时变电磁场计算的隐式DTS-FVTD方法

1

作者 许勇 丁明松 +2 位作者 江涛 李鹏 傅杨奥骁 《电波科学学报》 北大核心 2025年第2期294-300,共7页

为保持时间精度和提高计算效率,将双时间步(dual time-stepping,DTS)方法和隐式上下对称高斯-赛德尔迭代(lower-upper symmetric Gauss-Seidel,LU-SGS)算法引入到时域有限体积(finite-volume time-domain,FVTD)法电磁解算器中,提出一种... 为保持时间精度和提高计算效率,将双时间步(dual time-stepping,DTS)方法和隐式上下对称高斯-赛德尔迭代(lower-upper symmetric Gauss-Seidel,LU-SGS)算法引入到时域有限体积(finite-volume time-domain,FVTD)法电磁解算器中,提出一种时变电磁场计算的隐式DTS-FVTD方法。DTS法具有2阶时间精度,无条件稳定格式使物理时间步可取任意值,其取值仅须考虑时间精度要求,而定常虚拟时间导数趋于零,虚拟时间步长满足稳定性要求,由此放松了通常显式方法和网格对物理时间步长的限制。全隐格式的前后向LU-SGS算法采用大库朗数计算,并取消矩阵求逆运算从而减少了计算量和存储占用。典型二维、三维和复杂外形目标电磁散射计算结果表明,通过对物理时间步长、最大子迭代步数、子迭代收敛判据的合理选取,隐式DTS-FVTD方法能保证数值模拟精度并提升计算效率。 展开更多

关键词 双时间步(dts)方法 隐式上下对称高斯-赛德尔迭代(LU-SGS) 时域有限体积(FVTD)法 雷达散射截面(RCS)

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Euler方程的分裂型通量分裂双时间步隐式方法 被引量：3

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作者 董海涛 陈喆 刘福军 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期776-785,共10页

传统隐式方法有格式复杂、计算量大等缺点,在Euler方程的差分离散过程中,利用算子分裂思想,结合通量分裂法、双时间步法等隐式离散方法,构造了一种更简单的分裂型隐式计算方法.通过对典型空气动力学问题的计算,检验了该方法的有效性和... 传统隐式方法有格式复杂、计算量大等缺点,在Euler方程的差分离散过程中,利用算子分裂思想,结合通量分裂法、双时间步法等隐式离散方法,构造了一种更简单的分裂型隐式计算方法.通过对典型空气动力学问题的计算,检验了该方法的有效性和可靠性,并对其性能做了具体讨论.该方法具有稳定性好、时间步长约束小等隐式格式的普遍优点,同时具有格式简单、程序易实现等优点;避免了传统隐式方法单步推进时的方程组常规求解及矩阵求逆过程,计算量小;比LU-SGS方法收敛速度快. 展开更多

关键词 EULER方程 算子分裂 通量分裂 双时间步 隐式方法

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双时间隐式方法求解非定常绕流的相关问题 被引量：5

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作者 赵海洋 刘伟 任兵 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期25-29,共5页

空间采用三阶精度的WeightedNND(WNND)格式,时间方向则采用具有二阶精度的双时间步隐式方法求解二维非定常Euler方程,数值模拟了NACA0012翼型俯仰强迫振动流场,讨论了内迭代步数、内迭代收敛判据以及物理时间步长对计算结果、计算效率... 空间采用三阶精度的WeightedNND(WNND)格式,时间方向则采用具有二阶精度的双时间步隐式方法求解二维非定常Euler方程,数值模拟了NACA0012翼型俯仰强迫振动流场,讨论了内迭代步数、内迭代收敛判据以及物理时间步长对计算结果、计算效率与计算CPU时间的影响,并将计算结果与实验值进行了比较。 展开更多

关键词 WNND格式 NACA0012翼型 非定常流动 欧拉方程 双时间步方法

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时间矢量推进方法及其在叶轮机非定常流分析中的应用

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作者 张恒铭 卫海洋 +2 位作者 魏佐君 林彬彬 程涵 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期334-342,共9页

为提高周期性非定常流动的求解效率,将非定常计算的初值问题转换为边值问题,提出了时间矢量推进方法,并将该方法应用于叶轮机多排的非定常流动分析中。通过对两排对转风扇进行非定常仿真,并对比双时间步计算方法的计算结果,讨论了新方... 为提高周期性非定常流动的求解效率,将非定常计算的初值问题转换为边值问题,提出了时间矢量推进方法,并将该方法应用于叶轮机多排的非定常流动分析中。通过对两排对转风扇进行非定常仿真,并对比双时间步计算方法的计算结果,讨论了新方法的计算效率,研究了该方法对排间干扰捕捉的准确性和可靠性。得到了以下结论:在物理时间步长相等的情况下,新方法与双时间步方法的计算结果基本一致,且计算时间约为双时间步方法的1/8;时间矢量推进方法能够很好捕捉排间的势扰动、熵扰动和涡扰动以及主流和扰动之间的非线性作用;时刻样本数较少会使时间矢量推进方法捕捉到的非定常变化幅值变小,且无法解析时间尺度较小的非定常流动现象。 展开更多

关键词 叶轮机械 时间矢量推进方法 双时间步 非定常流 排间干扰 对转风扇

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基于动态混合网格的不可压非定常流计算方法 被引量：5

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作者 张来平 常兴华 +2 位作者 段旭鹏 王振亚 张涵信 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2007年第5期577-586,共10页

鱼类、昆虫等运动速度较低,对它们的数值模拟需要解决不可压问题.虚拟压缩方法通过在连续性方程中加入压强对虚拟时间的偏导数,从而把压力场和速度场耦合起来,解决了不可压缩流的计算问题.基于动态混合网格技术,利用双时间步方法耦合虚... 鱼类、昆虫等运动速度较低,对它们的数值模拟需要解决不可压问题.虚拟压缩方法通过在连续性方程中加入压强对虚拟时间的偏导数,从而把压力场和速度场耦合起来,解决了不可压缩流的计算问题.基于动态混合网格技术,利用双时间步方法耦合虚拟压缩方法来解决非定常不可压缩流的计算问题.为了加快每一虚拟时间步内的收敛速度,子迭代采用了高效的块LU-SGS方法,并且耦合了基于混合网格的多重网格方法.利用该方法数值模拟了不同雷诺数下的静止圆柱、振荡圆柱的绕流,得到了与实验和他人计算一致的结果. 展开更多

关键词 动态混合网格 双时间步方法 虚拟压缩方法 不可压缩流 非定常流动

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基于旋转坐标系的高阶间断有限元方法非定常湍流数值模拟 被引量：3

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作者 张涛 吕宏强 +1 位作者 秦望龙 陈正武 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期474-485,共12页

基于高阶间断有限元方法(Discontinuous Galerkin method,DGM),对旋转非惯性系下耦合了修正的一方程S?A模型的RANS方程进行了离散求解。为了在稀疏网格上获得更贴近真实的物面形状,使用了多层高阶弯曲网格方法对物面进行拟合。非定常时... 基于高阶间断有限元方法(Discontinuous Galerkin method,DGM),对旋转非惯性系下耦合了修正的一方程S?A模型的RANS方程进行了离散求解。为了在稀疏网格上获得更贴近真实的物面形状,使用了多层高阶弯曲网格方法对物面进行拟合。非定常时间推进采用了隐式双时间步方法,每个时间步产生的线性系统采用预处理的方法,即广义最小残差方法(Generalized minimal residual method,GMRES)来求解。计算了旋转圆柱绕流以及经典翼型振荡算例的升力和力矩迟滞曲线,与实验结果以及前人的计算结果对比验证了本文方法的正确性和有效性。 展开更多

关键词 间断有限元方法 弯曲网格 S-A模型 旋转坐标系 隐式双时间步

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基于强迫运动的飞行器动导数辨识方法研究及改进

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作者 李立 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2017年第6期1-6,共6页

基于结构网格有限体积法和动网格技术,发展了一种通过双时间步LU-SGS方法耦合求解流动控制方程和强迫运动形式刚体动力学方程计算飞行器动态特性的CFD方法。通过探究积分法、T-F方法和最小二乘法等典型动导数辨识方法在实际应用的某些... 基于结构网格有限体积法和动网格技术,发展了一种通过双时间步LU-SGS方法耦合求解流动控制方程和强迫运动形式刚体动力学方程计算飞行器动态特性的CFD方法。通过探究积分法、T-F方法和最小二乘法等典型动导数辨识方法在实际应用的某些场合辨识结果不稳定、不同方法的辨识结果散布度大或过度依赖人工处理等问题的成因,提出了改进的措施。通过Finner导弹和HBS弹道外形等典型算例确认计算,表明文中方法是有效的。 展开更多

关键词 动态特性 动导数 强迫运动 非定常计算 双时间步方法

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谐波平衡法在动导数快速预测中的应用研究 被引量：16

8

作者 陈琦 陈坚强 +1 位作者 袁先旭 谢昱飞 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2014年第2期183-190,共8页

谐波平衡法以傅里叶级数展开为基础,将周期性非定常流场的非定常求解过程转化为几个定常流场的耦合求解过程,并通过重建得到整个流场的非定常过程.建立了基于谐波平衡法的动导数快速预测方法,数值模拟了超声速带翼导弹俯仰的动态流场,... 谐波平衡法以傅里叶级数展开为基础,将周期性非定常流场的非定常求解过程转化为几个定常流场的耦合求解过程,并通过重建得到整个流场的非定常过程.建立了基于谐波平衡法的动导数快速预测方法,数值模拟了超声速带翼导弹俯仰的动态流场,并通过积分法获取了俯仰动导数,与实验结果吻合很好;且在同等计算精度下,谐波平衡法的计算效率是双时间步方法的13倍.应用谐波平衡法研究了较大范围内减缩频率对俯仰动导数的影响规律.研究发现,对于本外形,当减缩频率降低到一定值后,俯仰动导数的值迅速变化,甚至发生变号;对此现象产生的原因进行了深入分析,并通过对导弹自激俯仰运动的数值模拟验证了该结果.此外,针对大攻角条件下动态流场非线性强的特点,开展了谐波平衡法在大攻角下的适用性研究.结果表明,谐波平衡法在大攻角下也能取得很好的计算结果. 展开更多

关键词 谐波平衡法 动导数 大攻角 双时间步方法 非定常流动

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用鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格计算旋翼粘性绕流 被引量：3

9

作者 徐丽 翁培奋 +1 位作者 吴泉军 张开军 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期526-531,共6页

发展了一种基于鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格技术计算直升机悬停旋翼流场的方法。基于惯性坐标系,悬停旋翼流场是非定常流场,控制方程为可压缩Reynolds平均Navier-Stoke方程,其对流项采用Roe近似Reimann求解器离散,使用改进的五阶... 发展了一种基于鲁棒Riemann求解器和运动重叠网格技术计算直升机悬停旋翼流场的方法。基于惯性坐标系,悬停旋翼流场是非定常流场,控制方程为可压缩Reynolds平均Navier-Stoke方程,其对流项采用Roe近似Reimann求解器离散,使用改进的五阶加权基本无振荡格式进行高阶重构,非定常时间推进采用含牛顿型LUSGS子迭代的全隐式双时间步方法。为实施旋转运动和便于捕捉尾迹,计算采用运动重叠网格技术。计算得到的桨叶表面压力分布及桨尖涡涡核位置都与实验结果吻合较好。数值结果表明:所发展方法对桨尖涡具有较高的分辨率,对激波具有较好的捕捉能力,该方法可进一步推广到前飞旋翼粘性绕流的计算。 展开更多

关键词 直升机旋翼 粘性流动 鲁棒Riemann求解器 运动重叠网格 全隐式双时间步方法

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基于动态混合网格的鱼体巡游数值模拟 被引量：2

10

作者 张来平 常兴华 +2 位作者 段旭鹏 王振亚 张涵信 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2007年第B12期29-36,共8页

对鱼类等柔性变形体的数值模拟需要解决如下几个问题：（1）柔性体动态网格生成；（2）基于动态网格的不可压流非定常算法。本文基于Delaunay背景网格插值方法，发展了一套快速生成柔性体变形的动态混合网格生成方法；对于不可压流问题... 对鱼类等柔性变形体的数值模拟需要解决如下几个问题：（1）柔性体动态网格生成；（2）基于动态网格的不可压流非定常算法。本文基于Delaunay背景网格插值方法，发展了一套快速生成柔性体变形的动态混合网格生成方法；对于不可压流问题，采用虚拟压缩方法进行求解，结合双时间步方法来处理非定常问题；最后数值模拟了鱼体巡游的非定常流动，分析了鱼体的摆动频率对力、功耗等流体动力学特性的影响。 展开更多

关键词 动态混合网格 双时间步方法 虚拟压缩方法 生物仿生流体力学

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弹性薄膜类流固耦合问题的CBS有限元分析 被引量：3

11

作者 孙旭 张家忠 黄必武 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2013年第5期787-791,共5页

提出了一种不可压缩流体与弹性薄膜耦合问题的特征线分裂有限元解法.首先,给出了流场和结构的控制方程.然后,对流场、结构以及流固耦合的具体求解过程进行了描述.其中,流场求解采用改进特征线分裂方法和双时间步方法相结合的隐式求解方... 提出了一种不可压缩流体与弹性薄膜耦合问题的特征线分裂有限元解法.首先,给出了流场和结构的控制方程.然后,对流场、结构以及流固耦合的具体求解过程进行了描述.其中,流场求解采用改进特征线分裂方法和双时间步方法相结合的隐式求解方式,并利用艾特肯加速法对每个时间步的迭代收敛过程进行了加速处理;结构部分的空间离散和时间积分分别采用伽辽金有限元方法和广义方法,并通过牛顿迭代法对所得非线性代数方程组进行了求解;流场网格的更新采用弹簧近似法;流场、结构两求解模块之间采用松耦合方式.最后,采用该方法对具有弹性底面的方腔顶盖驱动流问题进行了求解,验证了算法的准确性和稳定性.此外,计算结果表明艾特肯加速法可以显著地提高双时间步方法迭代求解过程的收敛速度. 展开更多

关键词 特征线分裂算法 有限元 流固耦合 双时间步方法 艾特肯加速法 广义-α方法

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侧向喷流干扰流场建立与消退过程数值模拟 被引量：11

12

作者 刘耀峰 薄靖龙 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期877-884,共8页

针对高超声速轨控侧向喷流的非定常干扰效应问题,应用非定常数值模拟方法和多重网格加速收敛技术,研究了锥-柱-裙外形轨控侧向喷流干扰流场的建立和消退过程,获得了详细的喷流瞬时干扰流场结构特性,分析了法向力放大系数、干扰力矩系数... 针对高超声速轨控侧向喷流的非定常干扰效应问题,应用非定常数值模拟方法和多重网格加速收敛技术,研究了锥-柱-裙外形轨控侧向喷流干扰流场的建立和消退过程,获得了详细的喷流瞬时干扰流场结构特性,分析了法向力放大系数、干扰力矩系数、法向力系数及俯仰力矩系数随时间的变化特性。研究结果表明:在侧向喷流干扰流场建立和消退过程中气动力变化较大,存在峰谷值;法向力放大系数及干扰力矩系数的定常值和非定常时均值之间存在明显差异。 展开更多

关键词 数值模拟 侧向喷流 喷流干扰 非定常 双时间步方法

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侧向喷流非定常干扰效应研究 被引量：1

13

作者 任淑杰 陈刚 +1 位作者 刘永利 张庆兵 《现代防御技术》 北大核心 2017年第3期179-185,192,共8页

通过多状态对比分析,给出了适用于此侧向喷流问题的非定常数值计算方法,并进行了侧向喷流开启和关闭后非定常流场建立和消退过程的研究。结果表明:喷流启动后,在1.5 ms时,喷流强度和高度达到最大,但此时激波不稳定,进行不稳定摆动,至5 m... 通过多状态对比分析,给出了适用于此侧向喷流问题的非定常数值计算方法,并进行了侧向喷流开启和关闭后非定常流场建立和消退过程的研究。结果表明:喷流启动后,在1.5 ms时,喷流强度和高度达到最大,但此时激波不稳定,进行不稳定摆动,至5 ms时,喷流干扰流场完全建立并达到稳定状态。喷流关闭后,喷流前方弓形激波的强度和高度迅速减小,喷流影响区也迅速减小,由于气流粘性产生的延迟效应,至10 ms时,喷流干扰影响基本消退。 展开更多

关键词 侧向喷流 非定常 双时间步方法 喷流开启 喷流关闭 压力分布

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