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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

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超声速流场中侧向射流的数值研究

空气动力学学报 2010年第5期28卷 553-558页

作者：蔡晋生刘秋洪西北工业大学翼型叶栅空气动力学国防科技重点实验室

通过数值方法研究拱柱体上侧向射流与超声速来流的相互干扰,为侧向射流喷管出口横截面几何形状的设计提供依据,实现高速飞行器机动飞行的姿态控制。采用多块嵌套网格并行算法,数值求解Navier-Stokes方程以及k-ω湍流模型,分别对四种不... 详细信息

通过数值方法研究拱柱体上侧向射流与超声速来流的相互干扰,为侧向射流喷管出口横截面几何形状的设计提供依据,实现高速飞行器机动飞行的姿态控制。采用多块嵌套网格并行算法,数值求解Navier-Stokes方程以及k-ω湍流模型,分别对四种不同横截面形状(相同面积的圆形、椭圆形、楔形以及倒置楔形)的射流喷管出口形成的流场进行了研究。圆形喷管出口的流场数值计算结果与实验结果相一致,表明本文采用的数值方法可靠以及网格分布合理。对比物面压力分布和射流干扰放大因子发现,对于长轴与来流垂直的椭圆形喷管出口,在射流上游一侧的物面附近形成较大的分离区以及较强的激波,由此产生的高压区有利于侧向射流对飞行器姿态的控制。

关键词：超声速流场侧向射流数值模拟

CE／SE方法在多管爆轰流场并行计算中的应用

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爆炸与冲击 2008年第3期28卷 229-235页

作者：刘建文赵书苗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

应用改进的CE/SE方法和并行分区技术,针对二维非结构网格,发展了一套求解化学反应流场的并行程序。采用带扩张-收敛喷管的多管脉冲爆轰发动机模型,把计算域分成若干子域进行并行求解。采用H2和O2的8组分34基元化学反应模型,对恰当化学... 详细信息

应用改进的CE/SE方法和并行分区技术,针对二维非结构网格,发展了一套求解化学反应流场的并行程序。采用带扩张-收敛喷管的多管脉冲爆轰发动机模型,把计算域分成若干子域进行并行求解。采用H2和O2的8组分34基元化学反应模型,对恰当化学当量比混合的氢气和氧气在单爆轰管内的起爆和向多管传播的过程进行了数值模拟。计算结果表明:CE/SE方法能很好地捕捉爆轰流场的精细结构,结果与相关文献符合良好;单管产生的爆轰波对旁通爆轰管的流场结构有很大的影响,能引爆其中的可燃气体。

关键词：爆炸力学爆轰流场结构时空守恒元和解元方法爆轰并行分区基元化学反应数值模拟

三维非结构网格Euler方程的LU-SGS算法及其改进

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计算物理 2006年第6期23卷 748-752页

作者：李劲杰杨青杨永年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LU-SGS隐式时间推进格式运用到非结构网格Euler方程的求解中,并对传统LU-SGS格式进行改进,结合网格重排序,发展了一套效率更高的三维Euler方程求解器.以M6机翼及超临界LANN机翼的跨音速无粘流场为算例,将改进LU-SGS格式与四步龙格-库... 详细信息

将LU-SGS隐式时间推进格式运用到非结构网格Euler方程的求解中,并对传统LU-SGS格式进行改进,结合网格重排序,发展了一套效率更高的三维Euler方程求解器.以M6机翼及超临界LANN机翼的跨音速无粘流场为算例,将改进LU-SGS格式与四步龙格-库塔显式格式及传统LU-SGS格式进行了比较.计算结果表明:所有格式的计算结果与实验结果都符合很好;传统LU-SGS格式计算效率为显式格式的3倍多,而改进LU-SGS格式计算效率为显式格式的7倍多.

关键词： Euler方程非结构网格改进LU-SGS 网格重排序

使用RANS/LES混合方法对钝前缘三角翼进行数值模拟(英文)

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空气动力学学报 2012年第3期30卷 373-379页

作者：白俊强王波孙智伟翼型、叶栅空气动力学国防科技重点实验室西北工业大学西安710072

阐述了建立在一方程湍流模型基础上的分离涡模型(DES)和延迟脱体涡模型(DDES),它们很好地模拟了壁面附近的小尺度流动。该方法在大攻角分离流区域,使用了亚格子应力的Smagorinsky大涡数值模拟,模拟亚音速旋涡流动。使用大攻角下的钝前... 详细信息

阐述了建立在一方程湍流模型基础上的分离涡模型(DES)和延迟脱体涡模型(DDES),它们很好地模拟了壁面附近的小尺度流动。该方法在大攻角分离流区域,使用了亚格子应力的Smagorinsky大涡数值模拟,模拟亚音速旋涡流动。使用大攻角下的钝前缘65°大后掠三角翼模型,研究了CFD对涡的发展、破裂以及复杂涡的发展和演变的模拟能力。研究结果说明了方法对模拟分离流动是可行的。

关键词：分离涡模拟延迟脱体涡模拟分离流数值模拟湍流模型

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适用于任意网格拓扑和质量的格心有限体积法

力学学报 2010年第5期42卷 830-837页

作者：蒋跃文叶正寅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

针对格心有限体积法的离散精度易受网格类型影响的问题,基于最小二乘原理,提出了一种适用于任意网格拓扑和网格质量的有限体积方法.在解的光滑区能保证二阶精度,可光滑、陡峭地捕捉激波等强间断面.精度与网格无关,且算法统一的特性使其... 详细信息

针对格心有限体积法的离散精度易受网格类型影响的问题,基于最小二乘原理,提出了一种适用于任意网格拓扑和网格质量的有限体积方法.在解的光滑区能保证二阶精度,可光滑、陡峭地捕捉激波等强间断面.精度与网格无关,且算法统一的特性使其非常适用于网格自适应和多重网格等计算应用,同时也降低了网格生成和流场求解的复杂性.跨音速算例的网格含有多种网格拓扑,计算结果表明发展的线性重构方法(linearreconstruction method,LRM)适用于不同的网格拓扑,计算得到的激波位置准确、陡峭,未产生数值振荡.运用Ringleb流动考查了该方法对低质量网格的收敛性,与传统方法相比,线性重构方法(LRM)不仅平均误差较小,而且误差随网格尺度的收敛性也更好,其精度接近二阶.三段翼型的黏性绕流计算进一步表明网格质量对其精度的影响较小.

关键词：网格拓扑网格质量有限体积法线性重构方法精度

基于响应面法的新型排翼式飞艇的气动优化设计

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力学学报 2011年第6期43卷 1068-1076页

作者：李峰叶正寅高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西安710072

采用均匀试验设计的方法,以后掠排翼式飞艇为初始气动外形,后翼的轴、法向坐标为设计变量,升力、阻力系数和升阻比为目标函数,通过CFD结合响应面近似理论,建立了气动参数的二阶响应面优化模型,并针对排翼式飞艇的升阻特性进行了优化设计... 详细信息

采用均匀试验设计的方法,以后掠排翼式飞艇为初始气动外形,后翼的轴、法向坐标为设计变量,升力、阻力系数和升阻比为目标函数,通过CFD结合响应面近似理论,建立了气动参数的二阶响应面优化模型,并针对排翼式飞艇的升阻特性进行了优化设计.研究结果表明:响应面方法是解决气动优化问题的一种行之有效的方法;优化后排翼式飞艇的气动性能得到明显改善,NACA0020,NACA0030,NACA0040排翼式飞艇的升阻比分别提高了9.61%,6.08%,13.08%;飞翼的轴向和法向位置对各气动参数的影响不尽相同,升力系数C_1和升阻比k对轴向位置更为敏感,而轴向和法向位置对阻力系数C_d的影响则基本相当.

关键词：响应面方法排翼式飞艇气动布局优化设计计算流体力学

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充气结构与流场的耦合求解方法

力学学报 2010年第1期42卷 1-7页

作者：蒋跃文叶正寅张正科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

针对一种充气前缘增升技术,建立了其充气结构与流场耦合作用的运动方程.将方程写成状态空间形式,采用时域推进方法求解.对使用了变前缘增升技术的NACA 63-212翼型进行了充气结构静变形的数值计算,结果表明充气结构的刚度对翼型的气动特... 详细信息

针对一种充气前缘增升技术,建立了其充气结构与流场耦合作用的运动方程.将方程写成状态空间形式,采用时域推进方法求解.对使用了变前缘增升技术的NACA 63-212翼型进行了充气结构静变形的数值计算,结果表明充气结构的刚度对翼型的气动特性有明显影响.与原翼型相比,在不考虑充气结构变形时,该增升技术大约能使翼型的失速迎角增加30%,最大升力系数增加22%;考虑结构变形后增升效果有所降低.刚度较低的薄膜在前缘吸力峰的作用下会隆起形成鼓包,容易引起流动分离.

关键词：充气结构结构运动方程耦合求解时域推进

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一种新型浮升一体化排式飞翼的设计与研究

力学学报 2009年第6期41卷 850-858页

作者：李峰叶正寅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

设计既有较大的内部容积、又有高气动效率的新型浮升一体化气动布局对此类低速飞行器的发展具有重要的科学研究价值和工程应用前景。以NACA0030翼型为基础,构造了具有较高体积率(体积/表面积)的排式飞翼气动布局。对不同排列形式的排式... 详细信息

设计既有较大的内部容积、又有高气动效率的新型浮升一体化气动布局对此类低速飞行器的发展具有重要的科学研究价值和工程应用前景。以NACA0030翼型为基础,构造了具有较高体积率(体积/表面积)的排式飞翼气动布局。对不同排列形式的排式飞翼进行了详细的计算和评估分析,并提出了具有更好操纵性和稳定性的排式后掠飞翼气动布局。数值模拟结果表明:通过排式飞翼中后翼对前翼下方气流的阻滞作用,排式直飞翼和排式后掠飞翼的升阻比分别增大40%和20%,整个飞行器的气动效率显著提高;同时,浮升一体化排式飞翼的弦向尺寸较小,可有效降低材料的表面张力,这为高空飞行器表面柔性材料提供了较宽的选择范围。

关键词：数值模拟浮升一体排式飞翼气动布局升阻比