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双原子分子气体的定常隐式全流域多尺度算法

国防科技大学学报 2023年第4期45卷 94-108页

作者：钟诚文陈健锋张瑞卓丛山刘沙西北工业大学航空学院陕西西安710072 西北工业大学极端力学研究院陕西西安710072 西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国家级重点实验室陕西西安710072

巨大的计算资源需求极大地阻碍了统一气体动理学格式的应用。采用宏观预估技术,基于Boltzmann-Rykov模型方程发展全流域适用的保守恒定常隐式算法,协同求解宏观方程和微观方程以加速收敛。在单元界面,通过模型方程特征差分解构造简单高... 详细信息

巨大的计算资源需求极大地阻碍了统一气体动理学格式的应用。采用宏观预估技术,基于Boltzmann-Rykov模型方程发展全流域适用的保守恒定常隐式算法,协同求解宏观方程和微观方程以加速收敛。在单元界面,通过模型方程特征差分解构造简单高效的多尺度数值通量,并结合非均匀非结构速度空间和速度空间自适应技术进一步降低计算需求、提升计算效率。超声速和高超声速平板绕流和圆球绕流的数值结果验证了算法的准确性与高效性。结果表明,算法能够准确求解二维和三维双原子气体多尺度流动问题,且相比于显式离散统一气体动理学格式可加速一个量级。

关键词：多尺度算法隐式算法稀薄气体双原子气体

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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基于安全驾驶的元胞自动机交通流模型

物理学报 2005年第12期54卷 5597-5601页

作者：牟勇飚钟诚文西北工业大学翼型叶栅空气动力学国家重点实验室西安710072

针对Nagel-Schreckenberg模型(NaSch模型)中存在的高速车辆可能发生追尾事故的不安全性,考虑了前车速度为零的情况,提出一种新的强调驾驶安全性的一维元胞自动机交通流模型安全驾驶模型,并对该模型进行了数值模拟.由于安全概率的引入,... 详细信息

针对Nagel-Schreckenberg模型(NaSch模型)中存在的高速车辆可能发生追尾事故的不安全性,考虑了前车速度为零的情况,提出一种新的强调驾驶安全性的一维元胞自动机交通流模型安全驾驶模型,并对该模型进行了数值模拟.由于安全概率的引入,使得系统在临界密度附近出现低速的同步相,而不是完全的堵塞相,减小了追尾事故发生的可能性,提高了高密度时道路的通行能力.模拟结果显示出了亚稳态、非平衡相变以及滞后效应等实际交通所具有的特性.

关键词：交通流安全驾驶元胞自动机同步流

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热化学非平衡流动的DSMC-ME算法研究

计算物理 2008年第2期25卷 139-144页

作者：叶品钟诚文西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室

将最大熵方法(Maximum Entropy,缩写为ME)引入Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)模拟热化学非平衡流动过程中,构造一个计算非平衡条件下化学反应几率和反应碰撞能量分配的最大熵模型.在DSMC-ME的模拟过程中,对分子间的非反应碰撞,采... 详细信息

将最大熵方法(Maximum Entropy,缩写为ME)引入Direct Simulation Monte Carlo(DSMC)模拟热化学非平衡流动过程中,构造一个计算非平衡条件下化学反应几率和反应碰撞能量分配的最大熵模型.在DSMC-ME的模拟过程中,对分子间的非反应碰撞,采用传统的Larsen-Borgnakke唯象论模型模拟碰撞分子内能的激发与松弛;对分子间反应碰撞,采用最大熵模型模拟分子间的化学反应和能量交换.通过模拟高空高超声速绕圆柱和低密度高焓绕钝头锥体流动,并与DSMC算法和HEG实验结果比较,论证了DSMC-ME算法的有效性.

关键词：最大熵(ME) DSMC 非平衡化学反应

基于热格子Boltzmann方法的自然对流数值模拟

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力学学报 2009年第5期41卷 635-640页

作者：解建飞钟诚文张勇尹大川西北工业大学翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室西安710072 西北工业大学高性能计算研究与发展中心西安710072 中国人民解放军96215部队广西柳州545000 西北工业大学生命科学院西安710072

对Eggels和Somers提出的热格子Boltzmann格式进行了改进.在不可压缩流动的假设下,提出了一种新的温度平衡分布函数,可以克服压缩性对温度统计的影响,并且相应地修正了统计宏观温度的方法.Eggels和Somers的方法对速度和温度均采用半步长... 详细信息

对Eggels和Somers提出的热格子Boltzmann格式进行了改进.在不可压缩流动的假设下,提出了一种新的温度平衡分布函数,可以克服压缩性对温度统计的影响,并且相应地修正了统计宏观温度的方法.Eggels和Somers的方法对速度和温度均采用半步长反弹格式边界条件,适合无滑移的速度边界条件.但是对温度采用该边界条件在物理本质上显得不够准确,所以在边界上对二者统一采取算法既简单又容易实现的非平衡态外推格式,同时可以与Boltzmann格式的整体二阶精度保持一致.最后,利用改进的热格子Boltzmann方法（TLBM）模拟了Ra=10^6和Pr=0.71（空气）的方腔中的自然对流,模拟得到的流动参数与其它数值方法的结果吻合得很好,表明改进的热格子Boltzmann方法可以有效准确地模拟非等温流动.

关键词：热格子Boltzmann方法自然对流方腔非平衡态外推

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二维空化、超空化流动的数值模拟

计算力学学报 2006年第6期23卷 772-777页

作者：钟诚文汤继斌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

通过引入混合密度函数发展了一种新的空化模型,运用Navier-Stokes方程加k-ε两方程湍流模型对Ep-pler E817和NACA 0015水翼的空化流动进行了数值模拟,得到了从空化到超空化的一系列变化过程的数值模拟结果。通过与实验数据进行对比,发... 详细信息

通过引入混合密度函数发展了一种新的空化模型,运用Navier-Stokes方程加k-ε两方程湍流模型对Ep-pler E817和NACA 0015水翼的空化流动进行了数值模拟,得到了从空化到超空化的一系列变化过程的数值模拟结果。通过与实验数据进行对比,发现二者吻合较好。

关键词：空化超空化空化模型 Navier-Stokes方程湍流模型

飞机舱盖重心位置对舱盖抛放轨迹影响的数值模拟

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航空学报 2008年第6期29卷 1436-1439页

作者：赵会强钟诚文韩王超西北工业大学翼型、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

通过求解雷诺平均N-S方程,应用嵌套动网格技术结合6-DOF运动方程,成功实现了F/A-18C战机的座舱盖抛放轨迹的数值模拟。同时,分析了座舱盖重心位置的不同对舱盖飞行轨迹和飞行姿态的影响,得出F/A-18C战机座舱盖的重心后移能缩短抛放时间... 详细信息

通过求解雷诺平均N-S方程,应用嵌套动网格技术结合6-DOF运动方程,成功实现了F/A-18C战机的座舱盖抛放轨迹的数值模拟。同时,分析了座舱盖重心位置的不同对舱盖飞行轨迹和飞行姿态的影响,得出F/A-18C战机座舱盖的重心后移能缩短抛放时间,优化飞行轨迹的结论。

关键词：座舱盖 Navier-Stokes方程 6-DOF运动方程重心轨迹

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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

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

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。

关键词：

来源： cnki会议评论

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