法中出现的转换延迟现象,对分区域DES方法展开研究。基于两方程k-ωSST湍流模型构造分区域DES方法,针对流动分离问题的不同分类,采用了新的亚格子尺度定义并包含多种DES模式。采用所构造的ZDES方法对多段翼复杂分离流动和跨声速激波振荡现象进行数值模拟研究,计算结果表明:1)ZDES方法能够实现从RANS到LES模式的快速转换,避免了DDES中出现的转换延迟的现象。2)相对于DDES和IDDES计算结果,ZDES能够更好的捕捉激波振荡的低频特性。5.结合高阶插值的低耗散Roe格式,将所构造的ZDES方法应用到民机失速问题中,分别对翼型失速和典型民机构型的失速特性开展计算评估。1)对翼型失速的计算结果表明,ZDES方法能够反映翼型失速的基本形态,URANS预测的分离区域过大,失速迎角提前。分离区域的不稳定性较弱。2)对典型民机构型失速问题的计算表明,主翼弯扭变形对失速分离产生抑制作用,延缓了失速的出现。URANS方法抑制了小尺度结构产生,由于预测的主翼下洗效应较弱,使得其得到的全机气动特性与实验产生较大差异。ZDES计算结果显示在失速后,内翼低压分离区的诱导作用使主翼上出现横向流动;受下洗效应影响,主翼尾迹涡对平尾区域产生干扰;升力系数频谱的主峰值随着迎角的增加向低频区移动。通过计算分析深入认识全机失速分离特征,为民机失速特性计算评估方法的完善提供参考。
廖飞[6](2018)在《高阶精度数值方法及其在复杂流动中的应用》文中进行了进一步梳理在计算流体力学(Computational Fluid Dynamics/CFD)问题的研究和发展中,数值模拟的精度和计算效率越来越成为研究者们重点关注的内容,成为制约大规模复杂问题计算的瓶颈。现如今得到广泛应用的CFD方法大多只有二阶空间离散精度,且通常难以直接推广至三阶以上的精度。在湍流、计算气动声学等等多尺度、宽频谱问题的研究中,数值耗散和色散的大小需要得到严格的控制,这使得传统二阶精度的方法难以满足要求。本文立足于结构网格,对适用于复杂流动的实用型的高精度数值方法展开研究,在对高阶精度方法发展和应用中的问题展开一定研究的基础上,发展和提出了两类高效高精度空间离散方法,并对高效时间推进方法进行了研究,最后将本文发展的数值方法应用于实际较为复杂问题的研究。具体研究内容包括:(1)对多块结构网格上的高精度方法中的若干问题进行了研究和探讨,包括:由网格拐折或突变引起的几何间断的处理,基于MPI(Message Passing Interface)的并行计算方法,空间离散方法中的几何守恒率,湍流模型离散精度对计算结果的影响,三维问题中的特征投影方法等等。研究给出了问题的解决方案并通过算例评估了实现和改善效果。(2)研究和发展了结构网格上的基于高阶重构格式的近似高精度有限体积方法。这一方法对于复杂拓扑以及质量极差的网格具有良好的适用性,其实现难度小、计算效率高的优点使得方法得到了广泛的应用。数值测试验证了近似高精度方法具有明显优于低阶精度方法的计算效果。(3)本文的核心工作是:提出了基于格心格式的插值型高精度有限差分方法(Cell-Centered Finite Difference Method/CCFDM),同时提出了基于格心格式的对称守恒型几何守恒率方法(Cell-Centered Symmetrical Conservative Metric Method/CCSCMM),二者配合可以实现结构网格上流场变量和几何变量的高精度离散。更为细致的研究包括以下几个方面:a)首先,给出了CCFDM的流场变量的离散过程,并对CCFDM的若干优点和特性进行了讨论,包括:面心通量兼容通量差分分裂方法和矢量通量分裂方法;边界条件仅需在面心处耦合Riemann通量,无需对残值进行复杂的特征分裂;计算自由度不随网格剖分而增加;几何变量不会被迫随着流场变量进行“迎风”等等。b)其次,提出了CCSCMM方法的几何量离散形式,包含了面守恒率(SCL)和体守恒率(VCL)相关的坐标变换偏导数和雅可比的离散过程。CCSCMM是对Deng及Abe提出的SCMM在格心格式下的拓展,摒弃了先在格点直接进行坐标变换几何量计算再插值离散至半点的思路,而是将SCMM中出现的差分算子进行分类:由格点参数计算边参数的差分算子δ3,由边参数计算面参数的差分算子δ2,以及由面参数计算体参数的差分算子δ1。分别代表了几何信息由格点传至边再传至面再传至格心的过程。c)随后,本文对CCFDM和CCSCMM在二阶精度下的离散形式进行了细致的讨论,证明了二阶精度CCFDM和二阶精度CCSCMM相结合完全等价于格心有限体积方法的结论,并采用相应的数值算例予以验证。这一点使得本文发展的格心有限差分方法能够无缝兼容基于高阶重构格式的近似高精度格心有限体积方法。d)最后,对有限体积方法中用于计算格心梯度的格林高斯公式进行了高精度推广。在几何守恒率满足的前提下(CCSCMM),为结构网格提供了除复合函数链式法则以外的积分型高精度求导方法,这一方法在本文中被称为广义格林高斯公式。(4)对高效时间推进和加速收敛方法进行了研究,其中的两类核心问题分别为隐式时间推进Jacobian矩阵的构造以及大型稀疏矩阵方程组的求解。本文研究的Jacobian矩阵构造方法包括:Roe格式对应的Jacobian矩阵、特征值分裂对应的Jacobian矩阵。本文研究和发展的大型稀疏矩阵方程组的求解方法包括:LU-SGS、DADI、DDADI、D3ADI,以及基于PETSc工具箱的GMRES方法。对隐式时间推进方法的隐式内边界方法进行了研究。本文将DDADI/D3ADI方法的子迭代过程和隐式内边界处理方法的子迭代过程进行了结合,在简单算例中实现了近似牛顿迭代的计算效果,在二维和三维全湍流附着流动的模拟中仍具有明显优于传统时间推进方法收敛速度。(5)对本文发展的高精度有限差分方法在复杂流动中的应用进行了初步研究,具体包括:Hi Lift-PW1复杂构型的气动力计算、初级湍流问题Taylor-Green的计算、初级计算气动声学标准算例的计算以及雷诺数为3900的三维圆柱绕流的DDES模拟。通过本文的理论证明分析和数值验证,可以看出本文提出并发展的高精度方法具有良好的数值特性和应用前景。
朱一西[7](2017)在《增升装置的非定常地面效应数值模拟》文中指出现代大型民用飞机起飞着陆过程中,均使用增升装置来提高飞机的升力。起降过程中飞机将靠近地面飞行,由于离地高度持续发生变化,飞机将不可避免受到非定常地面效应的影响。本文基于非定常N-S方程和动网格技术,建立起增升装置的非定常地面效应数值模拟方法,研究气动力和流场的变化规律,可为增升装置的设计和性能评估提供理论依据,具有实际的工程应用价值。飞机着陆过程的数值模拟会涉及到网格大变形,此时几何守恒律的离散计算过程中会出现累积误差不可忽略,并得到非物理结果的情况。针对这一问题,提出一种新的几何守恒律离散方法(Discrete Geometric Conservation Law,D-GCL)。误差分析表明,该方法在减小累积误差的同时能够保证数值计算的精度。考虑到多块结构网格内部网格点变形主要由所属网格块边界网格变形决定,结合无限插值法和改进谢别德插值法,提出一种包含局部重构的动网格技术:首先采用插值精度较高的改进谢别德方法来计算各网格块边界上网格点的变形量,然后采用计算效率较高的无限插值法计算得到各网格块的面以及内部网格点的变形量,并根据实际情况利用局部网格重构提高大位移起降过程中网格分布的合理性。在动网格技术的基础上,建立起二维非定常地面效应数值模拟方法,对单段、多段翼型的着陆过程进行计算,分析非定常地面效应对二维翼型气动力和流场的影响,并与定常(固定离地高度,不考虑下降速度)、准定常(固定离地高度,下降速度折合为来流迎角)地面效应进行对比分析。而后将二维计算方法扩展至三维,对单段机翼和带增升装置的某翼身组合体的匀速下降至靠近地面的过程分别进行了数值模拟,对飞行高度越来越低时非定常地面效应对飞机气动力的影响进行了研究,并与相应定常、准定常情况下的地面效应进行对比分析。将增升装置的收放过程简化为前缘缝翼、后缘襟翼分别绕旋转轴转动的模型,基于非定常N-S方程和动网格技术,建立考虑地面效应情况下增升装置打开收起过程的非定常数值模拟方法,研究固定离地高度下不同转速的多段翼型、三维增升装置收放过程中的非定常流动,并与相应的定常结果进行对比分析。
陈琦[8](2016)在《飞行器气动/控制一体化机动飞行的数值模拟研究》文中研究指明现代先进飞行器追求大攻角快速机动能力,以迅速改变机头指向,取得有利的作战姿势。然而,飞行器在大攻角飞行或快速机动时,气动力呈现强烈的非线性、非定常特征。如何在机动布局设计时就考虑气动力非定常效应的影响,或者在控制系统设计中进行有效的补偿,没有形成统一的指导准则。发展飞行器气动/控制一体化机动飞行的数值模拟技术,通过建立非定常流场求解、飞行器运动和飞行控制一体化的耦合模拟方法,可实时模拟飞行器的机动过程。由于充分考虑了气动力非定常效应(包括非定常流动、飞行器运动、控制舵偏转等)对控制系统的影响,特别适用于研究飞行器大攻角飞行或快速机动时的非定常气动力现象,评估非定常气动力作用下的控制系统性能。对缩短飞行器研制周期,减少对飞行试验的依赖具有重要意义。本文针对飞行器气动/控制一体化机动飞行数值模拟的五个方面的关键技术开展研究,发展了非定常流动的数值模拟方法,建立了动态重叠网格技术、六自由度耦合运动模拟技术,发展了以谐波平衡法为基础的动导数快速预测技术,建立了CFD与PID控制器的耦合模拟技术,最终形成飞行器气动/控制一体化机动飞行数值模拟的方法体系和软件平台。以方形截面飞行器为研究对象,开展机理研究和应用研究,分析了飞行器的气动、运动特性,开环响应特性和闭环操纵特性。全文共分九章,各章内容概述如下:第一章为引言。概述了本文研究的背景和意义。从非定常计算方法、动网格技术和CFD与控制系统的耦合模拟技术三个方面综述了飞行器气动/控制一体化机动飞行数值模拟的研究进展,最后简要介绍本文的主要工作。第二章为数值方法。系统介绍了本文中采用的数值方法,并通过算例对所建立的计算软件进行了考核。数值方法包括控制方程、空间离散格式、时间推进方法,边界条件等内容。算例包括跨声速翼型绕流、超声速导弹绕流和几组翼型强迫俯仰振荡等。第三章为谐波平衡法。详细介绍了谐波平衡法的原理和实现过程,并通过跨声速翼型、高超声速钝锥和超声速带翼导弹标模等算例,对谐波平衡法的计算效率、计算精度、内存消耗等问题进行了详细研究。同时基于超声速带翼导弹标模,对谐波平衡法应用于动导数预测的适用范围进行了研究。第四章为多自由度耦合运动模拟方法。详细介绍了非定常N-S方程与六自由度运动方程的耦合求解问题,包括常用坐标系变换、刚体运动方程和耦合求解策略等,最后通过质心平移运动、圆柱翻滚运动、航天飞机脱落的泡沫碎片轨迹预测等算例对建立的方法进行了考核。第五章为动网格技术。详细介绍了本文建立的两种动网格技术:网格变形技术和重叠网格技术。验证算例包括翼型、双翼型、30P-30N三段翼等经典算例;同时针对高超声速钝锥绕流,研究了激波跨越插值区域时的插值精度问题;最后通过翼型强迫振荡过程验证了动态重叠网格技术。第六章为方形截面飞行器运动特性研究。研究了飞行器俯仰和滚转的静态气动力特性,并通过模拟单自由度自激运动过程验证了分析结论。同时开展了快速拉起过程和俯仰振荡对滚转运动特性的影响研究。第七章为方形截面飞行器操纵响应研究。舵偏运动方式简化为阶跃型、脉冲型和谐波型三种基本类型,研究了飞行器的开环响应特性,分析了飞行器的动态响应品质。针对飞行器过渡过程中存在的稳态时间过长、振荡次数过多、操纵性差等问题,通过调整飞行器质心和转动惯量,研究了改善飞行器开环响应品质的可行性。最后还对比分析了多自由度响应和单自由度响应的差别。第八章为方形截面飞行器控制系统模拟研究。详细介绍了PID控制器的设计方法,包括建立气动模型、模型修正、PID控制器参数整定等内容,最终形成了CFD与PID控制器的耦合模拟技术。针对方形截面飞行器开展俯仰姿态控制研究,分析了PID各项系数在飞行控制时的作用;设计了4种不同的机动动作,研究了PID控制器的可靠性;针对大攻角和快速机动问题,分析了气动力非定常效应导致的控制系统迟滞效应,并提出了大攻角和快速机动时PID控制器的改进方法。同时开展了拉起过程中,滚转姿态的保持和控制问题研究。第九章是结束语。总结了全文的工作,指出了存在的不足,并提出了下一步的工作设想。最后是致谢和参考文献。
王亮[9](2016)在《可压缩多介质及多组分反应流的无网格方法研究》文中研究说明无网格方法空间离散灵活,相对于传统的数值方法,其更适合处理具有复杂边界外形或变形的流动问题。本文研究了可压缩多介质及多组分反应流场的无网格数值方法,并针对无网格方法计算效率较低的特点,提出了新的自适应无网格法。首先,对无网格算法中的点云构造方法、空间导数求解方法和自动布点方法进行了介绍,列举并比较了现有的自动布点方法,对带权点填充布点方法进行改进,采用推进阵面优化及卫星点交换方法提高点云的质量,提出使用点云质量系数评估点云的优劣。基于带权点填充布点方法,建立了一套带权点自适应无网格法,其自适应探测器公式由带权点的权重与流动参数梯度组成,当自适应判断基准确定后,可以采用该公式根据梯度的大小反推对应的节点权重。该方法可以准确地控制布点的疏密变化,并根据每个时刻激波的变化,适时调整节点的分布,包括点云加密和点云粗化,其中,新添加带权节点的位置信息采用预测-校正的迭代方法确定。通过对稳态和非稳态算例的数值计算,验证了带权点自适应算法能够在较少的初始节点数下,准确清晰地捕捉到流场内复杂的激波结构,并对节点分布进行合理的调整,具有良好的健壮性,可以显着提高激波的分辨率。然后,采用动态无网格节点追踪自由边界的变形,建立了一套求解可压缩多介质流场的无网格方法。将介质界面定义为一系列具有双重含义的动态无网格节点,分别对应界面两侧的介质。使用虚拟流体方法处理介质边界节点,构造界面两侧的虚拟节点,根据介质的种类将流场划分为若干个单介质区域。为抑制介质界面处流动参数的非物理震荡,采用局部界面Riemann问题解更新界面节点和虚拟节点的流动参数值。通过Rankine-Hugoniot公式推导了 Riemann问题对应于刚性气体方程和其他一般状态方程的解析解和近似解。介质边界作为变形边界,对于其附近的点云,根据变形的程度分别采用局部点云重构技术和弹簧近似方法处理;对于界面节点的滑移运动,根据节点间距离的变化实时添加新的或者删除旧的界面节点。引入AUFS(Artificially Upstream Flux Vector Splitting)和 HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)格式求解 ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)形式Euler方程组的对流通量项,使用四阶Runge-Kutta方法进行时间推进。为节省计算时间,发展了多介质流动的并行无网格方法,该方法可以处理由于介质边界的大范围运动造成分区边界局部改变的情况。将该无网格法应用于一维多种初始状态下的多介质激波管问题,验证了该算法的可行性。之后,对机翼飞越海面、激波诱导氦气泡变形、水下激波打击圆柱形气泡和水下爆炸等复杂问题进行了计算,证明本文提出的多介质流动的动态无网格法是可行的,能够准确地追踪界面的复杂变形,并对界面附近的变形点云进行合理的重构。最后,采用ALE形式的多组分N-S控制方程组进行流体动力学建模,使用有限速率反应模型处理流场内的化学反应,引入多组分HLLC格式计算对流通量,建立了求解包含动边界的多组分化学反应流场的无网格数值算法。针对化学反应的刚性问题,采用时间分裂方法分别求解化学反应、扩散和对流微分方程。等容燃烧过程和高速飞行弹丸诱导的爆轰波的计算结果验证了该算法的有效性。之后,根据弹丸发射的实际情况,耦合膛内燃气组分计算过程,采用所提无网格算法求解了膛口多组分反应流场,给出了发射药燃气组分从膛内到膛外的整体变化过程,并分析了膛口压力和射击环境对膛口流场波系结构和组分含量的影响。
朱一西,陆志良,郭同庆[10](2015)在《多段翼型非定常地面效应数值模拟》文中研究表明发展了一种多段翼型着陆、起飞过程中非定常地面效应的数值模拟方法。针对着陆过程中翼型大位移运动问题,提出尽量保持翼型周围和尾迹区域网格随翼型做刚体运动的动网格策略,并采用一种简单的网格重构方法以保证翼型在整个下降过程中具有合理的网格分布。进一步建立起多段翼型非定常地面效应N-S方程计算方法,可应用于起降过程中多段翼型考虑非定常地面效应的实时数值模拟。NACA0012翼型和GAW-(1)两段翼型匀速下降过程的非定常升力计算结果均和相应准定常状态(下降速度折合为来流迎角)相吻合,说明了方法有效性。GAW-(1)两段翼型非定常和下降速度折合迎角加至翼型的准定常计算比较表明:多段翼型升力均随离地高度减小而降低,而非定常地面效应的影响随着离地高度的减小先小于准定常地面效应,而后有所增大。
二、分区对接网格下多段翼型N-S方程计算(英文)(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、分区对接网格下多段翼型N-S方程计算(英文)(论文提纲范文)
(1)基于笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 笛卡尔网格物面边界处理方法发展概述 |
1.2.1 非贴体类笛卡尔网格方法 |
1.2.2 贴体类笛卡尔网格方法 |
1.3 运动边界非定常问题网格方法发展概述 |
1.4 高精度数值方法发展概述 |
1.5 本文的研究目标和主要研究工作 |
第二章 混合笛卡尔网格方法及交界面性质研究 |
2.1 引言 |
2.2 混合笛卡尔网格生成与网格自适应技术 |
2.2.1 混合笛卡尔网格生成方法 |
2.2.2 交界面上的信息传递 |
2.2.3 笛卡尔网格自适应技术 |
2.3 流场数值计算方法 |
2.3.1 空间离散 |
2.3.1.1 HLLC格式 |
2.3.1.2 线性重构 |
2.3.1.3 梯度计算方法 |
2.3.2 时间离散 |
2.3.3 湍流模型 |
2.3.4 边界条件 |
2.3.4.1 物面边界条件 |
2.3.4.2 远场边界条件 |
2.4 混合笛卡尔网格交界面性质研究 |
2.4.1 交界面处的精度测试 |
2.4.2 运动激波穿过交界面的性质研究 |
2.4.2.1 覆盖分区计算守恒问题 |
2.4.2.2 运动激波穿过交界面的算例测试 |
2.4.3 运动旋涡穿过交界面的性质研究 |
2.5 小结 |
第三章 混合笛卡尔网格方法的U-MUSCL格式研究 |
3.1 引言 |
3.2 U-MUSCL格式 |
3.2.1 传统的U-MUSCL格式 |
3.2.2 格心三阶U-MUSCL格式 |
3.2.3 格心三阶U-MUSCL格式精度分析 |
3.3 格心三阶U-MUSCL格式精度数值验证和耗散性分析 |
3.3.1 格心三阶U-MUSCL格式精度验证 |
3.3.2 数值涡的保持问题 |
3.4 小结 |
第四章 基于混合笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟 |
4.1 引言 |
4.2 隐式LU-SGS双时间步方法 |
4.3 旋涡模拟的数值方法 |
4.3.1 脱体涡模拟技术 |
4.3.2 旋涡识别方法 |
4.4 复杂流动问题算例分析 |
4.4.1 非定常二维圆柱层流绕流 |
4.4.2 三维6:1 椭球粘性绕流 |
4.4.3 NACA0012 翼型跨音速定常无粘绕流问题 |
4.4.4 ONERA M6 机翼跨音速定常绕流问题 |
4.4.5 DLR-F6 翼身组合体定常绕流问题 |
4.5 小结 |
第五章 复杂低速流动和旋转流动问题的数值模拟 |
5.1 引言 |
5.2 低速预处理方法 |
5.3 运动边界非定常流动问题数值方法 |
5.3.1 非定常问题的HLLC格式 |
5.3.2 运动物面边界条件 |
5.3.3 非定常运动下的预处理方法 |
5.4 运动边界非定常流动问题网格方法 |
5.4.1 非定常运动问题的背景笛卡尔网格生成技术 |
5.4.2 非定常运动问题的新现单元处理 |
5.5 旋转坐标系方法 |
5.5.1 旋转坐标系下的控制方程 |
5.5.2 旋转源项的隐式处理 |
5.6 算例与分析 |
5.6.1 NACA0012 翼型低速定常绕流计算 |
5.6.2 S809 翼型定常绕流数值计算 |
5.6.3 低速二维圆柱定常绕流 |
5.6.4 NACA0012 翼型的低速俯仰震荡 |
5.6.5 Phase VI风力机叶片轴流状态计算 |
5.6.6 Caradonna-Tung旋翼悬停计算 |
5.7 小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 全文总结 |
6.2 本文的主要创新与贡献 |
6.3 后续工作的展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(2)增升装置流动特性数值模拟和PIV实验研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
注释表 |
缩略表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究目的及意义 |
1.1.1 增升装置研究意义 |
1.1.2 增升装置简介 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 增升装置数值模拟研究 |
1.2.2 增升装置风洞实验研究 |
1.3 本文的主要工作 |
第二章 增升装置网格生成及数值模拟 |
2.1 CFD软件介绍 |
2.1.1 网格生成技术 |
2.1.2 Fluent软件介绍 |
2.2 数值模拟方法 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 空间离散 |
2.2.3 时间离散 |
2.2.4 湍流模型 |
2.3 增升装置网格及计算 |
2.4 计算结果 |
2.5 本章小结 |
第三章 增升装置流场风洞实验方法 |
3.1 PIV技术及应用 |
3.2 PIV测量可行性分析 |
3.3 适用于增升装置的PIV光路设计 |
3.3.1 适用于增升装置的PIV光路原理 |
3.3.2 适用于增升装置的PIV光路装置 |
3.4 特殊光路的实验效果比对 |
3.5 本章小结 |
第四章 增升装置流动特性实验和计算 |
4.1 实验设备和方法 |
4.1.1 实验风洞及设备 |
4.1.2 实验模型及安装 |
4.2 PIV实验与计算的对比 |
4.3 不同襟翼缝道参数条件下流动特性研究 |
4.3.1 襟翼缝道缝宽特性研究 |
4.3.2 襟翼缝道搭接量特性研究 |
4.3.3 襟翼缝道参数耦合影响研究 |
4.4 缝翼气动特性研究 |
4.4.1 缝翼偏度特性研究 |
4.4.2 缝翼缝道搭接量特性研究 |
4.4.3 缝翼缝宽特性研究 |
4.4.4 缝翼流场测量研究 |
4.5 本章小结 |
第五章 总结和展望 |
5.1 本文总结 |
5.2 后续展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(3)飞机结冰三维曲面重构方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
注释表 |
缩略词 |
第一章 绪论 |
1.1 结冰研究背景 |
1.2 结冰研究手段 |
1.3 结冰数值模拟研究现状 |
1.3.1 国外研究现状 |
1.3.2 国内研究现状 |
1.3.3 研究现状总结 |
1.4 本文研究意义和研究内容 |
第二章 三维结冰数值模拟计算 |
2.1 空气流场计算 |
2.1.1 求解过程介绍 |
2.1.2 流场算例验证 |
2.2 水滴运动轨迹计算 |
2.2.1 计算方法介绍 |
2.2.2 欧拉法计算模型 |
2.2.3 水收集系数 |
2.2.4 算例验证 |
2.3 结冰计算 |
2.3.1 控制方程建立 |
2.3.2 各种换热系数 |
2.3.3 流量分配 |
2.3.4 控制方程求解 |
2.3.5 结冰算例分析 |
2.4 多时间步长计算 |
2.5 小结 |
第三章 飞机结冰的曲面重构 |
3.1 结冰数据结构研究 |
3.1.1 三维结冰表面结构分析 |
3.1.2 数据结构重构 |
3.2 冰形曲面重构算法 |
3.2.1 样条曲线基本概念 |
3.2.2 B样条曲线类型 |
3.2.3 节点向量的确定 |
3.2.4 NURBS曲面重构 |
3.3 IGES输出格式 |
3.3.1 IGES文件结构 |
3.3.2 实体数据储存结构 |
3.4 算例验证 |
3.5 本章小结 |
第四章 多时间步长三维结冰曲面重构及计算分析 |
4.1 NACA0012 楔形冰曲面重构及计算结果分析 |
4.1.1 楔形冰不同时间步长时的曲面重构 |
4.1.2 楔形冰多时间步长结果分析 |
4.2 NACA0012 槽状冰计算结果及分析 |
4.2.1 槽状冰不同时间步长时的曲面重构 |
4.2.2 槽状冰多时间步长结果分析 |
4.3 ONER-M6三维机翼结冰曲面重构及计算分析 |
4.3.1 ONER-M6不同时间步长时的曲面重构 |
4.3.2 ONER-M6多时间步长结果分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 总结和展望 |
5.1 本文主要研究内容和意义 |
5.2 未来工作及展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(4)非结构CFD并行网格变形算法及其应用(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 计算流体力学 |
1.1.2 非结构网格 |
1.1.3 开源CFD软件平台 |
1.2 相关研究进展 |
1.2.1 非结构网格生成算法研究现状 |
1.2.2 非结构动网格算法研究现状 |
1.2.3 非结构网格计算方法研究现状 |
1.2.4 基于开源CFD平台的相关研究现状 |
1.2.5 机器学习方法在CFD应用的研究现状 |
1.3 本文的主要工作 |
第二章 基于径向基函数插值的并行网格变形算法 |
2.1 前言 |
2.2 径向基函数插值算法 |
2.3 改进的贪心筛点加速方法 |
2.4 动网格求解器的整体设计及其并行实现 |
2.5 网格质量评价方法 |
2.5.1 三角形单元 |
2.5.2 四面体单元 |
2.6 测试算例 |
2.6.1 二维翼型旋转 |
2.6.2 多段翼型副翼折转 |
2.6.3 返回舱俯仰振荡 |
2.6.4 三维机翼弯曲 |
2.7 本章小结 |
第三章 基于支持向量机的并行网格变形算法 |
3.1 前言 |
3.2 支持向量机回归算法 |
3.3 与RBF网格变形算法比较 |
3.4 SVM动网格求解器的并行实现 |
3.5 性能分析 |
3.5.1 矩形块平移旋转 |
3.5.2 ONERA M6 机翼周期摆动 |
3.6 本章小结 |
第四章 动边界可压缩问题隐式并行求解器的设计与实现 |
4.1 前言 |
4.2 OpenFOAM与 SU2 软件框架对比分析 |
4.2.1 OpenFOAM |
4.2.2 SU2 |
4.3 基于OpenFOAM框架的数值离散方法 |
4.3.1 基于ALE描述的Navier-Stokes控制方程 |
4.3.2 空间离散方法 |
4.3.3 时间离散方法 |
4.3.4 几何守恒律 |
4.3.5 湍流模型 |
4.3.6 边界条件 |
4.4 基于OpenFOAM框架的LU-SGS隐式算法实现 |
4.5 求解器整体算法流程 |
4.6 几何守恒律验证 |
4.7 本章小结 |
第五章 求解器验证与变形算法的应用 |
5.1 前言 |
5.2 定常问题的计算验证 |
5.2.1 亚、跨声速管道流 |
5.2.2 层流平板边界层 |
5.2.3 湍流平板边界层 |
5.2.4 RAE2822 翼型跨声速绕流 |
5.2.5 不同攻角下NACA0012 翼型湍流 |
5.3 非定常动网格问题的计算验证 |
5.3.1 无粘流翼型俯仰振荡 |
5.3.2 跨声速湍流翼型俯仰振荡 |
5.4 并行性能测试 |
5.5 翼型气动外形优化设计 |
5.5.1 基于SU2 框架的气动外形优化设计流程及实现 |
5.5.2 二维翼型气动外形优化 |
5.5.3 三维翼型气动外形优化 |
5.6 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 本文的主要工作和创新点 |
6.2 未来工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
作者在学期间取得的学术成果 |
(5)DES类混合方法及其在民机失速问题中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 湍流数值模拟方式 |
1.3 RANS-LES混合方法 |
1.3.1 统一混合模型 |
1.3.2 交界面混合模型 |
1.3.3 边界耦合模型 |
1.3.4 第二代URANS模型 |
1.4 先进湍流模拟方法在翼型失速中的应用 |
1.5 RANS-LES方法在全机失速问题中的应用 |
1.6 本文研究内容 |
第2章 RANS方法的建立及其在在失速问题中的应用 |
2.1 参数无量纲化 |
2.2 流体运动控制方程 |
2.3 控制方程离散—有限体积法 |
2.4 无粘项空间离散 |
2.5 粘性项空间离散 |
2.6 边界条件处理 |
2.7 时间推进 |
2.8 湍流模型 |
2.9 基于RANS方法的翼型失速特性评估 |
2.9.1 计算网格 |
2.9.2 计算结果对比 |
2.10 基于RANS方法的典型民机构型失速特性评估 |
2.10.1 CRM模型 |
2.10.2 网格划分 |
2.10.3 计算结果 |
2.11 本章小结 |
第3章 DES类方法分类和计算策略 |
3.1 DES类方法的发展和分类 |
3.1.1 “灰区”问题——DDES和 ZDES方法 |
3.1.2 对数层不匹配问题——IDDES方法 |
3.1.3 DES方法的分类 |
3.2 DES计算策略 |
3.2.1 DES计算网格设计 |
3.2.2 高精度数值格式 |
3.3 计算环境 |
3.4 本章小结 |
第4章 全局DES方法 |
4.1 全局DES方法 |
4.1.1 基于SST模型的DDES方法 |
4.1.2 基于SA模型的DDES方法 |
4.1.3 IDDES方法 |
4.2 验证算例—后台阶流动 |
4.2.1 计算设置和网格 |
4.2.2 旋涡判别准则 |
4.2.3 计算结果分析 |
4.3 全局DES方法对比—超声速底部流动 |
4.3.1 可压缩修正 |
4.3.2 MDDES方法 |
4.3.3 计算网格的选取 |
4.3.4 流场 |
4.3.5 空间离散格式的影响 |
4.3.6 不同全局DES方法的影响 |
4.4 NACA0021 翼型过失速 |
4.4.1 网格选取 |
4.4.2 展向长度的影响 |
4.5 基准模型对比—多段翼绕流 |
4.5.1 低耗散的Roe格式 |
4.5.2 计算设置和网格 |
4.5.3 空间离散格式的影响 |
4.5.4 基于不同湍流模型的DDES方法计算结果对比 |
4.6 本章小结 |
第5章 分区域DES方法 |
5.1 基于k-ωSST模型的ZDES混合方法 |
5.1.1 分区域DES方法的混合方式 |
5.1.2 亚格子尺度的定义 |
5.2 算例验证-多段翼数值模拟 |
5.2.1 计算区域划分 |
5.2.2 物面压力系数分布 |
5.2.3 瞬时流场 |
5.2.4 平均流场 |
5.2.5 频域分析 |
5.3 分区域和全局DES方法对比—OAT15A激波振荡 |
5.3.1 网格和计算设置 |
5.3.2 计算结果分析 |
5.4 基于ZDES方法的翼型失速特性评估 |
5.4.1 计算网格选取 |
5.4.2 时间步长效应 |
5.4.3 失速特性评估 |
5.5 本章小结 |
第6章 典型民机构型失速特性评估 |
6.1 计算网格和计算区域 |
6.2 静气动弹性变形的影响 |
6.3 网格密度影响分析 |
6.4 全机失速特性评估 |
6.5 本章小结 |
第7章 总结与展望 |
7.1 论文工作总结 |
7.2 论文主要创新点 |
7.3 下一步工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表学术论文和参加科研情况 |
(6)高阶精度数值方法及其在复杂流动中的应用(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 计算流体力学概述 |
1.2 高精度方法的研究概述 |
1.2.1 有限差分方法(Finite Difference Method/FDM) |
1.2.2 有限体积方法(Finite Volume Method/FVM) |
1.2.3 有限元方法(Finite Element Method/FEM) |
1.3 结构网格高精度方法的研究概况 |
1.4 加权紧致非线性差分(Weighted Compact Nonlinear Scheme/WCNS)的研究进展 |
1.5 高效时间推进方法概述 |
1.6 本文的主要研究内容和章节安排 |
2 结构网格高阶精度数值方法中的若干问题研究 |
2.1 几何、网格和坐标变换 |
2.2 控制方程 |
2.3 精度、分辨率、色散和耗散 |
2.4 迎风格式和中心格式 |
2.5 线性格式和非线性格式 |
2.6 重构格式、插值格式和求导格式 |
2.6.1 重构格式 |
2.6.2 插值格式 |
2.6.3 求导格式 |
2.7 流场间断和几何间断 |
2.8 特征投影与特征变量 |
2.9 几何守恒律 |
2.9.1 面守恒率(SCL) |
2.9.2 体守恒率(VCL) |
2.9.2.1 Abe型 VCL偏导数 |
2.9.2.2 Liao型 VCL偏导数 |
2.9.2.3 VCL偏导数对比:Abe vs.Liao |
2.10 湍流和湍流模型 |
2.10.1 Spalart-Allmaras模型 |
2.10.2 关于湍流模型的离散精度的讨论 |
2.11 并行计算方法 |
2.11.1 OpenMP并行 |
2.11.2 MPI并行 |
2.11.3 并行计算中的负载均衡技术 |
2.11.4 MPI并行测试算例 |
2.12 考核算例介绍 |
2.12.1 一维Shu-Osher问题 |
2.12.2 一维SOD激波管问题 |
2.12.3 二维欧拉方程精确解问题 |
2.12.4 二维无粘圆柱绕流 |
2.12.5 二维无粘前台阶绕流 |
2.12.6 二维无粘双马赫反射 |
2.12.7 二维湍流RAE2822 翼型绕流 |
2.12.8 二维无粘等熵涡 |
2.12.9 三维湍流M6 机翼绕流 |
2.13 小结 |
3 基于有限体积法的高精度数值方法 |
3.1 积分型控制方程及空间离散的目标 |
3.2 物理域和计算域中的平均量 |
3.3 守恒变量和格均值 |
3.4 二阶精度有限体积方法简述 |
3.4.1 直接待定系数重构 |
3.4.2 直接距离加权重构 |
3.4.3 基于梯度的格林高斯重构 |
3.4.4 基于梯度的最小二乘重构 |
3.4.5 基于标量耗散或矩阵耗散的Jameson中心格式 |
3.5 基于高阶重构格式的近似高精度方法 |
3.5.1 本文实现的重构格式 |
3.5.1.1 零阶重构格式 |
3.5.1.2 NND重构格式 |
3.5.1.3 MUSCL重构格式 |
3.5.1.4 OMUSCL重构格式 |
3.5.1.5 WENO重构格式 |
3.5.1.6 MDCD重构格式 |
3.5.1.7 WGVC-WENO重构格式 |
3.5.1.8 OMP重构格式 |
3.5.2 关于近似高精度方法的简单讨论 |
3.5.3 算例验证 |
3.5.3.1 卡门涡街 |
3.5.3.2 一维SOD激波管问题 |
3.5.3.3 Shu-Osher问题 |
3.5.3.4 前台阶绕流 |
3.5.3.4 双马赫反射 |
3.5.3.5 结构网格混合非结构网格局部高精度 |
3.6 小结 |
4 基于有限差分法的高精度数值方法 |
4.1 经典有限差分方法 |
4.2 重构型非线性格点有限差分方法 |
4.3 插值型非线性格点有限差分方法 |
4.3.1 基于矢量通量分裂的插值型非线性有限差分方法 |
4.3.2 基于通量差分分裂的插值型非线性有限差分方法 |
4.4 插值型非线性格心有限差分方法(CCFDM) |
4.4.1 加权紧致非线性(WCNS)插值 |
4.4.2 线性耗散紧致(DCS)插值 |
4.4.3 线性中心插值 |
4.4.4 非线性WCNS插值混合线性DCS插值 |
4.5 对称守恒型几何守恒率方法(SCMM) |
4.6 格心对称守恒型几何守恒率方法(CCSCMM) |
4.6.1 面守恒率(SCL)的格心离散形式 |
4.6.2 体守恒率(VCL)的格心离散形式 |
4.7 高精度几何量离散格式 |
4.7.1 F2C型求导格式2~10阶 |
4.7.2 FC2C型求导格式2~10阶 |
4.7.3 线性中心插值格式2~10阶 |
4.8 关于CCFDM和CCSCMM的一些讨论 |
4.8.1 关于二阶精度CCFDM和二阶精度格心有限体积法等价性的讨论 |
4.8.2 关于CCFDM的守恒性的讨论 |
4.8.3 关于旋转奇性轴的离散形式的讨论 |
4.8.4 关于多块网格块边界几何一致性的讨论 |
4.9 高阶精度广义格林高斯公式 |
4.10 算例验证 |
4.10.1 面守恒率验证 |
4.10.2 体守恒率验证 |
4.10.3 Shu-Osher问题 |
4.10.4 SOD激波管问题 |
4.10.5 无粘圆柱阻力预测问题 |
4.10.6 二维前台阶绕流问题 |
4.10.7 二维双马赫反射问题 |
4.10.8 二维Rayleigh-Taylor不稳定问题 |
4.10.9 二维30P30N三段翼绕流 |
4.10.10 三维M6 机翼 |
4.11 小结 |
5 高效时间推进方法和加速收敛技术 |
5.1 隐式时间推进方法的一般过程 |
5.2 隐式时间推进Jacobian矩阵的解析近似 |
5.2.1 无粘矩阵近似 |
5.2.1.1 Roe分裂的无粘矩阵近似 |
5.2.1.2 特征值分裂的无粘矩阵近似 |
5.2.2 粘性矩阵近似 |
5.3 大型稀疏矩阵方程组的求解 |
5.3.1 LU-SGS方法 |
5.3.2 Diagonal ADI(DADI)方法 |
5.3.3 Diagonally Dominant ADI(DDADI)方法 |
5.3.4 Diagonally Dominant ADI(DDADI)结合Huang的子迭代方法 |
5.3.5 Diagonalized DDADI(D3ADI)方法 |
5.3.6 Diagonalized DDADI(D3ADI)结合Huang的子迭代方法 |
5.3.7 基于PETSc的 GMRES方法 |
5.4 隐式时间推进方法中的隐式边界处理方法 |
5.5 关于隐式时间推进方法的讨论 |
5.6 加速收敛技术 |
5.6.1 当地时间步长 |
5.6.2 几何多重网格 |
5.7 数值算例 |
5.7.1 NACA0012 |
5.7.2 RAE2822 |
5.7.3 ONERA-M6 |
5.8 小结 |
6 高阶精度方法在复杂流动中的应用 |
6.1 F4翼身组合体 |
6.2 HiLift PW-1(1st High Lift Prediction Workshop) |
6.3 湍流模拟之Taylor-Green涡问题 |
6.3.1 无粘状态 |
6.3.2 粘性状态Re=100,400,1600 |
6.4 计算气动声学中的基本波传播问题 |
6.4.1 双圆柱散射 |
6.4.2 三圆柱散射 |
6.5 三维圆柱绕流ReD=3900的DDES模拟 |
6.6 小结 |
7 总结与展望 |
7.1 本文完成的工作总结 |
7.2 论文创新点 |
7.3 后续研究展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读博士学位期间发表的学术论文、参加科研和获奖情况 |
(7)增升装置的非定常地面效应数值模拟(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
注释表 |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.2 地面效应的研究进展 |
1.2.1 地面效应空气动力学 |
1.2.2 增升装置地面效应 |
1.3 动边界问题数值模拟的研究进展 |
1.4 本文的工作 |
第二章 ALE系统中非定常N-S方程求解及D-GCL改进 |
2.1 引言 |
2.2 定常N-S方程求解 |
2.2.1 控制方程 |
2.2.2 空间离散 |
2.2.3 时间离散 |
2.2.4 边界条件 |
2.2.5 湍流模型 |
2.2.6 加速收敛措施 |
2.3 非定常N-S方程求解 |
2.3.1 控制方程 |
2.3.2 双时间推进 |
2.4 一种新的几何守恒律离散方法 |
2.4.1 几何守恒律 |
2.4.2 累积误差 |
2.4.3 几何守恒律离散方法及误差分析 |
2.4.4 数值算例 |
2.1 本章小结 |
第三章 增升装置的定常地面效应研究 |
3.1 引言 |
3.2 单段翼型定常地面效应 |
3.2.1 地面边界条件的影响 |
3.2.2 单段翼型定常地面效应 |
3.3 多段翼型定常地面效应 |
3.3.1 数值验证 |
3.3.2 多段翼型定常地面效应 |
3.4 单段机翼定常地面效应 |
3.4.1 数值验证 |
3.4.2 定常地面效应对单段机翼气动力的影响 |
3.4.3 单段机翼展向流动受地面效应的影响分析 |
3.5 带增升装置的翼身组合体的定常地面效应 |
3.5.1 数值验证 |
3.5.2 定常地面效应对飞机气动力的影响 |
3.5.3 机身周围流场受地面效应的影响分析 |
3.6 小结 |
第四章 基于改进谢别德插值法的动网格技术 |
4.1 引言 |
4.2 改进谢别德插值法 |
4.3 基于改进谢别德方法的动网格技术 |
4.3.1 无限插值方法 |
4.3.2 网格变形技术 |
4.3.3 动网格生成实例 |
4.4 包含局部重构的动网格技术 |
4.5 本章小结 |
第五章 增升装置着陆过程中的非定常地面效应研究 |
5.1 引言 |
5.2 动网格对匀速下落翼型非定常气动力的影响 |
5.2.1 定常、准定常、非定常地面效应定义 |
5.2.2 动网格对匀速下落翼型非定常气动力的影响 |
5.3 单段翼型非定常地面效应 |
5.3.1 验证算例 |
5.3.2 非定常地面效应对单段翼型气动力的影响 |
5.3.3 单段翼型非定常地面效应与定常/准定常地面效应的对比 |
5.3.4 非定常地面效应对单段翼型绕流的影响分析 |
5.4 多段翼型的非定常地面效应 |
5.4.1 非定常地面效应对多段翼型气动力的影响 |
5.4.2 多段翼型非定常地面效应与定常/准定常地面效应的对比 |
5.4.3 非定常地面效应对多段翼型绕流的影响分析 |
5.5 单段机翼的非定常地面效应 |
5.5.1 非定常地面效应对单段机翼气动力的影响 |
5.5.2 单段机翼非定常地面效应与定常/准定常地面效应的对比 |
5.5.3 非定常地面效应对单段机翼绕流的影响分析 |
5.6 带增升装置的翼身组合体的非定常地面效应 |
5.6.1 非定常地面效应对飞机气动力的影响 |
5.6.2 飞机非定常地面效应与定常/准定常地面效应的对比 |
5.6.3 非定常地面效应对飞机绕流的影响分析 |
5.7 本章小结 |
第六章 增升装置的收放过程数值模拟 |
6.1 引言 |
6.2 多段翼型的打开收起过程数值模拟 |
6.2.1 计算模型 |
6.2.2 襟翼打开过程数值模拟 |
6.2.3 襟翼收起过程数值模拟 |
6.3 三维增升装置的打开过程数值模拟 |
6.3.1 计算模型 |
6.3.2 计算结果 |
6.4 本章小结 |
第七章 总结与展望 |
7.1 本文主要工作和贡献 |
7.2 本文创新点 |
7.3 后续研究工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
(8)飞行器气动/控制一体化机动飞行的数值模拟研究(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 引言 |
§1.1 研究背景 |
§1.2 数值虚拟飞行研究现状与进展 |
§1.2.1 非定常数值模拟技术 |
§1.2.2 动网格技术 |
§1.2.3 气动/控制一体化数值模拟研究 |
§1.3 本文工作 |
第二章 数值方法 |
§2.1 非定常流动控制方程 |
§2.1.1 直角坐标系下NS方程的无量纲形式 |
§2.1.2 曲线坐标系下NS方程的无量纲形式 |
§2.2 空间离散 |
§2.3 时间推进 |
§2.3.1 定常计算的LU-SGS方法 |
§2.3.2 双时间步方法 |
§2.4 边界条件 |
§2.4.1 远场边界条件 |
§2.4.2 物面边界条件 |
§2.5 几何守恒律 |
§2.6 算例验证 |
§2.6.1 翼型跨声速流动 |
§2.6.2 方形截面飞行器超声速流动 |
§2.6.3 翼型强迫俯仰振荡 |
§2.7 本章小结 |
第三章 谐波平衡方法 |
§3.1 谐波平衡法简介 |
§3.2 跨声速翼型强迫俯仰振荡 |
§3.3 高超声速钝锥强迫俯仰运动 |
§3.4 超声速带翼导弹动导数预测 |
§3.5 本章小结 |
第四章 多自由度耦合运动模拟方法 |
§4.1 常用坐标系及其变换 |
§4.1.1 坐标系的定义 |
§4.1.2 坐标系变换 |
§4.2 飞行力学运动方程 |
§4.2.1 质心动力学方程 |
§4.2.2 刚体动力学方程 |
§4.2.3 刚体运动学方程 |
§4.3 运动方程与NAVIER-STOKES方程的耦合求解 |
§4.4 多自由度耦合运动的验证及分析 |
§4.4.1 质点在恒定外力作用下的平移运动 |
§4.4.2 质点在变外力作用下的平移运动 |
§4.4.3 圆柱的翻滚和自旋运动 |
§4.4.4 航天飞机泡沫碎片的六自由度轨迹预测 |
§4.5 本章小结 |
第五章 动网格技术 |
§5.1 局部网格变形技术 |
§5.2 重叠网格技术 |
§5.2.1 重叠网格技术简介 |
§5.2.2 挖洞技术 |
§5.2.3 洞面优化技术 |
§5.2.4 寻点技术 |
§5.3 算例验证 |
§5.3.1 跨声速翼型绕流 |
§5.3.2 双翼型绕流 |
§5.3.3 三段翼型绕流 |
§5.3.4 高超声速钝锥绕流 |
§5.3.5 翼型强迫俯仰振荡 |
§5.4 本章小结 |
第六章 方形截面飞行器运动特性研究 |
§6.1 方形截面飞行器模型与计算网格 |
§6.2 静态气动力特性 |
§6.2.1 俯仰气动力特性分析 |
§6.2.2 滚转气动力特性 |
§6.3 单自由度运动特性分析 |
§6.3.1 自激俯仰运动 |
§6.3.2 自激滚转运动 |
§6.4 俯仰滚转耦合运动特性分析 |
§6.4.1 俯仰运动对滚转气动力的影响分析 |
§6.4.2 匀速机动过程对滚转运动特性的影响研究 |
§6.4.3 俯仰振荡过程对滚转运动特性的影响分析 |
§6.5 本章小结 |
第七章 方形截面飞行器操纵响应研究 |
§7.1 单自由度操纵响应研究 |
§7.1.1 外形和气动特性 |
§7.1.2 气动力对舵面运动的响应 |
§7.1.3 阶跃型操纵响应分析 |
§7.1.4 脉冲型操纵响应分析 |
§7.1.5 谐波型操纵响应分析 |
§7.2 多自由度操纵响应研究 |
§7.2.1 外形和舵面操纵模式 |
§7.2.2 多自由度运动特性分析 |
§7.2.3 短暂干扰模式的响应研究 |
§7.2.4 持续干扰模式的响应研究 |
§7.2.5 转动惯量的影响分析 |
§7.2.6 质心位置的影响分析 |
§7.3 多自由度与单自由度响应的对比分析 |
§7.4 小结 |
第八章 方形截面飞行器机动飞行过程的数值模拟研究 |
§8.1 研究方法 |
§8.1.1 气动力建模 |
§8.1.2 PID控制器及参数整定 |
§8.1.3 控制系统框图 |
§8.1.4 控制系统的CFD数值模拟和工程仿真技术 |
§8.2 方形截面飞行器俯仰姿态控制的数值模拟研究 |
§8.2.1 俯仰姿态控制的传递函数和控制器设计 |
§8.2.2 不同控制器控制效果比较 |
§8.3 PID控制器应用研究 |
§8.3.1 阶跃型拉升过程模拟 |
§8.3.2 匀速型拉升过程模拟 |
§8.3.3 双段匀速型拉升过程模拟 |
§8.3.4 正弦式拉升过程模拟 |
§8.3.5 快速机动过程的模拟研究 |
§8.4 大攻角快速机动的闭环响应特性分析 |
§8.4.1 大攻角时的舵效问题研究 |
§8.4.2 大攻角拉升时的控制律设计 |
§8.4.3 大攻角快速机动响应特性分析 |
§8.5 滚转姿态控制系统数值模拟研究 |
§8.6 小结 |
第九章 结束语 |
§9.1 本文的工作总结 |
§9.2 主要创新点 |
§9.3 下一步工作展望 |
致谢 |
个人简介 |
参考文献 |
(9)可压缩多介质及多组分反应流的无网格方法研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
主要符号说明 |
1 绪论 |
1.1 无网格方法 |
1.2 可压缩多介质流场数值模拟研究现状 |
1.3 多组分化学反应流场数值模拟研究现状 |
1.4 本文主要研究内容与工作 |
2 无网格方法基本原理及自动布点方法 |
2.1 引言 |
2.2 点云结构 |
2.3 空间导数拟合 |
2.4 权函数 |
2.5 自动布点方法 |
2.5.1 非结构网格无网格化 |
2.5.2 推进布点 |
2.5.3 扇形填充布点 |
2.5.4 带权点填充布点 |
2.5.5 提高点云的质量 |
2.6 小结 |
3 带权点自适应无网格方法 |
3.1 引言 |
3.2 自适应基本原理 |
3.3 带权点自适应探测准则 |
3.4 点云自适应方法 |
3.4.1 点云加密法 |
3.4.2 移动点云法 |
3.4.3 带权点加密法 |
3.5 控制方程 |
3.6 无量纲化 |
3.7 数值方法 |
3.7.1 通量计算格式 |
3.7.2 通量限制 |
3.7.3 时间离散 |
3.7.4 初始条件与边界条件 |
3.8 数值算例 |
3.8.1 布点示例 |
3.8.2 NACA0012翼型绕流 |
3.8.3 收缩型管道 |
3.8.4 Riemann问题 |
3.8.5 瞬时激波碰撞圆柱 |
3.8.6 含有运动边界的圆柱绕流 |
3.9 小结 |
4 可压缩多介质流场的无网格方法 |
4.1 引言 |
4.2 介质界面的无网格描述 |
4.3 介质界面间断两侧的流动参数关系 |
4.4 Riemann问题的求解 |
4.4.1 Riemann问题解的分析 |
4.4.2 刚性气体Riemann问题解析解 |
4.4.3 双波近似方法 |
4.5 虚拟流体方法 |
4.6 动态点云方法 |
4.6.1 弹簧近似方法 |
4.6.2 局部点云重构方法 |
4.7 控制方程及数值方法 |
4.7.1 可压缩ALE控制方程 |
4.7.2 HLLC格式 |
4.7.3 AUFS格式 |
4.7.4 时间离散 |
4.8 并行算法 |
4.8.1 分区方法 |
4.8.2 并行算法步骤 |
4.8.3 并行效率 |
4.9 数值算例 |
4.9.1 多介质激波管问题 |
4.9.2 机翼低空飞越海面 |
4.9.3 运动激波与氦气泡的相互作用 |
4.9.4 水下激波诱导气泡变形 |
4.9.5 浅水滩水下爆炸问题 |
4.10 小结 |
5 无网格方法在多组分反应流场的应用 |
5.1 引言 |
5.2 多组分反应流控制方程 |
5.3 多组分热完全气体热力学关系及输运特性 |
5.4 有限速率反应模型 |
5.5 数值方法 |
5.5.1 多组分HLLC格式 |
5.5.2 扩散项的计算 |
5.5.3 时间离散 |
5.6 数值算例 |
5.6.1 定容器内燃烧反应过程 |
5.6.2 高速飞行弹丸诱导的爆轰波 |
5.6.3 膛口多组分反应流场 |
5.7 小结 |
6 结论 |
6.1 本文主要研究成果 |
6.2 本文主要创新点 |
6.3 未来工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
(10)多段翼型非定常地面效应数值模拟(论文提纲范文)
0 引言 |
1 CFD计算方法 |
1.1 非定常N-S方程求解 |
1.2 湍流模型 |
1.3 动网格方法 |
2 定常、非定常流动验证计算 |
3 动网格对匀速下落翼型气动力的影响 |
4 多段翼型非定常地面效应计算 |
4.1 GA(W)-1两段翼型匀速下落 |
4.2 GA(W)-1两段翼型非定常地面效应 |
5 结论 |
四、分区对接网格下多段翼型N-S方程计算(英文)(论文参考文献)
- [1]基于笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟[D]. 干雨新. 南京航空航天大学, 2019(01)
- [2]增升装置流动特性数值模拟和PIV实验研究[D]. 夏天宇. 南京航空航天大学, 2019(02)
- [3]飞机结冰三维曲面重构方法研究[D]. 王红兵. 南京航空航天大学, 2019(02)
- [4]非结构CFD并行网格变形算法及其应用[D]. 高翔. 国防科技大学, 2018(02)
- [5]DES类混合方法及其在民机失速问题中的应用[D]. 张露. 西北工业大学, 2018(02)
- [6]高阶精度数值方法及其在复杂流动中的应用[D]. 廖飞. 西北工业大学, 2018(02)
- [7]增升装置的非定常地面效应数值模拟[D]. 朱一西. 南京航空航天大学, 2017(01)
- [8]飞行器气动/控制一体化机动飞行的数值模拟研究[D]. 陈琦. 中国空气动力研究与发展中心, 2016(05)
- [9]可压缩多介质及多组分反应流的无网格方法研究[D]. 王亮. 南京理工大学, 2016(07)
- [10]多段翼型非定常地面效应数值模拟[J]. 朱一西,陆志良,郭同庆. 空气动力学学报, 2015(06)