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一种改进的紧致WENO混合格式 被引量:7
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作者 武从海 赵宁 田琳琳 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第4期477-481,共5页
给出了一种用于激波捕捉计算的守恒型混合紧致WENO格式。混合格式可视为五阶WENO格式和五阶守恒紧致格式的加权平均。在格式构造中,本文采用了间断分辨率更好的WENO权因子计算方法以及新的子格式权因子计算方法。对于Euler方程,仅对混... 给出了一种用于激波捕捉计算的守恒型混合紧致WENO格式。混合格式可视为五阶WENO格式和五阶守恒紧致格式的加权平均。在格式构造中,本文采用了间断分辨率更好的WENO权因子计算方法以及新的子格式权因子计算方法。对于Euler方程,仅对混合格式中WENO格式部分做特征投影处理,不仅获得了特征型WENO格式良好的间断分辨率,同时又保证了计算效率。数值实验验证了本文混合格式的高时间效率和高流场分辨率。 展开更多
关键词 高精度格式 紧致格式 WENO格式 混合格式
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超声速喷流激波噪声基础问题数值模拟研究进展
2
作者 张树海 武从海 +2 位作者 罗勇 韩帅斌 张俊龙 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期1-27,共27页
超声速喷流问题是一个包含激波、旋涡、湍流和声波的多尺度复杂流动问题,其数值模拟方法及激波噪声产生机制是相关研究的长期热点和难点。本文简要回顾了超声速喷流激波噪声研究进展,重点介绍了针对激波噪声计算方法的非物理噪声消除技... 超声速喷流问题是一个包含激波、旋涡、湍流和声波的多尺度复杂流动问题,其数值模拟方法及激波噪声产生机制是相关研究的长期热点和难点。本文简要回顾了超声速喷流激波噪声研究进展,重点介绍了针对激波噪声计算方法的非物理噪声消除技术和光滑因子设计准则,针对超声速喷流激波噪声研究设计的模型问题(包括旋涡–旋涡相互作用、激波–旋涡相互作用和激波–剪切层相互作用等),以及轴对称和三维超声速喷流的研究进展。本文还介绍了作者最近针对超声速喷流开展的三维直接数值模拟、实验验证工作和初步分析结果(包括轴对称模态定位、束缚波演化和摆动模态发展等)。 展开更多
关键词 超声速喷流 激波 旋涡 湍流 噪声 数值模拟
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复杂地形风电场的机组布局优化 被引量:16
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作者 田琳琳 赵宁 +1 位作者 武从海 沈志伟 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期503-509,共7页
针对如何在复杂地形风电场内有效地排布风力机机组,以达到风电场年发电量最大和年运行成本最低的目标进行了研究。选取规则对称的山地地形风电场为研究对象,采用应用较为广泛的工程模型模拟复杂风场的流动分布特征,并将结果与商用软件Fl... 针对如何在复杂地形风电场内有效地排布风力机机组,以达到风电场年发电量最大和年运行成本最低的目标进行了研究。选取规则对称的山地地形风电场为研究对象,采用应用较为广泛的工程模型模拟复杂风场的流动分布特征,并将结果与商用软件Fluent的模拟结果进行对比分析,确保该工程模型的计算精度。此外,还依据风能项目经验对风电场的年运行成本进行建模。然后,基于NCGA算法以机组总台数和每台风力机位置为决策变量,以年发电量和年运行成本为目标进行多目标优化。最后,文中给出优化后的风电场特征参数及机组布局轮廓图,将来可为真实风电场的微观选址工作提供理论依据和数据支持。 展开更多
关键词 复杂地形风电场 机组布局优化 风加速效应 尾流效应 邻域培植遗传算法
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风电场的机组布局优化研究 被引量:11
4
作者 田琳琳 赵宁 武从海 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第3期462-468,共7页
以风电场年发电量和总投资成本为目标对平坦风电场机组布局进行优化。以统计得到的真实风资源分布作为输入,采用修正的Jensen尾流模型模拟机组之间的尾流干扰效应,根据实际工程经验对风电场的总投资成本进行数学建模。然后,基于NSGA-Ⅱ... 以风电场年发电量和总投资成本为目标对平坦风电场机组布局进行优化。以统计得到的真实风资源分布作为输入,采用修正的Jensen尾流模型模拟机组之间的尾流干扰效应,根据实际工程经验对风电场的总投资成本进行数学建模。然后,基于NSGA-Ⅱ算法以机组总台数和每台风力机位置为决策变量,以年发电量和总投资成本为目标函数进行多目标优化。另外,该文还将上述两个目标折合为单目标(度电投资成本)进行优化。最后,给出多目标和单目标优化得到的风电场特征参数包括总投资成本、年发电量、风电场效率、度电投资成本以及相应的机组布局轮廓图。 展开更多
关键词 风电场 机组布局优化 尾流效应 NSGA—II算法 多目标优化
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高亚声速射流的流声分离及束缚波特性分析
5
作者 韩帅斌 王益民 +2 位作者 武从海 罗勇 李虎 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3142-3151,共10页
高亚声速射流噪声是民航客机推进系统噪声的重要来源,其噪声组分包含了宽频湍流混合噪声和近来发现的近场离散频率束缚波.束缚波受到近场动力学脉动干扰,导致难以清晰识别其空间结构和传播特性.准确分离射流近场中的束缚波是揭示其物理... 高亚声速射流噪声是民航客机推进系统噪声的重要来源,其噪声组分包含了宽频湍流混合噪声和近来发现的近场离散频率束缚波.束缚波受到近场动力学脉动干扰,导致难以清晰识别其空间结构和传播特性.准确分离射流近场中的束缚波是揭示其物理特性的关键.文章发展了模态分解与物理属性耦合的HD-SPOD流声分离方法,可识别并分离脉动速度场的动力学模态和可压缩模态,其中可压缩模态可用于表征声模态并反映声模态的主要特征,为揭示流动近场流声特性提供了分析工具.应用该方法分析了射流马赫数为0.9的高亚声速射流的脉动速度场,获得了对应于束缚波频率的主导SPOD模态的动力学模态和声模态,并研究两种模态的空间结构特征和传播特性.研究发现:亚声速射流势核内不仅存在声模态束缚波,也存在动力学模态“束缚波”,其中声模态束缚波存在多阶径向结构,动力学模态“束缚波”沿径向则只存在单阶结构;声模态束缚波主要存在于势核前端,在势核内向上游传播;动力学模态“束缚波”则分布于整个势核内并向下游输运. 展开更多
关键词 亚声速射流 流声分离 束缚波
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航空航天CFD物理模型和计算方法的述评与挑战 被引量:45
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作者 阎超 屈峰 +3 位作者 赵雅甜 于剑 武从海 张树海 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第5期829-857,I0001,共30页
CFD(computational fluid dynamics)在航空航天中的应用发展迅速、成效斐然,成为飞行器研制和空气动力学研究的重要手段。但另一方面,CFD在物理模型和计算方法等核心理论上的进步却显得步履蹒跚。为此,本文聚焦CFD在航空航天中的应用,... CFD(computational fluid dynamics)在航空航天中的应用发展迅速、成效斐然,成为飞行器研制和空气动力学研究的重要手段。但另一方面,CFD在物理模型和计算方法等核心理论上的进步却显得步履蹒跚。为此,本文聚焦CFD在航空航天中的应用,从湍流模型、转捩模型、通量求解方法以及高阶格式等CFD关键问题评述其发展现状及面临的挑战。在湍流模型中,重点论述了常用的线性涡黏性模型的现状和特性,尤其是其不足,对比分析了更复杂的雷诺应力模型。在转捩模型中,主要包括低雷诺数湍流模型、间歇因子转捩模型和层流动能转捩模型等,重点介绍了各类模型的发展历程、构造方式和适用范围。在通量求解方法中,重点关注迎风通量格式,论述其在解决激波异常、overheating、全速域模拟、多维流动等问题方面的发展现状。在高阶格式中,主要关注WENO和DG等格式,论述其在计算精度、时间求解、激波捕捉、计算效率等性能方面的现状和问题。最后针对上述方向给出了简要总结和未来发展的建议等。 展开更多
关键词 计算流体力学 湍流模型 转捩模型 通量格式 高阶格式
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7阶WENO-S格式的计算效率研究 被引量:2
7
作者 武从海 李虎 +2 位作者 刘旭亮 罗勇 张树海 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第1期239-253,共15页
WENO-S格式是一类适合于含间断问题数值模拟的加权本质无振荡格式.这类格式的光滑因子满足对单频波为常数,这使得其近似色散关系与线性基底格式一致,并且具有良好的小尺度波动模拟能力.计算效率是数值方法性能指标的一个重要方面.由于WE... WENO-S格式是一类适合于含间断问题数值模拟的加权本质无振荡格式.这类格式的光滑因子满足对单频波为常数,这使得其近似色散关系与线性基底格式一致,并且具有良好的小尺度波动模拟能力.计算效率是数值方法性能指标的一个重要方面.由于WENO-S格式的光滑因子在各子模板上的计算公式除下标不同外形式一致,在计算线性对流方程相邻数值通量时,部分光滑因子完全相同.为此提出一种消除WENO-S格式冗余光滑因子计算的方法.该方法要求一条网格线上用于重构或插值的量可以表示为一个序列.基于此要求分析其对于几种不同物理问题的可行性和使用方法.以7阶WENO-S格式为例介绍了格式性质和去除冗余光滑因子计算的方法.该方法中预先计算和存储一条网格线上的所有光滑因子,在网格点较多的情况下,光滑因子计算次数约为原7阶WENO-S格式的1/4.对一维对流问题、球面波传播问题、二维旋转问题、二维小扰动传播问题及一维和二维无黏流动问题进行了数值模拟.结果表明该格式对多种流动结构具有良好的捕捉能力,并且同时具有良好的计算效率,去除冗余计算后又降低了约20%的计算时间. 展开更多
关键词 WENO格式 光滑因子 激波捕捉格式 高精度格式 时间效率
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基于模态分解的轴对称超声速射流啸声产生位置数值分析 被引量:3
8
作者 李虎 罗勇 +3 位作者 韩帅斌 王益民 武从海 刘旭亮 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期975-990,I0003,共17页
不完全膨胀超声速射流的势核中会产生准周期的激波栅格结构,其与剪切层内拟序结构的相互作用会产生激波噪声.啸声是主要向上游方向传播的、具有离散频率的高强度激波噪声,其产生是受一种非线性的声反馈环机制驱动.精确定位啸声的声源位... 不完全膨胀超声速射流的势核中会产生准周期的激波栅格结构,其与剪切层内拟序结构的相互作用会产生激波噪声.啸声是主要向上游方向传播的、具有离散频率的高强度激波噪声,其产生是受一种非线性的声反馈环机制驱动.精确定位啸声的声源位置是定量理解啸声反馈环机制和发展准确的啸声预测模型的一个关键所在.为了分析近场啸声,本文采用高精度数值方法直接求解轴对称可压缩Navier-Stokes方程,数值模拟了完全膨胀射流马赫数为1.10和1.15的圆形声速喷管欠膨胀超声速冷射流,得到了A_(1)和A_(2)两种轴对称模态啸声.通过傅里叶模态分解、本征模态分解和动态模态分解,分析了射流时序压力场和速度场,研究了啸声关联拟序流动结构的空间演化,精确定位了轴对称模态啸声的声源位置.研究表明:啸声关联拟序流动结构存在饱和态区域,啸声声波是在其饱和态区域产生并向外传播;在本文所涉及的射流马赫数范围内,A_(1)和A_(2)两种轴对称模态啸声的有效声源位置分别是在第4和第3个激波栅格结构的尾缘. 展开更多
关键词 轴对称超声速射流 啸声 声源位置 模态分解 数值模拟
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基于梯度场的紧致差分最小二乘面形重建算法 被引量:1
9
作者 巫玲 武从海 +1 位作者 陈念年 范勇 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期275-280,共6页
为快速准确根据测得的梯度场重建表面面形,针对基于最小二乘全局积分的重建技术,采用紧致差分算子建立全局最优化的代价函数以提高重建精度,将代价函数表示为Sylvester方程,利用Hessenberg-Schur算法求解,将常用最小二乘全局积分技术的... 为快速准确根据测得的梯度场重建表面面形,针对基于最小二乘全局积分的重建技术,采用紧致差分算子建立全局最优化的代价函数以提高重建精度,将代价函数表示为Sylvester方程,利用Hessenberg-Schur算法求解,将常用最小二乘全局积分技术的空间和时间复杂度分别从O (N2)和O (N3)降低到O(N)和O(N3/2)。实验结果表明:采用四阶精度的紧致差分算子时,文中算法重建精度比高阶截断误差最小二乘积分法(HFLI)和全局最小二乘法(GLS)提高了一个数量级,采用六阶精度的紧致差分算子时重建精度比基于样条的最小二乘积分法(SLI)提高了一个数量级;鲁棒性优于GLS,弱于HFLI和SLI;重建速度显著优于HFLI和SLI,略优于GLS。 展开更多
关键词 三维面形重建 梯度场 最小二乘全局积分 紧致差分 SYLVESTER方程
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一种面向激波噪声计算的加权优化紧致格式及非线性效应分析 被引量:1
10
作者 李虎 罗勇 +3 位作者 刘旭亮 武从海 韩帅斌 王益民 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期2747-2759,I0003,共14页
在超声速流动中,激波与湍流结构的相互作用会产生高强度的激波噪声.激波噪声的高保真计算要求激波捕捉格式具有高阶精度、低耗散和低色散特性,同时还要尽可能地减弱格式的非线性效应.现有的六阶精度迎风/对称混合型加权非线性紧致格式CC... 在超声速流动中,激波与湍流结构的相互作用会产生高强度的激波噪声.激波噪声的高保真计算要求激波捕捉格式具有高阶精度、低耗散和低色散特性,同时还要尽可能地减弱格式的非线性效应.现有的六阶精度迎风/对称混合型加权非线性紧致格式CCSSR-HW-6在基于对称模板构造网格中心处的数值通量时引入了两级加权,且两级加权都需要构造非线性的权系数,因而非线性效应较强.本文以修正波数的误差积分函数为优化目标函数,优化了CCSSR-HW-6格式的非线性特性,建立了加权优化紧致格式WOCS.精度验证表明WOCS格式的精度高于5阶.谱特性分析表明,与原方法相比, WOCS格式的耗散误差和非线性效应显著降低.典型激波噪声问题数值实验表明:WOCS格式不仅提高了对高频波的分辨能力,而且显著地消除了数值解中因格式的非线性效应所导致的非物理振荡. 展开更多
关键词 激波噪声 激波捕捉格式 紧致格式 非线性效应
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增强优化格式在声散射问题中的应用 被引量:1
11
作者 武从海 马瑞轩 +1 位作者 王益民 张树海 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第6期1120-1128,I0003,共10页
优化差分格式一般用于气动声学和湍流等多尺度问题的数值模拟,这类格式为了获得更精确的数值结果通常牺牲了收敛精度阶数。文献[1]中构造了一种七点模板上最高阶精度格式与优化格式的加权组合格式,该格式达到了最优阶收敛精度,并获得了... 优化差分格式一般用于气动声学和湍流等多尺度问题的数值模拟,这类格式为了获得更精确的数值结果通常牺牲了收敛精度阶数。文献[1]中构造了一种七点模板上最高阶精度格式与优化格式的加权组合格式,该格式达到了最优阶收敛精度,并获得了更好的谱分辨率性质。由于该格式比普通优化格式具有更好的谱分辨率性质,这里称其为增强优化格式。本文将讨论基于不同优化格式构造的增强优化格式,通过线性传播方程的数值测试选取表现相对较好的增强优化格式,然后针对声波散射问题进行数值模拟与分析。结果表明,该格式计算结果与六阶中心紧致格式相近,但所需计算时间更短;此外,增强优化格式为显式格式,因此相比紧致格式更容易处理边界条件以及更容易进行并行计算。 展开更多
关键词 优化格式 增强优化格式 高精度格式 计算气动声学 DRP格式 声散射
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一种混合优化差分格式 被引量:1
12
作者 武从海 王益民 张树海 《气体物理》 2019年第6期22-28,共7页
优化差分格式一般用于计算气动声学和小尺度的湍流数值模拟,这类格式为了获取更好的短波分辨率通常牺牲了部分收敛精度.文章尝试结合最高阶精度格式与优化格式的特点,构造混合优化格式,提高优化格式的收敛精度以及谱分辨率.混合优化格... 优化差分格式一般用于计算气动声学和小尺度的湍流数值模拟,这类格式为了获取更好的短波分辨率通常牺牲了部分收敛精度.文章尝试结合最高阶精度格式与优化格式的特点,构造混合优化格式,提高优化格式的收敛精度以及谱分辨率.混合优化格式由模板上的最高阶精度格式与优化格式加权组合得到,权系数由当前模板上的值确定,这使得该格式为非线性格式.对于单色波问题,通过优化权的设计可大幅度减小相位误差.但是加权混合过程使得计算时间有所增加.数值计算证明了该格式的特点. 展开更多
关键词 优化格式 高精度格式 计算气动声学 混合格式 单色波
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空腔流动的动量分解及能量输运特性 被引量:4
13
作者 韩帅斌 罗勇 +2 位作者 李虎 武从海 张树海 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期359-368,共10页
空腔结构广泛应用于航空航天飞行器部件及地面交通工具中,其复杂的流声特性是相关工程设计中必须考虑的关键问题.空腔流动中的流声相互作用是空腔自持振荡的重要过程,准确识别并解耦空腔内的流体动力学模态和声模态,是深入理解空腔流声... 空腔结构广泛应用于航空航天飞行器部件及地面交通工具中,其复杂的流声特性是相关工程设计中必须考虑的关键问题.空腔流动中的流声相互作用是空腔自持振荡的重要过程,准确识别并解耦空腔内的流体动力学模态和声模态,是深入理解空腔流声相互作用和能量转化机制的关键.通过直接求解二维Navier-Stokes方程数值模拟来流马赫数Ma=0.8的亚声速空腔流动,获得高精度流场数据;采用动量势理论,对动量进行流声组分分解,获得了动量的涡熵动力学组分和声组分,并分析各组分的空间分布特征、时间演化特性以及能量输运特性.结果表明:空腔流动中动量的涡熵动力学组分仅存在于近场,集中于剪切层内呈层状分布特性,且二者分布相似,随主流以对流速度向下游运动;其中涡组分携带的能量从剪切层内不断输运至剪切层外侧及空腔后缘点处,熵组分携带的能量则不断向剪切层内输运,并在剪切层内耗散;声组分同时存在于近场和远场,呈现出典型的压缩膨胀特征,其携带的能量以声能形式由后缘点处不断以声速向上游和远场传播. 展开更多
关键词 空腔流动 动量势理论 涡组分 声组分 熵组分
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WENO格式的一种新型光滑因子及其应用 被引量:3
14
作者 刘旭亮 武从海 +1 位作者 李虎 范召林 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2023年第5期20-34,I0001,共16页
光滑因子是构造WENO格式的关键,决定了WENO格式能否达到最优收敛精度以及在间断附近能否保持本质无振荡特性。针对广泛应用的五阶WENO格式,采用算子函数近似导数关系的方法,设计了一种新型光滑因子。在间断区域,与传统的光滑因子相比,... 光滑因子是构造WENO格式的关键,决定了WENO格式能否达到最优收敛精度以及在间断附近能否保持本质无振荡特性。针对广泛应用的五阶WENO格式,采用算子函数近似导数关系的方法,设计了一种新型光滑因子。在间断区域,与传统的光滑因子相比,新型光滑因子对间断的识别更准确。在光滑区域,新型光滑因子使得新型WENO格式的非线性权更接近线性权。理论分析和数值验证表明新型WENO格式即使在一阶临界点也能保持一致五阶精度。一维典型激波问题的数值结果表明,与现有WENO格式相比,新型WENO格式提高了短波的分辨率,降低了格式的耗散,同时能够准确识别间断。对于典型包含激波和剪切层的流动问题,新型WENO格式不仅能够准确地捕捉强激波,而且能够精细模拟剪切层和声波等流场结构。 展开更多
关键词 WENO格式 光滑因子 收敛精度 非线性权 捕捉激波
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SMOOTHNESS INDICATOR OF WENO SCHEME FOR RESOLVING SHORT WAVE
15
作者 武从海 赵宁 +1 位作者 徐爽 王东红 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2013年第2期125-131,共7页
Based on the traditional fifth-order weighted essentially non-oscillatory(WENO)scheme,a smoothness indicator is introduced to improve the capability of WENO schemes for resolving short waves.In the construction of the... Based on the traditional fifth-order weighted essentially non-oscillatory(WENO)scheme,a smoothness indicator is introduced to improve the capability of WENO schemes for resolving short waves.In the construction of the new smoothness indicator,the proportion of the first-order term in the original smoothness indicator is reduced by replacing the square of the first-order term with the product of the first-order and the third-order terms.To preserve the fifth-order of convergence rate,the smoothness indicator is combined with the method of Borges,et al.The numerical results show that the proposed schemes are more suitable for simulating turbulent flows or aeroacoustics problems than the previous fifth-order WENO schemes,thanks to its improved resolution on short waves. 展开更多
关键词 WENO scheme smoothness indicator high-order scheme
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