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关于变形网格“几何守恒律”概念的讨论 被引量：13
1
作者 刘君 白晓征 +1 位作者 张涵信 郭正 《航空计算技术》 2009年第4期1-5,共5页
在国内外文献中应用包含有变形的动网格进行流动数值模拟时,要满足所谓的几何守恒律条件;通过对这一概念最早提出推导过程和近年来应用发展情况分析以后发现,逻辑上存在不适当之处。从流体力学基本理论出发,对包含有变形的动网格技术的... 在国内外文献中应用包含有变形的动网格进行流动数值模拟时,要满足所谓的几何守恒律条件;通过对这一概念最早提出推导过程和近年来应用发展情况分析以后发现,逻辑上存在不适当之处。从流体力学基本理论出发,对包含有变形的动网格技术的理论基础进行讨论,证实几何守恒律是流体力学控制方程的伴随方程或退化方程;通过简单模型分析有限体积方法离散过程,发现计算过程中不满足几何守恒律所引起的非物理现象本质上是目前有限体积离散处理中微元体积计算方法不符合物理定律所致;因此在变形动网格计算方法中不存在必须要满足的几何守恒律。最后根据理论提出物理背景清晰的微元体积计算方法,数值验证可行。 展开更多
关键词 变形动网格 几何守恒律 非定常流动计算方法
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满足几何守恒律的WENO格式及其应用 被引量：11
2
作者 朱志斌 杨武兵 禹旻 《计算力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期779-784,共6页
对几何守恒律的来源进行了分析,发展了一种满足几何守恒律的WENO格式,并应用于翼型层流分离现象的数值模拟中。为消除网格质量影响,采用守恒型方法计算网格导数,并将标准的WENO格式分解为中心差分部分和数值耗散部分。算例计算结果表明... 对几何守恒律的来源进行了分析,发展了一种满足几何守恒律的WENO格式,并应用于翼型层流分离现象的数值模拟中。为消除网格质量影响,采用守恒型方法计算网格导数,并将标准的WENO格式分解为中心差分部分和数值耗散部分。算例计算结果表明,几何守恒律对高精度有限差分WENO格式计算结果具有重要影响,本文方法能够消除网格导数计算误差,保证来流保持性。将本文方法应用于SD7003翼型层流分离现象的数值模拟中,计算结果与文献中计算及试验数据吻合较好,同时能够精细捕捉小尺度流场结构,准确模拟翼型层流分离现象中的复杂流动过程。 展开更多
关键词 几何守恒律 WENO格式 来流保持性 度量系数误差 翼型绕流
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高阶精度有限差分方法几何守恒律研究进展 被引量：3
3
作者 毛枚良 姜屹 +2 位作者 闵耀兵 朱华君 邓小刚 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2021年第1期157-167,共11页
针对高阶精度有限差分格式的几何守恒律问题,系统梳理了国内外离散几何守恒律问题方面的研究工作,以有限差分格式离散后的自由流保持问题为切入点,综述了近年来课题组在有限差分离散几何守恒律方面的研究工作,包括守恒网格导数算法(CMM... 针对高阶精度有限差分格式的几何守恒律问题,系统梳理了国内外离散几何守恒律问题方面的研究工作,以有限差分格式离散后的自由流保持问题为切入点,综述了近年来课题组在有限差分离散几何守恒律方面的研究工作,包括守恒网格导数算法(CMM)、对称守恒网格导数算法(SCMM)等,并通过若干典型算例验证了几何守恒律的满足对高阶精度有限差分方法数值模拟能力的提升。通过对有限差分离散几何守恒律问题研究工作的系统梳理,总结相关认识如下:1)直接基于网格变换导数的传统计算形式采用有限差分离散不能满足几何守恒律,需采用网格变换导数的守恒计算形式同时还需满足CMM条件;2)SCMM条件是满足几何守恒律的充分条件,且网格变换导数和雅克比均需采用其对称守恒计算形式,具有唯一性;3)自由流保持只是满足几何守恒律的一种表现形式;4)几何守恒律的满足能够有效提升高阶精度有限差分格式的数值模拟能力。 展开更多
关键词 高阶精度有限差分方法 几何守恒律 自由流保持 对称守恒网格导数方法
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有限差分法中几何守恒律的机理及算法 被引量：16
4
作者 刘君 韩芳 夏冰 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第6期917-926,共10页
采用有限差分法求解复杂外形物体绕流场时经常进行坐标变换,由此会引入坐标变换系数等几何参数,采用不同的差分格式离散坐标变换系数得到的结果不同,导致在计算过程中可能出现均匀流场不能保持均匀的现象,消除这种误差需要研究几何守恒... 采用有限差分法求解复杂外形物体绕流场时经常进行坐标变换,由此会引入坐标变换系数等几何参数,采用不同的差分格式离散坐标变换系数得到的结果不同,导致在计算过程中可能出现均匀流场不能保持均匀的现象,消除这种误差需要研究几何守恒律。本文对坐标变换过程进行理论分析,发现坐标变换过程中采用的数学恒等式在离散条件下不再成立,这是引起物理量不守恒的本质机理,认为增加坐标变换系数恒等式作为源项的方程形式才是曲线贴体坐标系下的离散等价方程,提出只要源项和对流项的离散格式相同就能满足几何守恒律的构造准则。按照上述理论准则建立了基于离散等价方程的几何守恒律算法,通过AUSM、HLLC、Roe、VanLeer四种分裂格式的算例,表明这种新的几何守恒律算法适用于通量差分裂格式(Flux-Difference Splitting,FDS)和矢通量分裂格式(Flux-Vector Splitting,FVS),且均能消除由坐标变换(包括网格运动)引起的误差,保持流场的均匀特性。 展开更多
关键词 几何守恒律 有限差分法 贴体坐标系 离散近似方程 离散等价方程 源项耦合算法
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几个求解Euler方程的验证模型
5
作者 刘君 刘瑜 《气体物理》 2024年第6期62-73,共12页
从2018年开始陆续发现在特定条件下WENO格式计算误差比1阶迎风格式还大的数值算例。经过定性分析后,作者认为这种现象是采用空间多点模板构造格式的方法不符合双曲型方程的特征线理论以及通量分裂格式引入非物理波动所致。提出了基于Eu... 从2018年开始陆续发现在特定条件下WENO格式计算误差比1阶迎风格式还大的数值算例。经过定性分析后,作者认为这种现象是采用空间多点模板构造格式的方法不符合双曲型方程的特征线理论以及通量分裂格式引入非物理波动所致。提出了基于Euler方程对1阶迎风、MUSCL和WENO格式进行各种比对数值实验论证这个观点的若干算例。希望将其作为差分法求解Euler方程的验证模型,以供同行参考。目前国内外文献中验证高阶格式的经典算例,例如等熵涡、双Mach反射、激波和自由界面干扰等,验证时大多根据数值现象定性比较,缺乏定量指标,本文提出的验证模型能够计算数值解误差,可以进行定量评价。通过对这些验证模型的分析,提出了一种可以有效降低初始激波诱导误差的算法。 展开更多
关键词 验证 高阶格式 加权本质无振荡格式 几何守恒律 通矢量分裂 通量差分分裂
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S1223翼型俯仰-沉浮运动的非定常气动特性分析 被引量：8
6
作者 常兴华 马戎 +1 位作者 张来平 赫新 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2017年第1期62-70,共9页
扑翼飞行器是未来航空领域的重要发展方向之一,而鸟类、昆虫等自然界的飞行生物所具有的出色飞行能力,为人造扑翼飞行器的设计工作提供了很好的参照。本文以鸟类的扑翼飞行为研究背景,针对简化的二维S1223翼型的刚性俯仰-沉浮运动,对其... 扑翼飞行器是未来航空领域的重要发展方向之一,而鸟类、昆虫等自然界的飞行生物所具有的出色飞行能力,为人造扑翼飞行器的设计工作提供了很好的参照。本文以鸟类的扑翼飞行为研究背景,针对简化的二维S1223翼型的刚性俯仰-沉浮运动,对其非定常气动力特性进行了数值研究。研究采用了动态混合网格技术以及非定常数值计算方法。为了提高动态混合网格的变形能力,采用了基于径向基函数的插值方法求解空间点的位移,翼型整个俯仰-沉浮运动周期内计算网格均维持了较好的质量,没有发生网格重构。非定常算法方面,通过约束单元边界面的法向速度从而满足了运动网格下几何守恒律的要求。空间离散采用了二阶的有限体积格式,时间离散则采用了双时间步和BLU-SGS相结合的隐式时间推进策略。计算得到了不同下拍时间、不同拍动角等条件下的升力、推力以及能耗,对其升力、推力产生机制进行了分析,并通过对气动力以及流场进行对比,分析了各拍动参数的影响。计算结果表明,翼型自身的"静态因素"是其产生升力的主要原因,非定常流动对增加升力起到了促进作用,而下拍时间、拍动角等运动参数对翼型的气动性能影响较大。当下拍时间占到整个拍动周期的约65%-70%时,单位能耗下的时均升力最大,该结论和观测数据较为一致。此外,通过对比分析得到了一组具有较好气动特性的拍动角参数,为后续针对三维问题的研究提供了参考。 展开更多
关键词 鸟类扑翼 动态混合网格 非定常流动 RBF动网格方法 几何守恒律
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有相对运动多体动力学系统流动计算方法若干问题讨论 被引量：4
7
作者 刘君 白晓征 +2 位作者 郭正 崔小强 王巍 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第1期14-18,共5页
对应用非结构动网格技术数值模拟有相对运动多体动力学系统的流动现象时发现的若干问题进行了讨论。应用动网格技术求解均匀流场,验证了几何守恒律方程离散形式对流场计算精度的重要性,还发现格式时间精度越高、网格运动速度越接近声速... 对应用非结构动网格技术数值模拟有相对运动多体动力学系统的流动现象时发现的若干问题进行了讨论。应用动网格技术求解均匀流场,验证了几何守恒律方程离散形式对流场计算精度的重要性,还发现格式时间精度越高、网格运动速度越接近声速,几何守恒律的作用越明显;采用类似于可控轨迹实验的准定常计算方法和非结构动网格技术,分别对超声速气流中物体运动的动力学过程进行了数值模拟,通过流场和运动特性比较和理论分析,指出准定常计算方法本质上无法反映非定常流动特征,即使时间步长趋向零也不会趋向于真解;还讨论了数值模拟非定常流动的双时间法,分析时间推进步长对解的影响,随着时间步长减小解的误差降低,但是这一方法与动网格技术结合解决多体分离问题有难度。 展开更多
关键词 多体相对运动 非结构动网格 几何守恒律 准定常 双时间方法
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基于HDCS-E8T7格式的气动噪声数值模拟方法研究进展 被引量：5
8
作者 姜屹 邓小刚 +1 位作者 毛枚良 刘化勇 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2014年第5期559-574,共16页
发展了气动噪声高精度数值模拟方法,空间导数离散采用了HDCS-E8T7格式及精度与之匹配的边界格式,时间离散方法采用了高精度多步龙格库塔方法和高精度隐式双时间步方法,发展了高精度对接边界算法,将方法推广至多块对接网格以满足解决复... 发展了气动噪声高精度数值模拟方法,空间导数离散采用了HDCS-E8T7格式及精度与之匹配的边界格式,时间离散方法采用了高精度多步龙格库塔方法和高精度隐式双时间步方法,发展了高精度对接边界算法,将方法推广至多块对接网格以满足解决复杂几何构型问题的需要,采用隐式大涡的概念处理可能出现的湍流问题。在此基础上,研究了几何守恒律对计算结果的影响,展示了复杂网格中高精度计算满足几何守恒律的重要性,完成了等熵涡、双圆柱散射、串列柱翼构型和喷嘴射流等典型噪声问题的求解,所得计算结果展示了所发展的模拟方法具有良好的预测精度和解决复杂构型气动噪声问题的潜力。 展开更多
关键词 混合型线性耗散紧致格式 计算气动噪声 几何守恒律 隐式大涡模拟 复杂外形
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考虑流固耦合的桥墩地震反应方法 被引量：4
9
作者 陈国兴 席仁强 王志华 《防灾减灾工程学报》 CSCD 2010年第1期1-9,共9页
跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体... 跨海桥梁地震反应中,作用于桥墩上的动水压力具有明显的流固耦合特征。依据张量理论,推导时变区域散度变换关系及微分形式的几何守恒律;基于任意拉格朗日-欧拉描述,从采用欧拉描述的流体运动Navier-Stokes方程出发,推导时变区域的流体运动控制方程;给出流固耦合问题中的结构计算模型、耦合面接触条件、耦合场计算方法以及流场网格运动控制方法。以某跨海大桥为例说明桥墩地震反应方法,重点突出地震动输入、流场初始条件模拟等问题。计算结果表明:流固耦合理论能够模拟桥梁墩台地震反应中的流场和结构特性;流场初始条件的正确模拟可保证计算稳定性,并减少运算量;横向地震动激励下,桥墩基底剪力较大,纵向地震动激励下,结构运动剧烈;流固耦合系统中的线弹性结构在地震反应中具有明显的非线性特征。 展开更多
关键词 跨海桥梁 流固耦合 几何守恒律 任意拉格朗日-欧拉描述
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