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多层速度格子Boltzmann方法进展及展望

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空气动力学学报 2022年第3期40卷 23-45,I0001页

作者：杨鲲单肖文南方科技大学前沿与交叉科学研究院深圳518055 南方科技大学工学院力学与航空航天系深圳518055

格子Boltzmann方法(LBM)自20世纪90年代问世以来,由于计算高效、实施简捷,在多种复杂流动的数值模拟中得到了广泛应用。传统以平衡态分布函数泰勒展开结合半经验理论推导出的LBM模型需要使用低马赫数假设,一度被认为只能适用于等温弱可... 详细信息

格子Boltzmann方法(LBM)自20世纪90年代问世以来,由于计算高效、实施简捷,在多种复杂流动的数值模拟中得到了广泛应用。传统以平衡态分布函数泰勒展开结合半经验理论推导出的LBM模型需要使用低马赫数假设,一度被认为只能适用于等温弱可压流动的计算。近年来将LBM拓展到可压缩和热流计算的模型日益增多,其中在每个离散速度方向有多个速度模态的多层速度模型,因只使用单一分布函数,物理描述上更接近事实而受到了广泛关注。我们简述了几类典型的多层速度模型的构造思路,包括早期的多层速度模型、Watari-Tsutahara模型、比热比可变多层速度模型和Hermite多项式模型。由于Hermite多项式展开法构造的多层速度模型在数学解释上较为自洽,且其低阶形态与传统等温弱可压LBM模型一致,我们着重梳理和归纳了Hermite多项式模型的构造原理与离散速度模型的求解过程,以及时间和空间离散方法。最后对LBM与传统计算流体力学方法的结合进行了简要介绍,例如LBM有限差分、LBM有限体积和LBM有限元方法,并对LBM多层速度模型目前存在的问题和未来发展方向进行了总结。

关键词：格子Boltzmann方法可压缩流动多层速度模型 Hermite多项式展开

采用γ-Re_(θt)模型的转捩流动计算分析

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航空学报 2014年第1期35卷 70-79页

作者：王刚刘毅王光秋单肖文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 中国商用飞机有限责任公司北京民用飞机技术研究中心北京102211

为了在黏性流动数值模拟中实现边界层转捩的自动预测,将γ-Reθt转捩模型引入到三维非结构混合网格的雷诺平均Navier-Stokes方程求解程序(HUNS3D)。该转捩模型由两个依赖当地变量定义的关于间歇因子和当地化转捩起始动量厚度雷诺数的输... 详细信息

为了在黏性流动数值模拟中实现边界层转捩的自动预测,将γ-Reθt转捩模型引入到三维非结构混合网格的雷诺平均Navier-Stokes方程求解程序(HUNS3D)。该转捩模型由两个依赖当地变量定义的关于间歇因子和当地化转捩起始动量厚度雷诺数的输运方程组成,其数值求解算法与流场求解程序中湍流模型的求解方法相同。为了考察和验证HUNS3D程序中γ-Reθt转捩模型对航空工程中的常见附面层自由转捩问题的预测精度,对低速平板流动、Aerospatial-A翼型、NLR 7301超临界翼型和NASA Trap wing高升力构型等典型外形的自由转捩流动进行了计算,并将计算结果与相关试验结果进行了对比分析。算例结果表明:γ-Reθt转捩模型对于转捩位置具有很好的敏感性,能比较准确地预测自然转捩和分离转捩,可以有效提高HUNS3D程序对实际流动的模拟能力和预测精度。

关键词：转捩边界层间歇因子湍流模型湍流度

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计算流体力学的新方向及其在工业上的应用

中国科学（E辑） 2007年第9期37卷 1107-1116页

作者：陈耀松单肖文陈沪东北京大学力学与工程科学系北京100871 Exa Corporation

计算流体力学在近十几年有了长足的进展,其中尤其值得一提的是此领域的一个重要新兴方向,即所谓格子玻尔兹曼方法的形成和发展.在此就这一方法的主要精髓和最新进展提供一个概述.同时也就相关的科技软件开发和它在实际工业应用中所带来... 详细信息

计算流体力学在近十几年有了长足的进展,其中尤其值得一提的是此领域的一个重要新兴方向,即所谓格子玻尔兹曼方法的形成和发展.在此就这一方法的主要精髓和最新进展提供一个概述.同时也就相关的科技软件开发和它在实际工业应用中所带来的影响进行一下讨论.

关键词：格子方法玻尔兹曼方程计算流体力学

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格子玻尔兹曼正则化碰撞模型的理论进展

空气动力学学报 2022年第3期40卷 46-64,I0001页

作者：李旭晖单肖文段文洋哈尔滨工程大学船舶工程学院哈尔滨150001 南方科技大学力学与航空航天工程系深圳518055

数值稳定性问题一直是困扰格子玻尔兹曼方法在高雷诺数高马赫数流动中广泛应用的瓶颈。在格子玻尔兹曼方法领域改良碰撞模型的数值稳定性和精度一直是近30年来的研究难点和热点。正则化碰撞模型作为众多碰撞模型的一个重要分支,近几年... 详细信息

数值稳定性问题一直是困扰格子玻尔兹曼方法在高雷诺数高马赫数流动中广泛应用的瓶颈。在格子玻尔兹曼方法领域改良碰撞模型的数值稳定性和精度一直是近30年来的研究难点和热点。正则化碰撞模型作为众多碰撞模型的一个重要分支,近几年来取得了重要理论进展,目前已在高雷诺数湍流模拟、高马赫数可压缩流动以及气动声学领域得到了广泛应用。本文系统地回顾了正则化碰撞模型的发展历史,并建立了一个系统的理论框架阐述不同正则化碰撞模型之间的理论联系。同时,揭示了正则化多松弛碰撞模型的理论本质,就是在与坐标无关且自相似的矩空间中将离散格子模型表达不了的高阶动理学矩进行快速松弛,以避免虚假模态对水动力学方程的影响。

关键词：格子玻尔兹曼方法正则化碰撞模型数值稳定性虚假模态

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格子玻尔兹曼方法的统计物理理论

格子玻尔兹曼方法的统计物理理论

考虑低雷诺数变化下层流分离不一致性的多目标翼型优化

中国力学大会-2015

作者：单肖文中国商用飞机公司北京研究中心

介绍格子玻尔兹曼方法在新的理论框架下的导出,以及长期存在于格子玻尔兹曼方法中的一些理论问题在新的框架下如何得到解决。

关键词：

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考虑低雷诺数变化下层流分离不一致性的多目标翼型优化

第十一届全国流体力学学术会议

作者：梁煜单肖文南方科技大学工学院力学与航空航天工程系

近年来蓬勃发展的小型无人机、低速长航时高空飞行器等特种飞行器的巡航雷诺数约在数万至数十万量级。有别于常规飞行器的附着流设计,层流分离转捩是低雷诺数下所特有的流动现象,该现象不仅使得绕翼型/机翼等气动部件气流流动变得复杂,... 详细信息

近年来蓬勃发展的小型无人机、低速长航时高空飞行器等特种飞行器的巡航雷诺数约在数万至数十万量级。有别于常规飞行器的附着流设计,层流分离转捩是低雷诺数下所特有的流动现象,该现象不仅使得绕翼型/机翼等气动部件气流流动变得复杂,而且还使得绕翼型/机翼流动呈现非定常特性。这些特征决定了低雷诺数下,翼型/机翼气动特性损失很大,非线性明显而且具有迟滞效应。本文针对典型的低雷诺数高升阻翼型SD7032为基准,分析了低雷诺数范围内,雷诺数变化对翼型升阻力特性的影响。结果表明在Re<100,000范围内,翼型升阻极曲线随雷诺数变化的趋势变得不一致。通过带转捩模型的CFD非定常RANS计算结果表明,其原因是由于不同雷诺数下翼型上表面的层流分离泡发生显著变化所致。针对翼型在Re<100,000范围内不一致的升阻特性,本研究采用多目标遗传优化算法结合NURBS几何参数化方法开展了翼型多点优化研究。分别获得了Re=40000,Re=80000下的优化翼型,以及兼顾两种雷诺数综合性能较好的翼型。通过优化结果分析发现,翼型上表面的几何局部凹陷可以有效的控制层流转捩分离的区域和强度,进而使得翼型的气动性能得到改善且鲁棒性变好。同时考虑两个雷诺数下的翼型多目标优化在一定程度下改善了低雷诺数变化造成的翼型气动特性不一致现象。本研究所提的低雷诺数翼型设计方法,可较大幅度的改善低雷诺数翼型的气动性能,对于指导低雷诺数流动范围的气动设计具有现实的意义。

关键词：低雷诺数层流分离泡 NURBS 遗传算法流动控制

来源： cnki会议评论

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民机论坛专题·前言

中国科学：物理学、力学、天文学 2014年第3期44卷 233-233页

作者：单肖文中国商飞北研中心

当今世界，民机产业被誉为现代制造业的“皇冠”，它是衡量一个国家科技水平、工业水平和综合国力的重要标志之一．气动设计作为民机设计的灵魂，在民机研制中具有举足轻重的作用．经过半个多世纪的发展，国外民机在市场竞争和技术创新... 详细信息

当今世界，民机产业被誉为现代制造业的“皇冠”，它是衡量一个国家科技水平、工业水平和综合国力的重要标志之一．气动设计作为民机设计的灵魂，在民机研制中具有举足轻重的作用．经过半个多世纪的发展，国外民机在市场竞争和技术创新推动下，新颖的气动布局不断涌现，气动设计与计算的复杂度、精细度日益增加，多学科交叉耦合的特征日趋明显．而我国民机气动技术成熟度较低，经验不足，积累薄弱，虽然经历了数十年筚路蓝缕的发展过程，在大飞机项目研制中仍存在诸多挑战和未解决的问题，亟需积聚国内外人才智慧，共同攻关．

关键词：民机气动设计专题论坛现代制造业技术成熟度综合国力技术创新

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旋转流中准圆柱近似与临界分类的关系

力学学报 1987年第6期 491-499页

作者：是勋刚单肖文北京大学力学系

本文证明了在准圆柱近似下若已给定剖面上的轴向与切向速度分布,径向速度剖面必满足一个二阶常微分方程,它与临界分类的判别方程仅差一与粘性有关的非齐次项。本文还证明了临界状态对应于奇点,当流动从两侧趋近临界状态时,径向速度剖面... 详细信息

本文证明了在准圆柱近似下若已给定剖面上的轴向与切向速度分布,径向速度剖面必满足一个二阶常微分方程,它与临界分类的判别方程仅差一与粘性有关的非齐次项。本文还证明了临界状态对应于奇点,当流动从两侧趋近临界状态时,径向速度剖面分別趋向正负无穷,在临界状态两侧流动性态截然相反。此外还证明无粘性的准圆柱近似只能存在严格圆柱形的平凡解以及在亚临界范围内准圆柱近似计算中考虑非线性效应的迭代过程必然发散。

关键词：临界理论旋涡流旋转流动

阿拉善-华北北缘晚古生代-早中生代岩浆作用:对古亚洲洋俯冲-闭合过程的制约

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岩石学报 2025年第1期41卷 66-90页

作者：曾浩宋东方肖文交李普庆中国科学院地质与地球物理研究所岩石圈演化与环境演变全国重点实验室北京100029 中国科学院地球科学研究院北京100029 中国科学院新疆生态与地理研究所干旱区生态安全与可持续发展全国重点实验室乌鲁木齐830011 中国科学院大学地球与行星科学学院北京100049

位于中亚造山带南部的阿拉善-华北北缘地区保存了丰富的晚古生代-早中生代岩浆记录,为理解古亚洲洋从俯冲至闭合的构造演化过程提供了关键信息。本文对位于内蒙古西部的甘其毛都地区的4个侵入体进行了岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学... 详细信息

位于中亚造山带南部的阿拉善-华北北缘地区保存了丰富的晚古生代-早中生代岩浆记录,为理解古亚洲洋从俯冲至闭合的构造演化过程提供了关键信息。本文对位于内蒙古西部的甘其毛都地区的4个侵入体进行了岩相学、地球化学、锆石U-Pb年代学和Lu-Hf同位素分析。锆石U-Pb定年表明这些岩体分别形成于早二叠世(283±3Ma、273±5Ma、272±5Ma)和中三叠世(238±3Ma)。早二叠世岩体以石英闪长岩和闪长玢岩为主,富集轻稀土与大离子亲石元素,亏损高场强元素Nb、Ta等,Hf同位素显著亏损(-4.0~+15.6)。它们可能是由俯冲板片流体交代地幔楔部分熔融形成的基性岩浆经分离结晶演化而成。中三叠世侵入体为花岗闪长岩,轻重稀土元素强烈分异,锆石ε_(Hf)(t)值均为正值(+5.0~+8.5),可能代表了碰撞造山阶段新生下地壳物质部分熔融的产物。在此基础之上,本文系统收集并分析了阿拉善-华北北缘地区晚古生代-早中生代岩浆岩的时空分布规律与地球化学特征,以限定其构造背景与深部动力学过程。结合前人研究成果提出:石炭纪时期,古亚洲洋向南俯冲至阿拉善-华北克拉通之下并不断向北后撤;至早二叠世,俯冲板片转变为前进式俯冲,整体处于挤压环境,发育大规模岩浆活动与弧背前陆盆地;早-中三叠世,古亚洲洋闭合,阿拉善-华北克拉通沿索伦缝合带与北侧的中亚弧增生体系发生碰撞-拼贴。

关键词：阿拉善华北北缘晚古生代-早中生代古亚洲洋俯冲-闭合