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可压剪切层线性稳定性特征直接数值模拟

计算物理 2001年第2期18卷 106-110页

作者：王强傅德薰马延文中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100080

基于伪随机数生成技术促生白噪声扰动 ,以高精度迎风 /对称紧致混合差分算法求解二维 /三维非定常可压Navier Stokes方程 ,揭示了可压自由剪切层初始剪切过程中扰动的线性演化特征 ,以及该过程对扰动波数和方向的内在选择性 .验证了所... 详细信息

基于伪随机数生成技术促生白噪声扰动 ,以高精度迎风 /对称紧致混合差分算法求解二维 /三维非定常可压Navier Stokes方程 ,揭示了可压自由剪切层初始剪切过程中扰动的线性演化特征 ,以及该过程对扰动波数和方向的内在选择性 .验证了所用算法的有效性。

关键词：剪切层稳定性紧致格式数值模拟伪随机数生成技术扰动流体运动

不可压N-S方程高效算法及二维槽道湍流分析

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力学学报 2001年第5期33卷 577-587页

作者：李新亮马延文傅德薰清华大学工程力学系SMC气动中心北京100084 中国科学院力学研究所LHD 北京100080 中国科学院力学研究所LNM 北京100080

构造了基于非等距网格的迎风紧致格式，并将其与三阶精度的Ａｄａｍｓ半隐方法相结合，构造了求解不可压Ｎ－Ｓ方程高效算法．该算法利用基于交错网格的离散形式的压力Ｐｏｉｓｓｏｎ方程求解压力项，解决了边界处的残余散度问题；同时... 详细信息

构造了基于非等距网格的迎风紧致格式，并将其与三阶精度的Ａｄａｍｓ半隐方法相结合，构造了求解不可压Ｎ－Ｓ方程高效算法．该算法利用基于交错网格的离散形式的压力Ｐｏｉｓｓｏｎ方程求解压力项，解决了边界处的残余散度问题；同时还利用快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换将方程的隐式部分解耦，离散后的代数方程组利用追赶法求解，大大减少了计算量．通过对二维槽道流动的数值模拟，证实了所构造的数值方法具有精度高，稳定性好，能抑制混淆误差等优点，同时具有很高的计算效率，是进行壁湍流直接数值模拟的有效方法．在数值模拟的基础上对一维槽道流动进行了分析，得到了Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数从６０００到１５０００的二维流动饱和态解（所谓“二维槽道湍流”）；定性及定量结果均与他人的数值计算结果吻合十分理想．对流场进行了统计分析，指出了“二维湍流”与三维湍流统计特性的区别．

关键词：非等距网格迎风紧致格式不可压N-S方程 “二维湍流” 混沌湍应力

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可压缩均匀各向同性湍流的直接数值模拟

中国科学（A辑） 2002年第8期32卷 716-724页

作者：李新亮傅德薰马延文清华大学工程力学系SMC气动技术中心中国科学院力学研究所北京 100080

采用8阶精度的中心差分格式及7阶精度的迎风偏斜格式对Reλ=72～153,Mt=0.2～0.7的均匀各向同性湍流进行了直接数值模拟,建立了湍流数据库.与他人的计算结果吻合十分理想,说明方法的有效性.数值结果表明,采用适当的迎风型差分格式可以... 详细信息

采用8阶精度的中心差分格式及7阶精度的迎风偏斜格式对Reλ=72～153,Mt=0.2～0.7的均匀各向同性湍流进行了直接数值模拟,建立了湍流数据库.与他人的计算结果吻合十分理想,说明方法的有效性.数值结果表明,采用适当的迎风型差分格式可以克服起动问题（start-up problem）对湍流Mach数的限制,提高可计算的湍流Mach数,是可压湍流直接数值模拟的有效方法.分析了压缩性效应对湍流统计量的影响,发现压缩性使得湍动能的衰减加快.探讨了可压湍流中微激波产生的机理,对流场进行了标度律分析.发现在本文的Reynolds数和湍流Mach数条件下,流场中扩展自相似性仍然成立,同时发现压缩性对标度指数影响不大.

关键词：可压缩均匀各向同性湍流直接数值模拟压缩性效应微激波标度律湍流机理

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驱动长方形腔内流动非稳定性的数值模拟

力学学报 1994年第4期26卷 397-406页

作者：伍亚丹傅德薰黄兰洁中国科学院计算中心中国科学院力学研究所

本文对长宽比为２的驱动腔内流动进行了数值模拟．采用非均匀交错网格上的修正隐式Ｔｅｍａｍ格式，以及压力修正投影法，分别计算了Ｒｅ数为１００、４００、１０００、２０００、３０００、３５００、５０００、１００００的驱动长方... 详细信息

本文对长宽比为２的驱动腔内流动进行了数值模拟．采用非均匀交错网格上的修正隐式Ｔｅｍａｍ格式，以及压力修正投影法，分别计算了Ｒｅ数为１００、４００、１０００、２０００、３０００、３５００、５０００、１００００的驱动长方形腔内流场。当Ｒｅ≤３０００时，流场收敛到定常状态；而Ｒｅ≥３５００时，只能得到渐近周期结果；其中应用了谱分析等方法说明数值是周期性变化，可见，Ｈｏｐｆ分叉点出现在Ｒｅ数３０００与３５００之间．

关键词：流体力学驱动长腔流动流场分叉

Richtmyer-Meshkov失稳的数值模拟

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计算物理 2001年第5期18卷 390-396页

作者：程军波傅德薰马延文 LNM 中国科学院力学所北京100080 LHD 中国科学院力学所北京100080

利用五阶迎风紧致差分格式加群速度控制方法对激波与轻气体柱形界面的干扰问题进行直接数值模拟 ,并研究了涡量的产生及其发展和界面的变形 ,分析了柱形界面的失稳过程 ,得知在线性发展阶段 ,重气体以恒定的速度进入到轻气体中 ,并形成... 详细信息

利用五阶迎风紧致差分格式加群速度控制方法对激波与轻气体柱形界面的干扰问题进行直接数值模拟 ,并研究了涡量的产生及其发展和界面的变形 ,分析了柱形界面的失稳过程 ,得知在线性发展阶段 ,重气体以恒定的速度进入到轻气体中 ,并形成尖钉结构 ;在非线性发展阶段 ,在尖钉头部的两侧形成一对旋转方向相反的涡结构 .同时证实了激波与界面的相互干扰有助于增加混合 .并将所得的数值解与实验结果进行了比较 .

关键词：五阶迎风紧致差分格式群速度控制格式 Richtmyer-Meshkov 失稳轻气体柱形界面斜压效应数值模拟激波干扰

迎风紧致格式求解Hamilton-Jacobi方程

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计算物理 2005年第2期22卷 117-122页

作者：田保林傅德薰马延文李新亮中国科学院力学研究所LNM国家重点实验室北京100080

　基于Hamilton Jacobi(H J)方程和双曲型守恒律之间的关系,将三阶和五阶迎风紧致格式推广应用于求解H J方程,建立了高精度的H J方程求解方法.给出了一维和二维典型数值算例的计算结果,其中包括一个平面激波作用下的Richtmyer Meshkov... 详细信息

　基于Hamilton Jacobi(H J)方程和双曲型守恒律之间的关系,将三阶和五阶迎风紧致格式推广应用于求解H J方程,建立了高精度的H J方程求解方法.给出了一维和二维典型数值算例的计算结果,其中包括一个平面激波作用下的Richtmyer Meshkov界面不稳定性问题.数值试验表明,在解的光滑区域该方法具有高精度,而在导数不连续的不光滑区域也获得了比较好的分辨效果.相比于同阶精度的WENO格式,本方法具有更小的数值耗散,从而有利于多尺度复杂流动的模拟中H J方程的求解.

关键词： Hamilton-Jacobi方程迎风紧致格式 H-J方程双曲型守恒律 WENO格式稳定性问题推广应用计算结果数值算例求解方法数值试验平面激波分辨效果数值耗散复杂流动高精度不连续多尺度光滑五阶三阶一维同阶

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捕捉激波的群速度控制方法

空气动力学学报 2014年第5期32卷 575-580页

作者：李新亮傅德薰马延文中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190

回顾及综述了群速度控制方法基本原理、发展过程及最新进展。群速度控制方法是通过控制色散误差以捕捉间断的一种数值方法。该方法通过在间断两侧采用不同色散类型的格式,将数值波的传播压制在间断附近,避免数值振荡向周围扩散,从而达... 详细信息

回顾及综述了群速度控制方法基本原理、发展过程及最新进展。群速度控制方法是通过控制色散误差以捕捉间断的一种数值方法。该方法通过在间断两侧采用不同色散类型的格式,将数值波的传播压制在间断附近,避免数值振荡向周围扩散,从而达到抑制数值振荡的效果。该方法主体上采用数值色散抑制振荡,实际使用中仅需补充较低水平的数值耗散就可将振荡压制在可接受的范围内。因而群速度控制格式的总体耗散水平较低,易于实现小尺度波的高分辨率捕捉,是复杂流动高分辨率数值模拟的有效方法。

关键词：群速度控制格式激波捕捉格式高分辨率色散耗散

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平面可压基频涡卷非线性演化行为数值研究

力学学报 2001年第1期33卷 1-10页

作者：王强傅德薰马延文中国科学院力学研究所非线性力学国家重点实验室北京100080

采用高精度迎风／对称紧致混合差分算法，对可压自由剪切层转捩区中的几种典型展向大尺度涡作用型态进行了直接数值模拟．通过施加给定来流条件下的线性最不稳定动性基频扰动及其亚谐扰动，以被动守恒标量技术给出了基频涡卷的饱和、... 详细信息

采用高精度迎风／对称紧致混合差分算法，对可压自由剪切层转捩区中的几种典型展向大尺度涡作用型态进行了直接数值模拟．通过施加给定来流条件下的线性最不稳定动性基频扰动及其亚谐扰动，以被动守恒标量技术给出了基频涡卷的饱和、撕裂、融合以及三涡对并等细节结构．分析显示，亚谐扰动相差是促生基频涡卷不同非线性演化过程的重要因素之一，可对扰动能量的发展变化，以及剪切层厚度和混合效率产生直接影响．计算结果同实验流动显示图像十分相似，表明了主导线性扰动的非线性耦合效应与一些实际涡作用行为间的内在联系．

关键词：可压剪切层平面可压基频涡卷非线性演化线性扰动数值模拟 Navier-Stokes方程

耗散比拟法数值求解航天飞机超声速粘性绕流问题

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中国科学（A辑） 1993年第1期23卷 39-46页

作者：傅德薰马延文中国科学院力学研究所非线性连续介质力学开放研究实验室北京100080

文中利用特殊系数矩阵分裂法和简化了的耗散比拟法数值求解了M_∞=7,Re=148000和攻角α=5°的航天飞机超声速粘性绕流问题.简化了的耗散比拟法既提高后体侧翼附近复杂流场数值解的分辨能力,又能减少数值计算工作量.

关键词：航天飞机数值模拟耗散比拟绕流