自主水下航行器发展趋势及关键技术 被引量：64

1

作者 宋保维 潘光 +5 位作者 张立川 黄桥高 于洋 田文龙 董华超 张新虎 《中国舰船研究》 CSCD 北大核心 2022年第5期27-44,共18页

为推进和引导我国自主水下航行器(AUV)的发展,总结国内外AUV的研究现状,提出其系列化、集群化、体系化、大型化的发展趋势。重点探讨AUV总体多学科优化设计、结构与材料设计、动力与推进、导航与控制、探测与通信等关键技术,为更好地利... 为推进和引导我国自主水下航行器(AUV)的发展,总结国内外AUV的研究现状,提出其系列化、集群化、体系化、大型化的发展趋势。重点探讨AUV总体多学科优化设计、结构与材料设计、动力与推进、导航与控制、探测与通信等关键技术,为更好地利用AUV经略海洋,从而实现“进入海洋、探测海洋、利用海洋”的战略目标提出发展意见。 展开更多

关键词 自主水下航行器 海洋探测 无人系统 集群协同

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基于代理模型的翼身融合水下滑翔机外形优化设计 被引量：2

2

作者 叶鹏程 王聪聪 潘光 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期85-92,共8页

为了提高翼身融合水下滑翔机(blended-wing-body underwater glider,BWBUG)外形的设计质量与优化效率,提出一种基于代理模型的翼身融合水下滑翔机外形优化(surrogate-based blended-wing-body underwater glider shape optimization,SBU... 为了提高翼身融合水下滑翔机(blended-wing-body underwater glider,BWBUG)外形的设计质量与优化效率,提出一种基于代理模型的翼身融合水下滑翔机外形优化(surrogate-based blended-wing-body underwater glider shape optimization,SBUGSO)框架。以最大升阻比(lift to drag ratio,LDR)为优化目标,排水体积不减小为约束条件,对翼身融合水下滑翔机外形进行优化。优化后的翼身融合水下滑翔机升阻比提高了24.32%,研究表明提出的基于代理模型的翼身融合水下滑翔机外形优化框架能够有效降低计算资源,同时提高水下滑翔机流体动力性能和排水体积,相比其他优化算法,具有明显优势。 展开更多

关键词 水下滑翔机 翼身融合 代理模型 外形优化设计 升阻比

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非对称头型航行器入水空泡形态与弹道特性的实验研究 被引量：7

3

作者 华扬 施瑶 +1 位作者 潘光 黄桥高 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1249-1258,共10页

头部形状对航行体的入水弹道和空泡形态有着显著的影响,为研究非对称头型在入水过程中空泡和弹道的演变特性,基于高速摄影技术,对带有35°,40°,45°不同切角头型的航行体开展了不同入水角条件下的低速入水对比实验。通过... 头部形状对航行体的入水弹道和空泡形态有着显著的影响,为研究非对称头型在入水过程中空泡和弹道的演变特性,基于高速摄影技术,对带有35°,40°,45°不同切角头型的航行体开展了不同入水角条件下的低速入水对比实验。通过数字图像处理技术提取不同时刻下航行体的入水空泡轮廓以及运动姿态信息,得到了非对称头型航行体切角大小和入水角度对入水空泡和弹道轨迹的影响规律。实验结果表明:非对称头型切角侧能有效促进空泡的扩张从而形成不对称入水空泡;空泡扩张规模与空泡初始水平扩张速度和头型截切的切面区域面积正相关;非对称头型航行体入水弹道会向非切角侧偏转,且头型切角越小弹道偏转幅度越大,姿态角减小也越快;入水角越小,弹道拉平所需要的时间越短,拉平深度也越浅。 展开更多

关键词 流体力学 非对称头型 航行器 入水 空泡 实验研究

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泵喷推进器水动力性能实验研究 被引量：1

4

作者 秦登辉 黄桥高 +2 位作者 潘光 李福正 韩鹏 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期601-611,共11页

前置定子式泵喷推进器被广泛应用于世界各国的新一代安静型潜艇上,但其水动力性能实验研究目前还比较匮乏。在空泡水筒中,对一型九叶定子七叶转子的前置定子式泵喷推进器进行了实验测试。其中,使用测力装置对敞水状态下泵喷推进器的推... 前置定子式泵喷推进器被广泛应用于世界各国的新一代安静型潜艇上,但其水动力性能实验研究目前还比较匮乏。在空泡水筒中,对一型九叶定子七叶转子的前置定子式泵喷推进器进行了实验测试。其中,使用测力装置对敞水状态下泵喷推进器的推力系数和扭矩系数等进行了测试,使用激光粒子测速系统对其尾流场进行了测试。实验结果表明,此型前置定子式泵喷推进器的转子推力系数、定子及导管推力系数、转子扭矩系数均随着进速系数J的增大而减小,但定子及导管的合扭矩系数的绝对值反而随着J的增大而增大。泵喷推进器的效率在J=1.0处达到最大,为61.91%。前置定子式泵喷推进器的推力主要由转子提供。此外,泵喷推进器的尾流场由喷流加速区、轮毂低速区、混合区组成,实验测试得到了不同工况下尾流场中的瞬态速度以及平均速度值。 展开更多

关键词 前置定子式泵喷推进器 空泡水筒 激光粒子测速 实验测试

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翼身融合水下滑翔机后缘舵流体特性研究

5

作者 马云龙 潘光 +1 位作者 黄桥高 李靖璐 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第1期24-30,共7页

为提高翼身融合水下滑翔机的操纵性及稳定性,将后缘舵融入其外形设计,并进行了CFD数值仿真,给出了其升力、阻力、升阻比等水动力参数随攻角、舵角的变化规律及相关云图。相比于传统水下滑翔机,翼身融合水下滑翔机不仅装载能力高,其最大... 为提高翼身融合水下滑翔机的操纵性及稳定性,将后缘舵融入其外形设计,并进行了CFD数值仿真,给出了其升力、阻力、升阻比等水动力参数随攻角、舵角的变化规律及相关云图。相比于传统水下滑翔机,翼身融合水下滑翔机不仅装载能力高,其最大升阻比更是前者的3倍,具有更高的能源利用效率。同时,通过增设后缘舵,提升了翼身融合水下滑翔机的机动能力,且相较于可变翼水下滑翔机,相同大舵角下升阻比提升30%以上。最后通过对数值结果和云图的分析,阐述了翼身融合水下滑翔机与传统鱼雷及AUV,舵和本体间相互影响程度上的区别。 展开更多

关键词 翼身融合 水下滑翔机 计算流体力学 后缘舵

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滚动轴承波纹度对齿轮动态传递误差的影响

6

作者 刘静 李军 +2 位作者 张立欣 冉贞德 张显银 《振动．测试与诊断》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期142-146,203,共6页

为了研究轴承波纹度制造误差对轴承-齿轮传动系统中齿轮动态传递误差的影响,构建了轴承滚道表面时变波纹度误差表征模型,建立了考虑轴承内外圈滚道表面波纹度幅值、波数以及时变齿轮啮合刚度的轴承-轴-齿轮系统耦合动力学模型,研究了齿... 为了研究轴承波纹度制造误差对轴承-齿轮传动系统中齿轮动态传递误差的影响,构建了轴承滚道表面时变波纹度误差表征模型,建立了考虑轴承内外圈滚道表面波纹度幅值、波数以及时变齿轮啮合刚度的轴承-轴-齿轮系统耦合动力学模型,研究了齿轮传动系统支撑轴承内外圈滚道表面波纹度幅值和波数对齿轮动态传递误差的影响规律。仿真结果表明:输入轴支撑轴承存在波纹度误差时,其外圈滚道波纹度对齿轮动态传递误差的影响大于内圈滚道;输出轴非负载端支撑轴承存在波纹度误差时,其内外圈滚道波纹度对齿轮动态传递误差的影响相似;输出轴负载端支撑轴承存在波纹度误差时,其外圈滚道波纹度对齿轮动态传递误差的影响大于内圈滚道。 展开更多

关键词 波纹度误差 滚动轴承 齿轮啮合 动力学模型

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一种快速优化拉丁超立方试验设计方法 被引量：19

7

作者 叶鹏程 潘光 高山 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期714-723,共10页

工程设计优化中,优化试验设计方法常常用于求解大型复杂系统问题。针对传统优化试验设计方法计算耗时长、效率低的问题,提出一种快速优化拉丁超立方试验设计方法:在拉丁超立方抽样框架下,采用基于最大最小距离准则连续局部枚举方法设计... 工程设计优化中,优化试验设计方法常常用于求解大型复杂系统问题。针对传统优化试验设计方法计算耗时长、效率低的问题,提出一种快速优化拉丁超立方试验设计方法:在拉丁超立方抽样框架下,采用基于最大最小距离准则连续局部枚举方法设计生成高性能小尺寸基础样本,然后利用平移传播算法通过"平移"基础样本快速获得大尺寸试验样本。结合提出的样本尺寸调整策略,使该方法可以快速得到空间填充性能和映射性能良好的任意尺寸试验样本。测试结果表明快速优化拉丁超立方试验设计方法能够兼顾设计效率和样本性能,优于已有典型试验设计方法。 展开更多

关键词 试验设计 优化试验设计方法 拉丁超立方设计 平移传播算法

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混合元模型自适应空间探索优化方法及应用

8

作者 叶鹏程 潘光 鲁江锋 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第7期1039-1047,共9页

为了提高翼身融合水下滑翔机等复杂工程系统的设计质量与优化效率,本文提出一种混合元模型自适应空间探索优化方法。通过增强随机进化算法选取初始样本点,构造3种经典单一元模型:多项式响应面模型、径向基函数模型和克里金模型。使用基... 为了提高翼身融合水下滑翔机等复杂工程系统的设计质量与优化效率,本文提出一种混合元模型自适应空间探索优化方法。通过增强随机进化算法选取初始样本点,构造3种经典单一元模型:多项式响应面模型、径向基函数模型和克里金模型。使用基于预测均方根误差权重因子优化方法计算获得各元模型权系数,通过加权叠加构建混合元模型。采用自适应空间探索方法根据已知信息确定有效的设计子空间,并在其内部选取新增样本点,逐步提高混合元模型在感兴趣区域的预测精度,直至优化收敛。将提出的方法应用于标准优化函数和翼身融合水下滑翔机外形设计优化实例,试验对比结果验证了该方法在优化效率和全局收敛性方面的优势。 展开更多

关键词 混合元模型 自适应 空间探索 设计子空间 优化方法 优化效率 水下滑翔机 外形优化

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一种基于多层设计空间缩减策略的近似高维优化方法

9

作者 叶鹏程 王聪聪 潘光 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第2期292-301,共10页

针对高维昂贵黑箱问题(high-dimensional expensive black-box,HEB)处理过程中工程模型复杂、计算量大的难题,提出一种基于多层设计空间缩减策略的近似高维优化方法(hierarchical design space reduction strategy based approximate hi... 针对高维昂贵黑箱问题(high-dimensional expensive black-box,HEB)处理过程中工程模型复杂、计算量大的难题,提出一种基于多层设计空间缩减策略的近似高维优化方法(hierarchical design space reduction strategy based approximate high-dimensional optimization method,HSRAHO)。利用3种经典代理模型:多项式响应面模型、径向基函数模型和克里金模型,使用基于预测均方根误差权重因子优化方法计算获得各代理模型权系数,通过加权叠加构建组合代理模型,替代实际高维黑箱模型。使用多层设计空间缩减策略根据已知信息确定设计子空间,并在其内部确定有效样本点,逐步提高组合代理模型在感兴趣区域的预测精度,直至优化收敛。将提出的近似高维优化方法HSRAHO应用于标准优化函数和翼型设计优化问题,测试结果验证了该方法在高维优化效率和全局收敛性方面的优势。 展开更多

关键词 高维昂贵黑箱问题 高维优化 多层设计空间缩减策略 组合代理模型

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静水压力下纤维缠绕圆柱壳体的稳定性分析 被引量：9

10

作者 沈克纯 潘光 +2 位作者 姜军 黄桥高 施瑶 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期839-847,共9页

为更清楚地认识静水压力作用下纤维缠绕圆柱壳体的耐压特性、解决深海耐压舱体的结构稳定性问题以及给工程设计提供参考,有必要对纤维缠绕圆柱壳体的结构稳定性进行深入研究。在弹性薄壳理论的基础上,推导出纤维缠绕圆柱壳体稳定性控制... 为更清楚地认识静水压力作用下纤维缠绕圆柱壳体的耐压特性、解决深海耐压舱体的结构稳定性问题以及给工程设计提供参考,有必要对纤维缠绕圆柱壳体的结构稳定性进行深入研究。在弹性薄壳理论的基础上,推导出纤维缠绕圆柱壳体稳定性控制方程,采用Galerkin方法求解纤维缠绕圆柱壳体受静水压力作用下的临界失稳载荷。以正交缠绕、金属-纤维缠绕复合结构、斜交缠绕等几种形式的壳体结构为对象进行解析,并与实验结果对比,验证了求解的有效性和正确性。在此基础上,建立了基于遗传算法与解析方案一体式的优化平台,对[(±θ)12],[(±θ1)x/(±θ2)12-x]及[(±θ1)4/(±θ2)4/(±θ3)4]缠绕形式的圆柱壳体进行优化设计,研究纤维缠绕角度、对应层数及设计变量个数对临界失稳载荷的影响。结果表明,纤维缠绕角度对临界失稳载荷有显著影响,通过数值优化稳定性分别提高31.31%,43.25%及57.17%;随着角度变量的增加,优化得到的临界失稳载荷越大,最优可提高57.17%。 展开更多

关键词 静水压力 纤维缠绕 圆柱壳体 稳定性 临界失稳载荷

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潜射航行体肩部通气流体动力特性数值研究 被引量：5

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作者 高山 施瑶 潘光 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第3期463-470,共8页

为研究潜射航行体肩部通气空泡流对其表面流体动力特性的影响,基于均质多相流理论、标准RNG k-ε模型、Singhal空化模型以及重叠网格技术,建立三维潜射航行体肩部通气模型,开展通气非定常空泡流演变过程数值模拟研究,对比了不同通气量... 为研究潜射航行体肩部通气空泡流对其表面流体动力特性的影响,基于均质多相流理论、标准RNG k-ε模型、Singhal空化模型以及重叠网格技术,建立三维潜射航行体肩部通气模型,开展通气非定常空泡流演变过程数值模拟研究,对比了不同通气量下空泡流形态演化、表面压力分布以及阻力特性。结果表明:当通气量增加到一定值后,通气空泡流在融合前期其厚度与长度不断增大,后期其厚度和长度基本保持不变;当排气位置不变、通气量在一定范围的条件下,通气空泡内压增大,压差阻力系数和黏性阻力系数呈减小趋势。 展开更多

关键词 潜射航行体 通气量 空泡流 流体动力

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超空泡航行体高速入水空泡与载荷特性数值分析 被引量：8

12

作者 鱼怡澜 施瑶 +1 位作者 潘光 车沛锜 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期584-591,共8页

超空泡航行体高速入水过程中的空泡特性与载荷特性对其航行高速性与安全性十分重要,为获得入水角度与速度对超空泡航行体空泡和载荷特性的影响,建立了基于VOF模型的超空泡航行体高速入水数值模型,并通过实验验证了模型的准确性。通过仿... 超空泡航行体高速入水过程中的空泡特性与载荷特性对其航行高速性与安全性十分重要,为获得入水角度与速度对超空泡航行体空泡和载荷特性的影响,建立了基于VOF模型的超空泡航行体高速入水数值模型,并通过实验验证了模型的准确性。通过仿真对比了不同角度和速度下超空泡航行体入水的空泡演变过程、空泡尺寸、冲击载荷变化、航行体表面压力分布,结果表明:随着入水速度增大,空泡闭合位置的深度增大,空泡尺寸增大,轴向载荷峰值增大,航行体表面压力增大;随着入水角度增大,空泡闭合时间不变,空泡尺寸减小,轴向载荷峰值增大,压力分布不对称性减弱。空化器迎流面压力沿着半径向圆心方向增大,但斜入水时的不对称现象减弱。 展开更多

关键词 超空泡航行体 高速入水 空泡演变 冲击载荷 仿真

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静水压力下纤维缠绕复合材料壳体耐压因子的优化设计（英文） 被引量：7

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作者 沈克纯 潘光 施瑶 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2017年第12期1551-1563,共13页

基于遗传算法和数值分析一体式优化平台,以设计压力因子为目标函数,结构失稳和材料静强度破坏为约束条件,纤维缠绕策略和铺层方式为变量,对静水压力作用下碳/环氧、硼/环氧和玻璃/环氧等三种复合材料壳体的耐压因子进行优化设计。结果表... 基于遗传算法和数值分析一体式优化平台,以设计压力因子为目标函数,结构失稳和材料静强度破坏为约束条件,纤维缠绕策略和铺层方式为变量,对静水压力作用下碳/环氧、硼/环氧和玻璃/环氧等三种复合材料壳体的耐压因子进行优化设计。结果表明,复合材料耐压壳体在深海环境下能够提供充足的正浮力;对于不同的复合材料,最大设计压力受限的因素有所不同,主要受限于结构失稳或材料强度破坏;纤维缠绕策略和铺层方式对设计压力因子具有显著影响。文中最后提出变厚度设计、复合材料肋骨等增强方式,旨在解决结构失稳或材料强度破坏对最大设计压力的限制,研究成果可为复合材料耐压壳体结构设计提供参考。 展开更多

关键词 静水压力 复合材料壳体 优化设计 失稳 破坏

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静水压力下碳纤维缠绕复合材料圆柱壳体应变特性及承载能力研究 被引量：8

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作者 沈克纯 潘光 +2 位作者 施瑶 李准 魏然峰 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第5期937-943,共7页

为研究静水压力下纤维复合材料圆柱壳体及不同封头结构形式的应变特性及承载能力,首先开展了静力测试研究。测试了舱体内不同测点的轴向应变和环向应变,并且对比分析了椭球封头和半球封头承载能力。进行爆破实验测试,开展应变非线性分析... 为研究静水压力下纤维复合材料圆柱壳体及不同封头结构形式的应变特性及承载能力,首先开展了静力测试研究。测试了舱体内不同测点的轴向应变和环向应变,并且对比分析了椭球封头和半球封头承载能力。进行爆破实验测试,开展应变非线性分析,研究测点应变与裂纹扩展路径的关联,探究结构破坏模式。结果表明:随着载荷的增加,应变增加,不同测点的应变幅值逐渐表现差别,呈不同程度的非线性;沿圆周裂纹的顺时针方向,轴向应变幅值逐渐降低,降幅达20%,环向应变幅值逐渐增加,增幅达94%;载荷增加到一定程度,舱体最终的失效模式是强度破坏,失稳形态不明显。 展开更多

关键词 静水压力 纤维 圆柱壳体 应变 失效

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蝠鲼集群滑翔水动力性能研究 被引量：2

15

作者 高鹏骋 黄桥高 +2 位作者 宋东 潘光 马云龙 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第3期595-600,共6页

为探究集群滑翔编队对蝠鲼水动力性能的影响,采用数值模拟的方法研究了多个蝠鲼在串联、三角、钻石排布下进行滑翔运动时的阻力、升力及流场压力分布情况。数值计算结果表明,位于队首的领航蝠鲼总是承受最小的阻力,在大多数情况下,位于... 为探究集群滑翔编队对蝠鲼水动力性能的影响,采用数值模拟的方法研究了多个蝠鲼在串联、三角、钻石排布下进行滑翔运动时的阻力、升力及流场压力分布情况。数值计算结果表明,位于队首的领航蝠鲼总是承受最小的阻力,在大多数情况下,位于队尾的蝠鲼承受最大阻力。对流场压力分布进行研究发现,减阻效果主要来源于集群中各单体间的高压区及低压区分布,高压区有益于位于队前蝠鲼减阻,在特定情况下,低压区的存在会产生向前吸力有利于减小队尾蝠鲼阻力。研究发现当蝠鲼进行前二后一、四体钻石、六体串联及六体钻石集群滑翔时能降低系统平均阻力,这为仿生航行器集群编队设置提供理论指导。 展开更多

关键词 蝠鲼 集群滑翔 编队设置 水动力特性 减阻

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波状前缘对水翼湍流干涉噪声的影响 被引量：1

16

作者 李芳 黄桥高 +1 位作者 潘光 施瑶 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1266-1273,共8页

为解决水下噪声污染问题以及提升水下航行器声隐身性能,根据座头鲸鳍肢前缘结节结构对NACA0020进行波状前缘改型设计。采用大涡模拟和FW-H方程相结合的方法,对改型前后翼型的湍流干涉流场及噪声特性进行了研究。结果表明波状前缘能够有... 为解决水下噪声污染问题以及提升水下航行器声隐身性能,根据座头鲸鳍肢前缘结节结构对NACA0020进行波状前缘改型设计。采用大涡模拟和FW-H方程相结合的方法,对改型前后翼型的湍流干涉流场及噪声特性进行了研究。结果表明波状前缘能够有效降低翼型的湍流干涉噪声,尤其是高于89.55 Hz的宽频噪声。波状前缘翼型的总声压级指向性特征与原翼型相同,均呈偶极子特性,但其各个方向上的噪声值均有一定降低。对总声压级进行分频段计算发现波状前缘在1000~5000 Hz的中高频段内降噪最好,降噪量可达12.6 dB。通过流场分析得出波状前缘的降噪作用主要与前缘压力脉动降低和展向流动增强导致涡在展向的相干性减弱有关。 展开更多

关键词 波状前缘 湍流干涉噪声 大涡模拟 FW-H方程

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基于无网格伽辽金法的非线性流动数值模拟

17

作者 孟俊男 潘光 +3 位作者 曹永辉 李林丰 黎针岑 周冰 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期70-79,共10页

基于无网格伽辽金方法针对典型的非线性流动问题进行数值研究,对Navier-Stokes方程使用Galerkin方法离散,方程中的惯性项分别采取速度项提出法和直接推导法进行离散,使用罚函数法施加压力和速度边界条件,建立了基于EFG法的二维N-S方程... 基于无网格伽辽金方法针对典型的非线性流动问题进行数值研究,对Navier-Stokes方程使用Galerkin方法离散,方程中的惯性项分别采取速度项提出法和直接推导法进行离散,使用罚函数法施加压力和速度边界条件,建立了基于EFG法的二维N-S方程的离散形式。针对定常非线性流动问题,对矩形域上下平板相向运动流动进行数值模拟,结果表明该方法求解精度比较高,计算误差不超过3.66%;针对非定常非线性流动问题,采取θ加权法对N-S方程中的时间项进行离散,建立了EFG法非定常求解方程。以方柱绕流问题为例,证明了文中所建立的非定常算法的精度及收敛性。 展开更多

关键词 无网格伽辽金法 罚函数法 NAVIER-STOKES方程 直接线性交替迭代法

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