检索结果-南通市图书馆

一种求解低速跨流域流固耦合问题的离散统一气体动理学格式

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空气动力学学报 2022年第3期40卷 87-97,I0002页

作者：王勇刘沙卓丛山钟诚文西北工业大学航空学院西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学重点实验室西安710072

运动边界及流固耦合问题是低速及高速、连续流域及稀薄流域流动中常面临的多场耦合问题。本文在原始离散统一气体动理学格式基础上,采用任意拉格朗日-欧拉方法及动网格技术,并耦合计算结构动力学,实现适用于低速流动运动边界及流固耦合... 详细信息

运动边界及流固耦合问题是低速及高速、连续流域及稀薄流域流动中常面临的多场耦合问题。本文在原始离散统一气体动理学格式基础上,采用任意拉格朗日-欧拉方法及动网格技术,并耦合计算结构动力学,实现适用于低速流动运动边界及流固耦合问题的计算方法。在方法验证方面,进行连续流域圆柱绕流强迫振动和自由振动数值模拟,计算结果与参考文献结果吻合良好,准确捕捉圆柱在锁频区和非锁频区的流动特性。在稀薄流域范围,将方法中的连续流D2Q9离散速度模型替换成跨流域离散速度模型,对比低速圆柱绕流强迫振动算例在两种离散速度模型下的数值结果。虽主要关注低速流动问题,但发展的算法仍具备模拟高超声速运动边界问题的能力,对此进行了Ma=5.0稀薄流振动圆柱研究。低速和高速运动边界模拟能力显示了方法在考虑稀薄气体效应流固耦合问题方面的潜在应用价值。

关键词：离散统一气体动理学格式任意拉格朗日-欧拉方法流固耦合圆柱绕流稀薄气体效应

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考虑热非平衡效应的简化统一气体动理学格式

考虑热非平衡效应的简化统一气体动理学格式

第十二届全国流体力学学术会议

作者：张瑞刘沙钟诚文卓丛山西北工业大学航空学院西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室西北工业大学极端力学研究院

统一气体动理学格式(Unified Gas Kinetic Scheme,UGKS)是一种基于有限体积离散且适用于全流域流动模拟的多尺度数值方法。针对稀薄高超声速流动平动非平衡以及分子内能激发相关的热非平衡问题,发展了描述稀薄环境下双原子分子气体高温...

统一气体动理学格式(Unified Gas Kinetic Scheme,UGKS)是一种基于有限体积离散且适用于全流域流动模拟的多尺度数值方法。针对稀薄高超声速流动平动非平衡以及分子内能激发相关的热非平衡问题,发展了描述稀薄环境下双原子分子气体高温热非平衡效应的BGK类动理学模型。模型采用包含分子转动和振动能的分子数密度分布函数描述气体状态,通过Boltzmann模型方程描述分布函数演化过程。鉴于模型方程相比于单原子分子气体模型的进一步复杂化,本文在UGKS的框架内结合离散统一气体动理学格式(Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,DUGKS)的多尺度数值通量构造思想,进一步从模型方程的特征差分解直接构造简化的多尺度数值通量,在保证计算精度和多尺度特性的条件下提高UGKS应用于复杂Boltzmann模型方程的计算效率。此外,非均匀非结构离散速度空间的应用和简单的积分误差修正显著减少了速度空间网格的数量,从而使得简化通量的UGKS可以应用于稀薄高超声速流动的高效模拟。通过激波管、激波结构、高超声速圆柱绕流、高超声速稀薄平板绕流等算例验证了模型和算法的可靠性。

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基于离散统一气体动理学格式的跨流域动边界模拟研究

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基于离散统一气体动理学格式的跨流域动边界模拟研究

第十二届全国流体力学学术会议

作者：王勇刘沙卓丛山钟诚文西北工业大学航空学院西北工业大学航空学院极端力学研究院

离散统一气体动理学格式(Discrete Unified Gas-Kinetic Scheme,DUGKS)是近些年发展起来的跨流域多尺度计算方法,具备全流域、全速域计算能力。该方法在连续流域优于传统的有限体积格子Boltzmann方法(Finite volume lattice Boltzmann m...

离散统一气体动理学格式(Discrete Unified Gas-Kinetic Scheme,DUGKS)是近些年发展起来的跨流域多尺度计算方法,具备全流域、全速域计算能力。该方法在连续流域优于传统的有限体积格子Boltzmann方法(Finite volume lattice Boltzmann method,FVLBM),相比与传统的稀薄流数值模拟方法DSMC相比特别适合非定常流动。基于DUGKS,耦合任意拉格朗日-欧拉(Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)方法,发展了适用于运动边界的ALE-DUGKS;耦合计算结构动力学(Computational Structural Dynamics,CSD),进一步构造了流固耦合数值模拟方法。此外,同时发展了基于DUGKS的浸入边界法。上述发展两类动边界模拟方法不仅可以应用于连续流范围的流固耦合问题,还可以应用于考虑稀薄气体效应的跨流域流固耦合问题研究,如微纳米机电系统中的考虑稀薄气体效应的流固耦合问题。为验证方法的有效性,开展了圆柱、平板、翼型等流固耦合数值模拟,数值结果的正确性为未来进一步开展相关研究奠定了基础。

关键词：

含振动激发的双原子气体守恒型离散统一气体动理学格式

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含振动激发的双原子气体守恒型离散统一气体动理学格式

中国力学大会-2021+1

作者：张瑞刘沙钟诚文卓丛山西北工业大学航空学院

介绍/亮点Introduction/Highlight在Rykov模型的基础上发展了考虑振动激发的双原子气体动理学模型方程。结合考虑振动激发的双原子气体动理学模型方程发展了具备全速域全流域模拟能力的守恒型离散统一气体动理学格式(Conserved Discrete...

介绍/亮点Introduction/Highlight在Rykov模型的基础上发展了考虑振动激发的双原子气体动理学模型方程。结合考虑振动激发的双原子气体动理学模型方程发展了具备全速域全流域模拟能力的守恒型离散统一气体动理学格式(Conserved Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,CDUGKS)。基于模型方程特征差分解构造的多尺度数值通量保证了格式的全流域精确模拟能力;同步更新宏观方程(密度、动量、总能、转动能和振动能)和微观方程(速度分布函数)进一步保证了格式的守恒特性。

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基于非线性耦合本构关系模型对临近空间非平衡流动的模拟

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基于非线性耦合本构关系模型对临近空间非平衡流动的模拟

第十二届全国流体力学学术会议

作者：曹竣哲刘沙钟诚文卓丛山西北工业大学航空学院流体系西北工业大学极端力学研究院

近年,临近空间飞行器快速发展,针对临近空间气体流动的数值模拟方法是相应的关键技术。与传统飞行器的设计空域不同,在临近空间,由于非平衡效应,对应纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程的线性本构关系失效。针对该问题,对非线性耦合...

近年,临近空间飞行器快速发展,针对临近空间气体流动的数值模拟方法是相应的关键技术。与传统飞行器的设计空域不同,在临近空间,由于非平衡效应,对应纳维-斯托克斯(Navier-Stokes,N-S)方程的线性本构关系失效。针对该问题,对非线性耦合本构关系(Nonlinear Coupled Constitutive Relation,NCCR)模型开展研究,解决了非线性NCCR方程组的求解难题,并开发了基于NCCR模型的数值模拟方法,对一系列典型非平衡流动进行数值模拟,定量验证了NCCR模型的准确性。结果表明,NCCR模型可以准确刻画弱非平衡流动,在小努森数情况下能够较为准确地预测壁面应力、热流与流场细节;随着流动非平衡属性进一步增强,NCCR方程的准确性下降,但始终优于N-S方程。

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一种针对连续流域全速域流动的隐式动理学无粘通量

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一种针对连续流域全速域流动的隐式动理学无粘通量

中国力学大会-2021+1

作者：曹竣哲刘沙钟诚文卓丛山西北工业大学航空学院

亮点格式设计基于气体动理学思想,是从近年飞速发展的众多动理学格式中提取出的无粘通量(针对连续流域),是KFVS格式(Kinetic Flux Vector Splitting)与TTT格式(Totally Thermalized Transport)的耦合方法,前者蕴含的的自由输运机理使其...

亮点格式设计基于气体动理学思想,是从近年飞速发展的众多动理学格式中提取出的无粘通量(针对连续流域),是KFVS格式(Kinetic Flux Vector Splitting)与TTT格式(Totally Thermalized Transport)的耦合方法,前者蕴含的的自由输运机理使其善于处理激波,能够有效抑制激波数值失稳;后者在有限体积控制体界面采用平衡态假设,类似宏观方法中经典的中心格式,可以准确模拟边界层流动,使其能够准确预测(高)超声速流动中的应力、热流

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高雷诺数下的翼型绕流LBM数值模拟

航空学报 2010年第2期31卷 238-243页

作者：卓丛山钟诚文李凯解建飞张勇西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室陕西西安710072 西北工业大学高性能计算研究与发展中心陕西西安710072 中国人民解放军96125部队广西柳州545000

采用格子Boltzmann方法(LBM)的二维9速度(D2Q9)模型和贴体网格,通过引入非均匀网格插值方法和非平衡态外推边界处理,分别结合Baldwin-Lomax(B-L)湍流模型和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,对高雷诺数Re≥5×105下的NACA0012翼型绕流进... 详细信息

采用格子Boltzmann方法(LBM)的二维9速度(D2Q9)模型和贴体网格,通过引入非均匀网格插值方法和非平衡态外推边界处理,分别结合Baldwin-Lomax(B-L)湍流模型和Spalart-Allmaras(S-A)湍流模型,对高雷诺数Re≥5×105下的NACA0012翼型绕流进行了数值模拟和对比研究,两者的结果与CFL3D的结果和实验结果均吻合的很好,相比之下,采用S-A模型能更好地预测失速迎角,其处理分离流动的能力要强于B-L模型。改进后的LBM适用于非均匀贴体网格,曲边边界,计算简单,并可应用于更复杂的高雷诺数流动中。

关键词：格子Boltzmann方法高雷诺数流动非均匀贴体网格翼型

基于Well-balanced格子玻尔兹曼正则化模型的数值研究

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基于Well-balanced格子玻尔兹曼正则化模型的数值研究

第十二届全国流体力学学术会议

作者：姜梦圆卓丛山杨泽人钟诚文刘沙西北工业大学航空学院流体力学系西北工业大学翼型、叶栅空气动力学重点实验室

标准的格子Boltzmann方法在模拟多相流过程中,经常会遇到界面虚假速度和热力学不一致的密度性质。2021年郭照立提出一种Well-balanced (WB)格子Boltzmann方法,可精准实现离散条件下两相系统的平衡特性,静止状态下界面虚假速度可降至机...

标准的格子Boltzmann方法在模拟多相流过程中,经常会遇到界面虚假速度和热力学不一致的密度性质。2021年郭照立提出一种Well-balanced (WB)格子Boltzmann方法,可精准实现离散条件下两相系统的平衡特性,静止状态下界面虚假速度可降至机器误差层次。本文基于该思想,对界面力平衡结构进行了细致分析和对比,发展了Well-balanced格子玻尔兹曼正则化模型,研究了更窄界面厚度下、相界面变化之后的平衡特性。当前研究对比表明,正则化版本通过抑制高阶矩,在静止、动态界面状态下均保持了良好的精度,具备更好的稳定性。

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气体运动论BGK格式的翼型绕流数值模拟

航空学报 2010年第6期31卷 1099-1105页

作者：熊生伟钟诚文卓丛山李凯陈效鹏西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室陕西西安710072 西北工业大学高性能计算研究与发展中心陕西西安710072 西北工业大学力学与土木建筑学院陕西西安710072

以气体运动论BGK(Bhatnagaar-Gross-Krook)格式为基础,通过改进非均匀网格下的通量计算方法,把气体运动论BGK方法应用到二维贴体网格上模拟了可压缩的无黏和黏性流动。在重构阶段,以交界面周围4个网格单元为一组,先把每个网格单元的宏观... 详细信息

以气体运动论BGK(Bhatnagaar-Gross-Krook)格式为基础,通过改进非均匀网格下的通量计算方法,把气体运动论BGK方法应用到二维贴体网格上模拟了可压缩的无黏和黏性流动。在重构阶段,以交界面周围4个网格单元为一组,先把每个网格单元的宏观量(密度、动量和总能量)转换在相对于交界面的坐标系下,然后使用van Leer限制器插值求出交界面的宏观量,在求解阶段再使用BGK理论求出流过交界面的通量。通过上述方法使贴体网格和均匀网格,在计算格式上一致,与其他求解二维贴体网格的气体运动论BGK方法相比,该方法相对简单,计算量减小。结合贴体网格通量计算和气体运动论BGK格式方法理论,分别对亚、跨、超声速下的NACA0012翼型绕流进行了数值模拟和对比研究,所得可压缩无黏流动的数值结果与北大西洋公约组织航天研究与发展咨询组(AGARD)的结果吻合良好。本文还模拟了低雷诺数状态下的可压缩黏性流动,所得结果与文献中的数值计算结果吻合良好,证明了该方法在数值模拟及激波捕捉方面具有鲁棒性,为在复杂流动中的应用提供了一种简单的途径。

关键词： BGK 气体运动论非均匀贴体网格翼型