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飞船返回舱俯仰振荡的动态稳定性研究 被引量:24
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作者 张涵信 袁先旭 +1 位作者 叶友达 谢昱飞 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2002年第3期247-259,共13页
本文研究了以平衡攻角为中心作单自由度俯仰振荡的飞船返回舱 ,其动态稳定形态随来流M∞ 的变化。设θ(t)是由平衡攻角起算的俯仰振荡角 ,Cm 是作用在飞船返回舱上的气动俯仰力矩系数 ,Cμ(θ, θ)· θ是机械阻尼力矩 (自由飞行时... 本文研究了以平衡攻角为中心作单自由度俯仰振荡的飞船返回舱 ,其动态稳定形态随来流M∞ 的变化。设θ(t)是由平衡攻角起算的俯仰振荡角 ,Cm 是作用在飞船返回舱上的气动俯仰力矩系数 ,Cμ(θ, θ)· θ是机械阻尼力矩 (自由飞行时为零 ,实验时要计入其影响 ) ,文中给出飞船返回舱在平衡攻角处的俯仰振荡动态稳定性判据 ,并证明λ =λ(M∞) = Cm θ0+Cμ(0 ,0 ) 1 - Cm ¨θ0 是决定动稳定形态的重要参数。如果随M∞ 的变化 ,λ(M∞)由λ<0经过λ =0变化到λ>0 ,则飞船返回舱将由稳定的点吸引子形态 (即稳定在平衡攻角状态 )演化为周期吸引子形态 (即作周期振荡 )。对应于λ(M∞) =0的马赫数就是飞船返回舱的俯仰运动出现Hopf分叉的临界马赫数Mcr 。本文首先分析了飞船返回舱所受动态气动俯仰力矩的依赖状态变量 ,然后应用非线性动力学理论对飞船返回舱的俯仰运动进行了定性理论分析 ;最后耦合求解俯仰振荡方程和非定常Navier Stokes方程 ,数值模拟了飞船返回舱俯仰振荡随来流马赫数变化的Hopf分叉过程 。 展开更多
关键词 飞船 返回舱 俯仰振荡 动态稳定性 数值模拟
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网格与高精度差分计算问题 被引量:31
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作者 张涵信 呙超 宗文刚 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1999年第4期398-405,共8页
研究NS方程差分求解时来流雷诺数、计算格式精度和计算网格之间的关系.给出了判定空间三个方向上的粘性贡献在给定雷诺数、格式精度和网格下是否能够正确计入的估计方法.指出在NS方程的二阶差分方法的数值模拟中,由于物面法向采用了... 研究NS方程差分求解时来流雷诺数、计算格式精度和计算网格之间的关系.给出了判定空间三个方向上的粘性贡献在给定雷诺数、格式精度和网格下是否能够正确计入的估计方法.指出在NS方程的二阶差分方法的数值模拟中,由于物面法向采用了压缩网格技术,物面附近的网格间距很小,该方向上的粘性贡献可被计入.但是如果流向和周向的网格较粗,相应的差分方程中的粘性贡献可能落入截断误差相同的量级,因此在精度上等于仍是求解略去流向和周向粘性项的薄层近似方程.指出,高阶精度的差分计算格式,可以避免对网格要求苛刻的困难.并进一步讨论了建立高阶精度格式的问题,提出了建立高阶精度格式应该满足的原则:耗散控制原则以及色散控制原则.为了避免激波附近可能出现的微小非物理振荡,建议发展混合高阶精度格式,即在激波区,采用网格自适应的NND格式,在激波以外的区域,采用按上述原则发展的高阶格式. 展开更多
关键词 NS方程 网格判则 高精度格式 差分计算
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后掠三角翼的摇滚及其动态演化问题 被引量:13
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作者 张涵信 刘伟 +1 位作者 谢昱飞 叶友达 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2006年第1期5-9,共5页
利用非线性动力学理论和NS方程与飞行力学方程耦合的数值模拟,研究分析了后掠三角翼摇滚运动的动稳定性,给出了动稳定性的判则以及失稳后的演化规律,指出当来流马赫数和雷诺数一定时,小攻角下是摇滚动稳定的,但大攻角出现Hopf分叉不稳... 利用非线性动力学理论和NS方程与飞行力学方程耦合的数值模拟,研究分析了后掠三角翼摇滚运动的动稳定性,给出了动稳定性的判则以及失稳后的演化规律,指出当来流马赫数和雷诺数一定时,小攻角下是摇滚动稳定的,但大攻角出现Hopf分叉不稳定性。数值模拟和理论分析结论一致,与实验结果符合。 展开更多
关键词 HOPF分叉 动态不稳定 高精度算法 数值模拟
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不带稳定翼飞船返回舱俯仰动稳定性研究 被引量:8
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作者 张涵信 袁先旭 +1 位作者 谢昱飞 叶友达 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2004年第2期130-134,共5页
联盟号飞船返回舱,如果不存在稳定翼,从高超声速到低Mach数时,力矩曲线有由一个平衡迎角(α1),经二个(α1、α′2)到三个(α1、α2、α3)平衡迎角的情况出现。当有一个平衡迎角时,可能有一临界Mach数Mcr,当M∞>Mcr时,平衡迎角处是动... 联盟号飞船返回舱,如果不存在稳定翼,从高超声速到低Mach数时,力矩曲线有由一个平衡迎角(α1),经二个(α1、α′2)到三个(α1、α2、α3)平衡迎角的情况出现。当有一个平衡迎角时,可能有一临界Mach数Mcr,当M∞>Mcr时,平衡迎角处是动稳定的;M∞<Mcr,变为动不稳定的,同时出现极限环。也可能不存在这个Mcr,这时随Mach数降低到M∞=M′cr,即2个平衡迎角的情况,在力矩曲线与α轴相切的平衡点α′2,会出现鞍、结点分叉。M∞<M′cr后,对于存在三个平衡点的情况,在α和 α的相图上,它是结点-鞍点-结点的结构。当α1处是稳定结点形态时,只有在很小的扰动情况下,它才能返回α1的状态。如果α1为不稳定结点状态,在α1附近,微小的扰动,使迎角由α1迅速变成α3或者更大。这是混沌的先兆。 展开更多
关键词 稳定翼 飞船 返回舱 俯仰振荡 动稳定性
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关于飞船的动态稳定问题 被引量:7
5
作者 张涵信 冉政 +1 位作者 呙超 周伟江 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1999年第2期123-129,共7页
本文研究了以平衡攻角为中心作俯仰振荡的飞船,其动态稳定形态随来流马赫数M∞的变化。设θ(t)是由平衡攻角起算的俯仰振荡角,cm(θ,θ)是作用于飞船上的气动力矩系数,cμ(θ,θ)θ是阻尼力矩(天上飞行时为零),可以... 本文研究了以平衡攻角为中心作俯仰振荡的飞船,其动态稳定形态随来流马赫数M∞的变化。设θ(t)是由平衡攻角起算的俯仰振荡角,cm(θ,θ)是作用于飞船上的气动力矩系数,cμ(θ,θ)θ是阻尼力矩(天上飞行时为零),可以证明λ=(cmθ)θ=θ=0+cμ(0,0)=λ(M∞)是决定动稳定形态的重要参数。如果随M∞变化,λ由小于零经λ=0变化到λ>0,则飞船将由稳定的点吸引子状态(即稳定在平衡攻角状态)发展为时间周期吸引子状态(即作周期振荡),对应于λ(M∞)=0的那个马赫数Mcr是出现该Hopf分岔的临界马赫数。本文利用耦合求解俯仰振荡方程和NS方程的数值模拟方法,模拟了这种运动形态。 展开更多
关键词 动稳定性 极限 HOPF分岔 飞船 N-S方程
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关于建立高阶差分格式的问题 被引量:11
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作者 张涵信 李沁 庄逢甘 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 1998年第1期14-23,共10页
为了能在不太密的网格上捕捉到流场的细致结构,通常采用高阶精度的差分格式进行数值模拟。为能抑制计算过程中和在激波附近产生的虚假波动,本文从物理构思出发,提出了建立高阶格式的两个基本原则,作者称之为抑制波动的原则和稳定性... 为了能在不太密的网格上捕捉到流场的细致结构,通常采用高阶精度的差分格式进行数值模拟。为能抑制计算过程中和在激波附近产生的虚假波动,本文从物理构思出发,提出了建立高阶格式的两个基本原则,作者称之为抑制波动的原则和稳定性原则。通过对典型问题的计算表明,这些原则是有效的,由此建立的二阶格式即NND格式无虚假波动,由此建立的三、四阶以上的格式仅在激波附近有微小波动。算例还表明,不符合文中原则的高阶格式的结果则要差得多。为了进一步克服激波附近的微小波动,文中还建议了两种方法,一种是基于熵增原则的方法,另一种是采用激波附近为二阶NND格式、其它区域为高阶格式的混合方法。 展开更多
关键词 高阶精度 差分格式 计算空气动力学 混合格式
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H_2/O_2燃烧的超声速非平衡流动的数值模拟 被引量:12
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作者 张涵信 陈坚强 高树椿 《宇航学报》 EI CSCD 北大核心 1994年第2期14-23,共10页
本文从包含组分方程的完全NS方程出发,采用NND格式和H2/O2燃烧模型,通过求解NS方程,模拟了具有压缩拐角的二维管道和球头两类激波点火、燃烧流动。计算清楚地给出了流场中的激波、爆震波以及各种物理量的分布,并分析了... 本文从包含组分方程的完全NS方程出发,采用NND格式和H2/O2燃烧模型,通过求解NS方程,模拟了具有压缩拐角的二维管道和球头两类激波点火、燃烧流动。计算清楚地给出了流场中的激波、爆震波以及各种物理量的分布,并分析了激波、爆震波及其相互之间的耦合。在此基础上,讨论了稀释剂添加情况对流场的影响。计算中为了解决耦合方程组的刚性,提高计算的稳定时间步长,对化学生成源项,妥善地采用了隐式处理技术。 展开更多
关键词 非平衡流 爆震波 NS方程 微波
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三维可压缩非定常流的壁面分离判据及其分离线附近的流动形态 被引量:4
8
作者 张涵信 张树海 +2 位作者 田浩 张来平 李沁 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第4期421-430,463,共11页
通过引入依赖于密度的物面法向速度变换wr=-1ρh1h∫2z0h1h2ρtdz,描述物理速度空间(ua,va,wa=u,v,w+wr)具有无滑移壁面条件的三维可压缩非定常连续方程可转换成变换速度空间(u,v,w)内具有无滑移条件定常连续方程。因此,采用定常壁... 通过引入依赖于密度的物面法向速度变换wr=-1ρh1h∫2z0h1h2ρtdz,描述物理速度空间(ua,va,wa=u,v,w+wr)具有无滑移壁面条件的三维可压缩非定常连续方程可转换成变换速度空间(u,v,w)内具有无滑移条件定常连续方程。因此,采用定常壁面分离的分析方法和结论,再通过变换和研究wr的贡献,给出了三维可压缩非定常壁面分离的判则以及分离线附近的流动形态。研究指出,二维和三维情况下,都出现伴有壁外附着的壁面分离情况。数值模拟证实了理论和结论。 展开更多
关键词 可压缩非定常流动 壁面分离 分离流面 分离判则
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三维定常分离流和涡运动的定性分析研究 被引量:39
9
作者 张涵信 邓小刚 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1992年第1期8-20,共13页
本文由两部分组成。第一部分研究和分析了物体表面上的分离形态,指出若分离线从奇点始,该奇点为鞍点;若在奇点终,该奇点为结点。若分离线上有很多奇点,其鞍点和结点是交替分布的。分离线的起始,可能有三种形态:一种称之为闭式分离的鞍... 本文由两部分组成。第一部分研究和分析了物体表面上的分离形态,指出若分离线从奇点始,该奇点为鞍点;若在奇点终,该奇点为结点。若分离线上有很多奇点,其鞍点和结点是交替分布的。分离线的起始,可能有三种形态:一种称之为闭式分离的鞍点起始;一种为正常点起始;一种为鞍、结点组合形态起始。可以把正常点起始和距离很近的鞍、结点组合形态起始称之为开式分离。在一定条件下,闭式分离的形态,先转变为鞍、结点组合的形态,然后过渡到正常点的开式分离。第二部分研究了旋涡沿其轴线发展过程中,其横截面流线形态的发展,指出旋涡轴线上物理量λ=(1/ρ)(ρw/z)是决定流线形态的重要参量。如果λ>0,截面流线在涡心附近是稳定的螺旋点形态。如果λ<0,为不稳定的螺旋点形态,如果λ=0,流线形态是中心型的,当沿涡轴λ由正变负或由负变正时,相应在涡心附近截面流线由稳定螺旋点形态变为不稳定螺旋点形态,或由不稳定螺旋点形态变为稳定螺旋点形态;并且从λ由正到负的变号点起,截面流线产生稳定的极限环,或从λ由负到正的变号点起,产生不稳定的极限环。旋涡破裂只能发生在截面流线为不稳定螺旋点形态的区域中,在通过涡轴的纵向平面内,破裂点处的流线形态是鞍型的。破裂涡的合拢点处在不稳定的极限环区域内。 展开更多
关键词 分离流动 旋涡流动 涡破裂
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高精度差分求解气动方程的几个问题 被引量:32
10
作者 张涵信 贺国宏 张雷 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1993年第4期347-356,共10页
本文探讨了发展高精度格式的必要性,研究了高精度格式与网格以及熵增条件的关系,并发展了一种半离散化的空间为三阶精度的格式。从此半离散化的格式出发,可建立多步显式格式及隐式格式。模型问题的计算表明,该三阶精度的格式具有好的精... 本文探讨了发展高精度格式的必要性,研究了高精度格式与网格以及熵增条件的关系,并发展了一种半离散化的空间为三阶精度的格式。从此半离散化的格式出发,可建立多步显式格式及隐式格式。模型问题的计算表明,该三阶精度的格式具有好的精度,且激波附近基本上没有波动。 展开更多
关键词 TVD格式 ENO格式 气动方程
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关于CFD验证确认中的不确定度和真值估算 被引量:28
11
作者 张涵信 查俊 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第1期39-45,共7页
本文回顾了CFD验证、确认中不确定度的概念和研究方法,CFD的不确定度尚无表达式可以使用。本文也讨论了现在正在进行的实验验证,对各个参加验证的软件,如何作出定量的精度评价也缺乏原则。针对这些情况,我们在不改变不确定度定义的前提... 本文回顾了CFD验证、确认中不确定度的概念和研究方法,CFD的不确定度尚无表达式可以使用。本文也讨论了现在正在进行的实验验证,对各个参加验证的软件,如何作出定量的精度评价也缺乏原则。针对这些情况,我们在不改变不确定度定义的前提下,对不确定度作了新的解读,即不确定度可解读为计算值或实验值与真值准确到前n位,从而可给出不确定度的表达式和真值估算的原则。并根据大样本数据的统计理论,对真值认为接近数学期望,从而给出准确到n位真值的计算方法。这个方法,可用于计算结果的检验,例如当模型一定时,可用此法寻求计算方法的真值,对算法进行检验;如算法一定模型改变时,也可用于检验模型的可靠性。利用这种方法,在没有实验结果的情况下,也可评价各计算软件的质量。这个方法当然也可以运用处理实验数据。因为CFD中计算模型是人为建立的,虽然可以检验它的解是否正确,但与物理情况是否一致,并未得到回答。因此,开展实验验证是必需的。 展开更多
关键词 CFD 不确定度 真值估算
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细长锥体有攻角绕流对称流态到非对称流态的结构稳定性研究 被引量:12
12
作者 张涵信 冉政 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 1997年第1期20-26,共7页
从结构稳定性的思路出发,研究了圆锥体有攻角绕流对称流态到非对称流态的转变。借助结构稳定性理论,发现小攻角下对称流态是结构稳定的,但大攻角下对称流态是结构不稳定的。文中给出了判定出现结构不稳定的对称流态的数学条件.
关键词 锥体 绕流 非对称流态 拓扑分析 结构稳定性
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高超声速层流尾迹的数值模拟 被引量:15
13
作者 张涵信 黎作武 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1992年第4期389-399,共11页
本文利用无波动、无自由参数、耗散的差分格式(NND格式),通过求解NS方程,数值模拟了高超声速层流尾迹的流动,清晰地给出了主激波、拐角膨胀波、迹激波及自由剪切层,所得流场物理量的分布与实验结果甚为一致。计算发现了底部迴流区由起... 本文利用无波动、无自由参数、耗散的差分格式(NND格式),通过求解NS方程,数值模拟了高超声速层流尾迹的流动,清晰地给出了主激波、拐角膨胀波、迹激波及自由剪切层,所得流场物理量的分布与实验结果甚为一致。计算发现了底部迴流区由起始向定常的发展中,在瞬时流线图上经历了极限环形成、胀大、缩小、再胀大最后消失的演变过程。 展开更多
关键词 高超声速流动 尾迹流动 数值模拟
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垂直于物面的横截面上流态的拓扑 被引量:7
14
作者 张涵信 国义军 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第1期1-13,共13页
对于旋成体有攻角绕流 ,本文研究了垂直于物面的横截面上的流态结构。利用解析方法 ,给出了物面轮廓线上、迎风和背风对称线上以及全横截面上截面流线方程奇点的分布规律以及奇点沿流动方向的演变规律 ,从而可定性地确定截面流态的结构... 对于旋成体有攻角绕流 ,本文研究了垂直于物面的横截面上的流态结构。利用解析方法 ,给出了物面轮廓线上、迎风和背风对称线上以及全横截面上截面流线方程奇点的分布规律以及奇点沿流动方向的演变规律 ,从而可定性地确定截面流态的结构。通过求解NS方程 ,数值模拟了钝锥有攻角高超声速绕流流场 ,计算获得的垂直于物面的横截面流线的拓扑结构和理论分析完全一致。 展开更多
关键词 横向截面流态 拓扑分析 数值模拟 流态结构
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钝锥有攻角分离流动的数值模拟及其分析 被引量:3
15
作者 张涵信 沈清 高树椿 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1991年第2期160-175,共16页
本文定性分析了开式分离的性状,并对钝锥有攻角超声速绕流的开式分离作了数值模拟。分析指出,开式分离可能存在两种形态,第一种分离线的起点为正常点,第二种分离线的起始为鞍、结点(包括螺旋点)的组合。对于第一种形态,分离线的起点是... 本文定性分析了开式分离的性状,并对钝锥有攻角超声速绕流的开式分离作了数值模拟。分析指出,开式分离可能存在两种形态,第一种分离线的起点为正常点,第二种分离线的起始为鞍、结点(包括螺旋点)的组合。对于第一种形态,分离线的起点是横向分离的起始点,除分离线外,分离面上的流线不是从分离线的起点发出的。对文中计算的情况,流动属第一种开式分离。计算证实了定性分析的结论。计算和分析均指出,对第一种开式分离,在分离的起始区域,分离流面尚未卷曲,但在下游,则变成卷曲面。文中还研究了围绕物体的流管在分离诱导下的变形情况。 展开更多
关键词 分离流动 开式分离 大攻角 绕流
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分离流和涡运动横截面流态的拓扑 被引量:22
16
作者 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1997年第1期1-12,共12页
为表征分离流和涡运动的空间特征,实验和计算多给出各横截面上流态。本文给出了横截面流态的拓扑规则,它们是:物体横截面轮廓线上半奇点的分布规则;横截面流态奇点总数的拓扑规则;Poincare指数判定表面纵向分离起始和终结的规则;... 为表征分离流和涡运动的空间特征,实验和计算多给出各横截面上流态。本文给出了横截面流态的拓扑规则,它们是:物体横截面轮廓线上半奇点的分布规则;横截面流态奇点总数的拓扑规则;Poincare指数判定表面纵向分离起始和终结的规则;物面坡度为正时,横截面对称线上奇点数目的规则;物面坡度为负时,横截面对称线上奇点数目的规则。文中通过对正钝锥和倒钝锥高超声速绕流的NS方程的数值模拟,比较和验证了上面的拓扑规则。结果表明,计算和理论完全一致,理论对指导数值模拟,具有重要意义。 展开更多
关键词 横向流拓扑 分离流动 旋涡运动 数值模拟
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钝锥超声速粘性绕流的隐式推进求解方法研究 被引量:1
17
作者 张涵信 姚慧 +1 位作者 高树椿 沈清 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1990年第3期235-246,共12页
本文提出了一种新的推进求解方法。通过对模型方程的稳定性分析和钝锥超声速绕流的数值模拟,表明该方法既克服了文献中推进格式步长有下界和稳定性差的不足,也克服了亚声速区压力不好处理的困难。文中建立的一阶、二阶隐式推进格式,稳... 本文提出了一种新的推进求解方法。通过对模型方程的稳定性分析和钝锥超声速绕流的数值模拟,表明该方法既克服了文献中推进格式步长有下界和稳定性差的不足,也克服了亚声速区压力不好处理的困难。文中建立的一阶、二阶隐式推进格式,稳定性好,推进步长无下界,计算结果的精度较高。 展开更多
关键词 绕流 超声速流 推进求解 钝锥体
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关于CFD计算结果的不确定度问题 被引量:17
18
作者 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2008年第1期47-49,90,共4页
本文研究CFD的准确度和不确定度问题,希望给出一种说法,以此说明CFD的可用性、面临的现状和问题,并进一步研究提高CFD准确度的措施。
关键词 CFD 数值模拟 准确度 验证与确认
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关于CFD高精度保真的数值模拟研究 被引量:14
19
作者 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2016年第1期1-4,共4页
本文由四部分组成。第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解NS方程时,计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。第三部分分析... 本文由四部分组成。第一部分研究了利用高阶格式、网格、物理模型和高性能计算机求解NS方程时,计算数据的高精度保真性的要求以及高精度保真的指标。第二部分研究了利用大规模计算开展大涡模拟和直接数值模拟存在的问题。第三部分分析了在高雷诺数下NS方程计算方法和网格的关系。最后提出了建立计算数值验证、确认的新方法。 展开更多
关键词 保真高精度 大涡模拟(LES) 网格和格式的关系 验证确认
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真实气体流动的相似规律 被引量:13
20
作者 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 1990年第1期1-8,共8页
本文从具有化学反应的NS方程出发导出了真实气体流动的相似律,分别给出了高温空气非平衡流、平衡流和冻结流的相似参数。文中还讨论了航天飞机轨道器各种Mach数范围内的真实气体流动的相似参数和实验模拟问题。
关键词 真实气体 相似律 流动 航天器
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