一、用STC格式求解二维激波─边界层相互作用问题（论文文献综述）
肖威[1]（2021）在《可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究》文中进行了进一步梳理超声速燃烧冲压式发动机（超燃冲压发动机,Scramjet）是高超声速飞行器的核心组件,在国防、航空航天领域具有着十分广泛且重要的应用。基于固体燃料的超燃冲压发动机（solid fuel scramjet,SFSCRJ）因其安全性好、操作简便、反应快速等优点,近年来受到各国持续深入研究。在SFSCRJ中包含可压缩湍流-壁面-横向射流-激波-颗粒群相互作用的复杂多尺度、多物理耦合可压缩两相流动问题。对这些问题开展研究有助于加深对SFSCRJ的理解认识,进而提高发动机稳定性和效率。因此,本文建立了适用于研究可压缩两相湍流的直接数值模拟平台,并对可压缩两相湍流边界层、可压缩两相横向射流和激波-全尺度颗粒群相互作用进行了研究,旨在揭示SFSCRJ内的可压缩湍流-壁面-横向射流-激波-颗粒群间相互作用机理,希望可以为固体燃料超燃冲压发动机的设计与研究提供一定的参考。本文首先采用拉格朗日点源方法对可压缩两相平板湍流边界层中的颗粒弥散、运动特性和选择性富集进行了研究,并对相关机理进行了深入分析。研究发现,颗粒在近壁面喷射作用的影响下富集于低流向速度区域并形成了颗粒条带结构。颗粒的平均数密度在近壁面区域存在一个极小值,当采用这一极小值进行归一化后可以得到颗粒数密度的自相似分布规律。大颗粒更容易受到湍泳力作用的影响,且有更强烈的优先富集趋势,进而导致更多大颗粒富集于近壁面区域,同时大颗粒的滑移速度要明显大于小颗粒。受壁面影响,颗粒在缓冲层中富集于高涡量区域中,这不同于非壁湍流中的现象。进一步发现一种新的基于局部流场密度的颗粒选择性富集机理:大颗粒在边界层内层富集于低密度区域、外层富集于高密度区域;而小颗粒在内层和外层均富集于低密度区域。通过这一发现,分析颗粒涨压方程并揭示了其选择性富集的机理。接着,本文继续对可压缩两相横向射流中的颗粒弥散和湍流调制现象进行了研究。结果表明,大颗粒主要分布于射流中心线迎风侧的大尺度剪切层结构的周围,而小颗粒能沿径向输运至前、后回流区,并广泛分布于剪切层和边界层结构内,且易受到流向涡的影响。颗粒使得展向中心平面附近射流下游的边界层厚度恢复延迟,增加了壁面摩擦阻力系数的震荡,提高了边界层厚度和最大壁面摩擦阻力系数。射流轨迹受大颗粒影响被降低,而被小颗粒抬升。展向中心平面上,颗粒还增加了射流下游近壁面流体平均法向速度,降低了远离壁面处的平均流向和法向速度。颗粒对激波锋面附近的湍流脉动影响较为显着,降低了迎风面桶形激波和弓形激波的湍流脉动,增强了背风面桶形激波的湍流脉动且提高了弓形激波的法向高度。在激波锋面以外的位置,小颗粒增强了流体的雷诺应力,而大颗粒则削弱了流体的湍动能。最后,本文研究了平面激波与含有300个全尺度颗粒的颗粒群的相互作用,其中颗粒相的捕捉基于虚拟点内嵌边界方法。我们对四种入射激波马赫数下的激波结构、颗粒瞬时与峰值阻力系数、升力系数与流场脉动等问题进行了对比分析。模拟结果表明,颗粒反射激波会汇聚成平面激波,其传播速度随入射激波马赫数上升而下降;穿透激波传播速度同理,且激波锋面随马赫数升高而更加弯折。颗粒群内的单个颗粒峰值阻力系数沿流向线性减小,其与线性拟合公式结果之差可由高斯分布描述。单个颗粒升力系数会发生剧烈震荡,且随着马赫数的升高,升力系数能够达到与阻力系数同一数量级,因此研究高马赫数、高体积分数的激波-颗粒群相互作用时,颗粒横向受力不可忽略。入射激波马赫数的提高还会增加流体湍动能占平均动能的比例。通过对比NS求解器和欧拉求解器得到的主要结果,发现模拟时间较长时欧拉求解器会由于缺乏粘性耗散而增大颗粒受力脉动、提高流场湍动能,因此采用NS求解器是必要的。
阎超,屈峰,赵雅甜,于剑,武从海,张树海[2]（2020）在《航空航天CFD物理模型和计算方法的述评与挑战》文中进行了进一步梳理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。
李一鸣[3]（2020）在《内转式进气道流动中的激波及相互作用研究》文中研究说明进气道作为超燃冲压发动机捕获并压缩来流的重要气动部件,对吸气式高超声速飞行器气动布局和性能至关重要。三维内转式进气道以其压缩效率高、润湿面积小、以及易于实现从飞行器前体向圆形燃烧室过渡等优势,成为研究的热点之一。然而,内转式进气道复杂的几何结构,会产生多种形式的曲面激波（如压缩面激波、唇口激波、分离激波、再附激波等）,使其流动具有明显有别于传统二元进气道的特殊性和复杂性,尤其是弯曲激波和激波/边界层干扰更是增加了三维复杂特征。因此,以往在二维流场中有关平面激波及其与边界层相互作用的机理和规律认识,难以直接应用于内转式进气道中。目前关于内转式进气道的研究还很不充分,尤其是在基本特征认识中起关键支撑作用的内转式进气道流场实验观测更是匮乏。为此,发展了针对内转式进气道进行流场观测的实验方法,借助数值模拟,对于实验中观察到的内转式进气道中的典型流场结构展开分析。进一步,针对进气道中普遍存在的复杂的弯曲激波与弯曲壁面的干扰问题进行解耦,突出重点,分解难点,将入射激波简化为平面斜激波,以着重体现凹柱面的弯曲壁面在反射过程中的作用。首先,提出了一种分段显示的内转式进气道内流场观测方法,可分段获取截断剖面处的内流场结构,通过多段组合进而融合出内流道整体空间结构信息。发展了适用于激波风洞的平面激光散射（PLS）技术,利用水蒸气在喷管中凝结产生的纳米级颗粒作为示踪粒子。相关的性能测试和分析表明,PLS方法在高超声速流动研究中是一种有效的流动显示方法,实现了对于三维内转式进气道流场的实验观测。此外,通过压敏漆（PSP）技术,实现对模型表面压力分布开展面测量,取得壁面流场分布信息,再结合纹影、PLS等不同方法的组合运用,可以从多方位获得流场信息,以有助于相关认识从片面走向全面。其次,在对内转式进气道流场的实验观测基础上,借助数值模拟,获得了内转式进气道的弯曲壁面内流道复杂流场结构较为完整的刻画,内转式进气道唇口V形钝前缘处的复杂波系干扰,不仅造成当地的极高热力载荷,而且在内外两侧均形成反向流向涡对（CVP）,其影响将延伸至较远的下游区域;此外,内流道中前体压缩面侧的较大范围低速区的形成不仅与长距离的前体压缩面边界层发展有关,同时也包含了唇口内侧激波与弯曲侧壁相互作用所引起的侧壁边界层向底部聚集的作用。此外,采用无粘数值模拟,考察了斜激波在凹柱面上反射所产生的三维波系结构,结合局部二维化分析方法,对激波在凹柱面上的规则-马赫反射类型转变规律进行了一定程度的预测和分析。研究发现,在凹柱面侧壁主要呈现马赫反射的特征,而对称面附近区域则更易于出现规则反射,其间的过渡区域伴随有桥激波、剪切层等复杂结构。随着入射斜激波强度的增加,规则反射区逐步减小乃至消失,此时对称面处的反射类型将由规则反射转变成马赫反射,进而出现全马赫反射模式,对称面附近接近正激波压缩效果的马赫杆波后出现高压低速区,该区域不仅总压损失显着,而且流场不均匀性也很明显。因此,鉴于全马赫反射的诸多不利影响,建议在内流道设计和运行中应尽量避免。
丁生荣[4]（2020）在《多介质界面的数值模拟与研究》文中认为本文主要研究多介质界面流场计算问题。论文主要分为以下两大部分:论文的第一部分,主要涉及流场计算、界面追踪和界面边界条件处理。其中,流场计算采用五阶WENO格式求解Euler方程。界面采用level-set方程描述,使用改进的RGFM处理界面边界条件。为解决两侧大密度比介质的界面边界条件引起界面附近流场非物理数值解的问题,改进了沿界面法线构造Riemann问题的精度,利用提高精度的Riemann解外推至虚拟流体,并确定界面附近虚拟网格节点对应的物理量。将离散点构成的几何域复杂边界看作气固界面,给出了界面法线确定方法。此外,梳理文献已有的空化模型并进行了数值验证。论文主要计算了平面运动激波与单个水柱和水柱群相互作用流场、离散点围成的喷管流场,也考察了平面激波与水相互作用流场的空化效应。主要结论如下:（1）本文改进确定气/水界面法线的方法,提高了界面Riemann问题构造精度。并将该方法推广到气/固界面,提高了界面边界条件处理精度,避免界面产生较大的数值扰动。（2）本文采用改进的RGFM和level-set方法计算激波和水柱群相互作用流场,给出密度纹影图和指定点p-t曲线。结果显示:可分辨运动激波和水柱群相互作用产生的复杂激波波系,表明激波在各水柱界面的透射和反射、在列和行水柱界面的多次反射和透射;水柱群下游区域的激波波后压力下降,表明激波加热水柱群附近气流和反向运动的反射激波造成了激波衰减。（3）将改进RGFM和level-set方法推广到气/固界面,采用笛卡尔网格计算喷管流场,喷管内壁型线数据拟合采用三次样条插值,给出了喷管流场压力、密度云图和速度场。数值结果显示喷管流场数值解和理论解相符,为含气/固界面的复杂域流场计算提供新途径。（4）结合高精度算法分别对Cut-off模型、修正Schmidt模型和等熵单流体模型进行数值验证,数值结果表明等熵单流体模型呈现了较高的计算精度和分辨率高,适应面更宽。随后,采用等熵单流体模型对含空化现象的平面激波和液柱相互作用问题进行数值模拟,平面激波的马赫数分别为1.67和3.0,并给出不同时刻的压力云图。结果表明:受水惯性影响,加上激波扫过单个水柱表面时间短,因此,激波反射和绕射现象与波系结构和固体圆柱类似,水柱左侧透射水激波在右侧水气界面透射,产生向水柱传播的反射稀疏波,导致右侧气/水界面附流场压力下降,水出现局部空化。空化区随稀疏波区增大而增大,空化区也随压力恢复而消失。马赫数越大,水柱稀疏波也越强,其空化区尺度也增大。论文的第二部分,针对复杂计算区域上双曲守恒律方程的一类有限差分方法的守恒性开展了研究,计算区域内部采用有限差分WENO方法。复杂计算区域的边界通常与网格点不重合,目前较流行的高精度且稳定的边界处理方法是ILW方法。传统的基于ILW边界处理的有限差分方法在周期或紧致边界上能够保总质量守恒,而在非周期或非紧致边界问题上大多不能保持该守恒性,即使可以,也只能在不超过二阶精度的范围内保守恒。本文通过给出合适的具有高阶精度且相容的总质量定义,结合对边界附近的数值流通量的修改,达到保总质量守恒的目的。同时,该方法还不影响原方法的高阶精度和无振荡特性。数值算例表明本文保总质量守恒格式可以严格保总质量守恒,同时与原来基于ILW边界处理的高阶WENO格式一样,在光滑解具有高阶精度,在间断解附近表现出无振荡性。
叶创超[5]（2020）在《基于GPU异构计算的可压缩复杂流动高精度数值模拟》文中提出计算速度与计算精度是计算流体力学（CFD）计算中最重要的两个内容。本文着眼于当前高性能计算机的发展趋势,研究了可压缩CFD程序在现代GPU异构平台的高效并行计算方法,并发展了一种新的适用于可压缩流动的高精度数值格式,基于GPU加速的高精度隐式大涡模拟研究了喷口非对称性对超声速平板射流的流动结构与噪声的影响。本文具体内容与结论如下:（1）基于当前高性能计算机的发展趋势及现代GPU异构计算平台的特点,研究了适用于GPU异构计算平台上大规模计算的一般曲线坐标系下的高精度可压缩CFD并行计算方法,并开发了相应的程序。针对复杂多样的现代GPU计算平台的硬件拓扑结构,开发了硬件识别技术,可根据计算负载状况自动优化硬件的分配,包括CPU内存分配优化、CPU与GPU数据传输优化、CPU进程之间通信优化以及GPU进程之间通信优化。针对可压缩CFD程序设计了高效的显存利用策略,发展了“原子化操作”与核函数分解技术,开发了求解可压缩Navier-Stokes方程的GPU高效并行计算方法。性能测试表明基于当前技术方法开发的可压缩CFD程序相比CPU单核最大可实现近2000倍加速效果,并通过实际算例证明了程序的正确性与高效性。（2）将Targeted ENO格式的思想引入AFWENO格式中,发展了新的适用于求解双曲守恒律的高精度数值格式AFTENO格式。AFTENO同时具备TENO格式与AFWENO格式的优点,可对原始变量、守恒变量等进行插值,利用任意单调通量函数构造数值通量,并且可以扩展到3阶至任意阶精度,且没有AFWENO格式的奇数阶精度限制。新格式可以避免基于WENO思想的高阶数值格式中可能存在的全局模板内出现多个间断时数值格式失效的问题。测试结果表明,相比同类AFWENO格式,新格式具有更好的激波捕捉能力和小尺度结构的分辨率。（3）基于高精度隐式大涡模拟研究了喷口非对称性对欠膨胀超声速平板射流流动结构与噪声的影响。研究了喷口上下板长度差与喷口高度比值L//h为0.5与1.0的算例,并与对称喷口的算例作对比。研究表明喷口非对称性可有效抑制激波啸叫强度,最大可降低7.9dB。动力学模态分解（DMD）分析表明,能量最高的模态的频率对应于啸叫主频,并且斜切效应会抑制激波串结构的法向摆动。在对称喷口算例中,当前计算中显示了“激波泄露”现象,为“激波泄露”理论解释激波啸叫产生根源提供了依据。在非对称喷口构型射流中,激波结构与剪切层比对称构型情况更稳定,削弱了激波与剪切层的相互作用,从而抑制了啸叫的产生。
赵祎佳[6]（2020）在《基于改进模态分解的离心压气机内流场动力学特征研究》文中认为高效率、宽稳定运行范围是现代离心压气机追求的目标,深入挖掘离心压气机内流场非定常流动特征是提高其气动性能及流动稳定性的重要基础。为了从动力学角度揭示压气机的非定常流动对气动性能的影响机理,明确影响压气机流动稳定性的关键因素,本文采用改进的模态分解方法探索离心压气机非定常流场的新现象。基于离心压气机流场特征的复杂性及传统分解方法的不足,对本征正交分解方法（Proper Orthogonal Decomposition,POD）进行改进,提出了单频的模态分解方法（Single-Frequency Proper Orthogonal Decomposition,F-POD）。以单频模态分解方法为主并结合多种流场分析方法,对离心压气机流场中的动静干涉、间隙效应、激波等非定常结构的模态特征及物理含义进行了逐层剖析,进而结合主模态的能量转移,提炼了与压气机稳定性相关的扰动模态并明确其发展演化的内在驱动因素。首先以具有离散频率和增长率等物理特征的解析函数研究POD和动力模态分解方法（Dynamic Mode Decomposition,DMD）的数学性质及物理阐释。POD方法从能量的角度将流场分解为不同能级结构,各阶模态均具有耦合频率特征;DMD方法则能获得流场的单频模态结构,然而模态增长率信息拟合存在偏差。为了实现对压气机非定常流场单频结构及增长率特征的准确提取,结合傅里叶变换（Discrete Fourier Transform,DFT）及其逆运算对POD方法进行了两步改进。初步改进通过对POD模态的单频分解和重构得到了单频模态分解方法,进一步改进提出了主频邻域内重构方法,实现了对单频模态增长率信息的准确提取,最终提出了F-POD方法。采用不同增长率、多重频率的解析函数及经典圆柱绕流算例对F-POD方法进行了详细验证,表明F-POD方法能够准确地从离散频率流场中提取单频模态结构及增长率信息,为从动力学角度解析复杂非定常流场提供了行之有效的新方法。从流动较稳定、流场结构较清晰的压气机最高效率工况出发,实施对叶片通道内三维脉动流场的单频模态分解,结合流场主要参数的云图、全场涡系结构分布、监测点频谱特征等,论证了不同间隙及转速下压气机流场的模态特征及其物理阐释。得出:1)动静干涉扰动所对应的叶片通过频率模态（Blade Passing Frequency,BPF）及其倍频n BPF在稳定工况下始终为流场的一阶主频,并且随着其他扰动因素如间隙泄漏涡、激波等的介入,主频模态能量占比逐渐降低;2)上游间隙泄漏涡对应0.05BPF,而下游间隙泄漏涡及尾迹区的主要模态为0.2BPF;3)激波/间隙泄漏涡、激波/边界层的相互作用加剧了流场的脉动,造成了间隙泄漏涡的破碎（0.2BPF、0.4BPF模态）及降低了波后边界层流动的稳定性（0.05BPF模态）。离心压气机三维非定常流场的单频模态分解方法为挖掘压气机流场新现象,解析流场非定常动力学特征提供了新视角。在阐明最高效率工况点流场主导模态物理解释基础上,进一步对变工况（最高压比点、小流量工况点）下,不同间隙、不同转速三维非定常流场实施单频模态分解。依据变工况主要模态的能量转移特征,发现压气机流动稳定性降低过程（即流量减小过程）总是伴随着动静干涉扰动模态（BPF/n BPF）能量向低频扰动模态的转移,故各低频模态变化过程即可反映出与压气机稳定性相关的模态发展演化的内在驱动因素:1)闭式离心压气机流动稳定性降低主要是由于吸力面边界层区域的脉动增强,对应的“不稳定”模态为0.4BPF;2)半开式叶轮的流动稳定性主要与间隙泄漏涡（0.05BPF模态）及其不断破碎产生的“高”频模态0.4BPF、0.7BPF相关;3)跨声速压气机激波、泄漏涡、边界层相互作用增强,使得流场呈现更低频率的多峰值宽频模态特征,表明压气机流动稳定性减弱。利用模态能量转移及模态结构演化特征探索压气机流动稳定性的方法为研究压气机失稳机理提供了新思路。基于改进的单频模态分解方法对离心压气机不同转速、不同间隙及变工况流场模态特征的探索揭示了压气机复杂流场动力学机理,为高性能、宽稳定工况范围的离心压气机设计提供了理论支撑。
汪东旭[7]（2020）在《激波管内边界层效应对燃料着火特性影响的研究》文中指出着火延时是燃料燃烧特性的重要参数之一,它不仅是内燃机汽缸内碳氢燃料的自点火和燃烧能够高效稳定发生的直接影响因素,而且也是进行化学动力学机理验证和机理开发的重要参考基础,因此准确地测量燃料的着火延迟时间是十分必要的。激波管壁面边界层的产生导致温度的增加对混合气体的活化能的测量和点火延迟时间有重大影响,边界层对反射激波后的条件和混合气体的影响间接限制了激波管性能扩展到较长工况,对激波管边界层进行分析十分必要。本文基于实验和数值模拟相结合的方法分别研究了激波管有效测量时间及边界层效应对氢气-氧气混合物着火延迟时间测量准确性的影响。首先,参照实验室台架建立了二维激波管简化模型,开展了不同初始膜片压力比条件下理想空气在激波管内有效试验时间限度的测定工作。然后,将激波管模型耦合化学动力学机理建立燃料着火模型,针对定参数下激波运行规律以及管壁面温度边界层生长规律进行了研究。最后,测量了不同初始条件下边界层的状态,分析了氢气-氧气-氩气混合物在温度1100-1500K,压力为10atm、当量比为1.0条件下边界层效应对燃料着火延迟时间测量准确性的影响。本文主要研究结果如下:（1）Realizable k-ε湍流模型对激波管流场具有较好的模拟效果,本文CFD数值方法是高效可靠的,提供了一个能够模拟非理想流动的稳定非定常激波管数值模型;反射激波和边界层作用会出现激波分岔的三角结构,同时反射激波后面会出现速度涡流,以上作用会使试验区的流场温度和压力出现不均匀分布,影响5区实验测量准确性;接触面与反射激波相遇时刻和二次反射激波行至端壁的时间是有效试验时间限度的重要影响因素。（2）当初始压力比相同时,有效试验时间的大小不随高低压段的初始压力改变而改变;当高压段压力为不变时,随初始膜片压力比升高,其测量的有效试验时间会降低,激波管初始膜片压力作为产生激波的原始参数,决定激波强度大小,其比值对激波管的有效试验时间和传播过程也有重要影响。（3）初始膜片压力比一定时,边界层厚度随激波传播时间的增长而变厚;初始膜片压力比相同,相同时刻边界层生长厚度随初始压力的增大而增厚;高压段初始压力相同,初始膜片压力比不同时,低压段压力越低,边界层厚度更大;利用N2作为燃料稀释气时入射激波后边界层厚度大于Ar稀释时边界层厚度;在相同燃料成分,不同试验区温度条件下,入射激波后温度边界层随激波传播时间的增加而增大,试验区温度越高,对应时刻的边界层厚度越大;试验时间越长,边界层内温度增量对试验测量的影响越大,同时,试验区温度越高,边界层所带来的温度误差也越大;本激波管边界层效应引起侧壁测量误差范围为3%～15.8%,而且随着试验区温度的升高,边界层影响会愈加明显。
李艾挺[8]（2020）在《叶轮机械流场数值模拟及反问题设计研究》文中研究说明随着计算机性能的提升,计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）得到快速发展,在叶轮机械叶型设计和流场分析中占有越来越重要的地位。尤其在叶型气动设计中,CFD技术大大减少了对试验数据的依赖,成为现代叶轮机械设计体系的主要组成部分。以CFD技术为支撑,国内外发展了多种正问题分析和优化程序,以及反问题叶型气动设计方法。本文以工程应用为背景,以数值求解Navier-Stokes（N-S）方程为主要内容,开发一套较为通用的,满足一定精度和求解速度要求的全三维流场数值求解程序,并在此基础上开发叶轮机叶片反问题设计程序。再以跨声速压气机为主要研究对象,对所开发的正反问题程序进行测试和研究。具体工作包括以下内容:（1）针对跨声速叶轮机械复杂内部流动,利用所开发的全三维CFD求解器对常用格式的计算精度进行对比。以Rotor67压气机转子为例进行数值试验,对比了两种FVS格式,即Steger-Warming格式、Van Leer格式在不同MUSCL插值处理方式下的计算效果。结果表明,Van Leer格式的模拟效果优于StegerWarming格式,使用原始变量插值的模拟效果优于通量插值,Albada限制器与Hemker限制器的模拟效果基本相同。（2）分别采用FVS格式与AUSM+格式结合多种限制器对Rotor 67跨声速压气机转子进行数值模拟,分析和比较了各格式的计算效果并与试验结果对比。结果表明:与FVS格式相比,AUSM+格式的数值粘性更小,边界层的模拟精度更高;Hemker限制器的综合表现最优,Van Albada限制器的粘性分辨率略低于Hemker限制器,Minmod限制器对流动分离现象的捕捉能力较差,Van leer限制器容易引入色散误差。（3）提出了一种改进的适用于三维粘性流场的叶轮机械叶片反问题设计方法。该方法假设叶片的中弧线具有虚拟移动速度,其位移量由目标载荷与实际载荷的差值计算得到,并利用粘性底层厚度对每个迭代步的位移量进行限制。采用三次B样条曲线插值方法对叶片中弧线进行光顺,新叶型通过更新后的中弧线和给定的叶片厚度得到。对Rotor67的优化结果表明:该方法可根据设计者的意图对叶型进行修改,具有鲁棒性强、收敛速度快、叶片的可变自由度高和不依赖于特定的网格和求解器的优点,并具备一定的通用性。（4）提出了一种适用于多排叶片流场的全三维粘性反问题设计方法,并将其应用于整级高负荷轴流压气机叶片的优化设计。反问题方法以载荷分布作为优化目标,设计时可根据正问题计算结果对动叶载荷分布进行合理调整,实现控制激波位置、强度,优化叶片表面气动参数分布、减小流动分离等目的;同时可根据静叶进出口气流角实时调整静叶进、出口几何角,使动静叶片排保持最佳匹配状态,减少流动损失。通过对Stage35压气机级的反问题优化设计,等熵效率提升了1.1%,结果表明:该方法能够明显改善叶片内部流场分布,优化动静叶片排的匹配,提升全工况范围内压气机级效率。
宋润杰[9]（2020）在《高超声速三维边界层的流动稳定性及扰动演化》文中指出随着临近空间飞行器的迅速发展,国内外对边界层流动稳定性与转捩的关注程度越来越高。由于工程上常见的大多为三维边界层,传统对于二维/轴对称边界层的分析与研究无法满足工程的需求,因此有必要针对典型三维边界层,深入了解其流动稳定性特性,为工程上三维边界层的转捩预测提供理论指导。根据基本流在展向的变化程度,可将边界层分为四类:展向平行的边界层、一般三维边界层、展向变化较强的边界层和展向变化很强的三维边界层。本文主要针对一般三维边界层和展向变化很强的三维边界层的流动稳定性特性以及扰动波演化特性进行了研究,具体工作和结论如下:1.针对一般三维边界层,提出了广义增长率的概念,并分析了二维流动中的二维扰动波、三维流动中的空间三维扰动波以及时空扰动波的广义增长率,从理论上证明了广义增长率具有守恒特性,并采用数值方法进行了验证。广义增长率的守恒特性统一了eN方法中已有的增长率积分方法,这些方法的本质都是广义增长率的不同简化。基于广义增长率的守恒特性,发展了计算广义增长率的简便方法,由于无需迭代,该方法有着更高的计算效率。广义增长率的守恒特性为eN方法在一般三维边界层中的应用提供理论基础以及高效算法。2.针对一般三维边界层,基于射线跟踪理论（RT）,提出了可以准确预测扰动波线性演化的新方法,即基于射线跟踪理论的抛物化稳定性方程（RTPSE）。与传统的PSE相比,RTPSE有两方面的改进:选取群速度方向作为推进路径;采用射线跟踪理论预测展向波数的变化。对于有攻角状态下的球锥侧面的一般三维边界层,RTPSE预测的扰动波的演化路径、展向波数的变化以及扰动波的幅值均与直接数值模拟（DNS）的结果符合的很好。RTPSE是预测一般三维边界层中的扰动波线性演化的有效工具。3.结合二维全局稳定性（BiGlobal）、三维面推进线性抛物化稳定性方程（3DLPSE）和直接数值模拟（DNS）方法,研究了展向变化很强的三维边界层中下游Gotler涡二次失稳模态与上游第一/第二模态之间的关系。研究结果表明:Bi Global可以获得下游G?tler涡二次失稳模态与上游第一/第二模态之间的一一对应的关系,但是Bi Global获得各种失稳模态中只有主导模态才能定性反应第一/第二模态向二次失稳模态演化的特性;3DLPSE方法可以获得与DNS相符的结果,证明3DLPSE是一种更高效的计算方法;此外,还证实了第一/第二模态是G?tler涡二次失稳模态的起源。4.采用3DLPSE研究了不同幅值的定常横流涡对快/慢模态的影响以及快/慢模态的演化特性。结果表明小幅值的定常横流涡使快模态更稳定,而使慢模态更不稳定;较大幅值的定常横流涡均使得快/慢模态的扰动波迅速增长,其根本原因是定常横流涡引起基本流在展向存在很强的剪切。详细分析了定常横流涡影响快/慢模态的机制,结果表明:小幅值定常横流涡的平均流修正（MFD）对快/慢模态有稳定作用;较大幅值的MFD对快/慢模态有促进作用,原因是MFD改变了基本流剖面使得边界层外缘附近出现广义拐点,进而导致无粘二次失稳的发生。此外,还证实了定常横流涡对基本流三维调制作用主导了快/慢模态扰动波的演化特征。5.针对有攻角状态下的球锥模型,证实了第二模态是定常横流涡二次失稳的来源,发现了有限幅值的第二模态可以促进定常横流涡的转捩发生。因此,对于有攻角状态下的球锥侧面中定常横流涡主导的转捩,第二模态仍起到比较重要的作用。
方昕昕[10]（2020）在《超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究》文中指出来流气体在组合循环发动机中的停留时间很短（毫秒量级）,同时由于其强压缩性,使得其与燃料的混合受到抑制,从而导致发动机的燃烧效率较低。因此,如何在较短的时间内提高发动机内部气体的掺混效果是组合循环发动机研究的关键技术之一。本文以此为研究背景,以超声速混合层为研究对象,采用理论分析、数值仿真和实验研究等方法深入地分析了混合层的发展过程和混合增强方法。通过线性稳定性分析研究了来流压缩性、粘性、速度比和密度比等因素对混合层线性稳定性的影响。结果表明,当对流马赫数小于0.6时,二维扰动波主导着混合层的发展;当对流马赫数大于0.6时,主导扰动波从二维变为三维。粘性对混合层的增长起到抑制作用。在不同来流介质或者不同温度的相同来流介质条件下,混合层上下层来流使用适当的组合能够使得其增长率获得最大值。通过大涡模拟研究了斜激波与混合层的相互作用。超声速混合层时均速度剖面中的拐点是由流场中的大尺度涡结构引起的。斜激波会使得混合层的速度梯度变大,从而诱导出“发卡”涡结构,而后很快消失。混合层的增长率随着涡结构的演化而变化。斜激波增强了湍流结构之间的能量交换,使得混合层的混合过程得到强化。斜激波作用下混合层的涡厚度在激波作用位置处减小,而后迅速增大,斜激波对提高混合层的增长率有积极的作用。研究了预先仿真法作为边界层湍流入口的可行性,并与DF入口边界层作对比。由于湍流中的大尺度涡结构发展得较慢,而小尺度涡结构可以很快在湍流入口下游发展起来,预先仿真法忽略了湍流入口中的高频小尺度涡结构而只保留了低频大尺度涡结构。预先仿真法做为湍流边界层的入口条件能够使得边界层在较短的距离内发展成为充分发展的湍流,并且与DF方法对比,更加得简单有效。此外,该方法不仅仅局限于边界层流动,对更多的复杂壁面流动,如尾迹流和平板混合层流动等均有效。通过LES研究了来流状态对超声速平板混合层的影响。层流平板混合层比湍流平板混合层中的小激波结构更多。小激波结构是由流场中的大尺度涡结构卷起引起的。湍流入口对平板混合层中的入口激波、尾缘激波和小激波结构都具有减弱作用。层流平板混合层中存在由于K-H不稳定（Kelvin-Helmholtz instability）引起的二维大尺度涡结构,同时存在着（43）涡结构和“发卡”涡结构。相比之下,湍流平板混合层中不存在二维大尺度涡结构,同时（43）涡结构和“发卡”涡结构在形成后很快破碎成小尺度涡结构。在“自相似”阶段,两种混合层的增长率几乎相同,为0.0213。平板混合层的RS12呈现双峰值分布。但是,随着混合层的发展下侧的尖峰逐渐消失,并且湍流平板混合层的下侧尖峰消失得更早。通过动力模态分解（Dynamic Mode Decomposition,DMD）分析,湍流平板混合层中的主要模态的频率比层流平板混合层的频率高。湍流平板混合层需要更多的模态才能比较准确地通过DMD重构流场。实验对比研究了矩形波瓣混合器和消波型波瓣混合器对混合层的混合增强作用和机理。波瓣混合器波峰和波谷之间的压力差使得流向涡结构出现,其中一个沿着顺时针方向运动,另外两个沿着相反的方向运动。波瓣混合器的混合增强作用主要由流向涡结构和增加的流体接触面积引起的,其中流向涡结构贡献了混合增强的80%,尤其在远场中。虽然消波型波瓣混合器比矩形波瓣混合器中流向涡结构出现得更晚,甚至在低扩张角时不出现流向涡,但是其具有与矩形波瓣混合器相同的混合增强效果。流向涡结构使得波瓣混合器后的混合层发展得更早而不是更快。在保证波瓣混合器流场未发生分离的条件下,更大的扩张角具有更好的混合增强效果。消波型波瓣混合器能够消除流场中的激波,从而减小流场的总压损失。
二、用STC格式求解二维激波─边界层相互作用问题（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、用STC格式求解二维激波─边界层相互作用问题（论文提纲范文）
（1）可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 超燃冲压发动机研究背景 |
| 1.1.1 超燃冲压发动机简介 |
| 1.1.2 固体燃料超燃冲压发动机 |
| 1.2 可压缩两相边界层 |
| 1.2.1 可压缩边界层研究概述 |
| 1.2.2 两相边界层研究概述 |
| 1.3 可压缩两相横射流 |
| 1.3.1 可压缩横向射流研究概述 |
| 1.3.2 两相横射流研究概述 |
| 1.4 可压缩流体中的颗粒阻力研究 |
| 1.4.1 激波-颗粒相互作用的实验研究 |
| 1.4.2 激波-全尺度颗粒相互作用的模拟研究 |
| 1.5 本文主要研究内容和结构 |
| 2 数学模型与数值算法 |
| 2.1 可压缩气固两相湍流的控制方程 |
| 2.1.1 气相控制方程 |
| 2.1.2 颗粒相控制方程 |
| 2.1.3 无量纲控制方程 |
| 2.2 数值算法 |
| 2.2.1 高精度激波捕捉格式 |
| 2.2.2 八阶中心差分格式 |
| 2.2.3 三步三阶TVD-RK时间步进 |
| 2.2.4 非均匀网格的离散算法 |
| 2.3 虚拟点内嵌边界方法 |
| 2.3.1 反距离插值算法 |
| 2.3.2 边界条件的施加 |
| 2.3.3 算法施加流程总结 |
| 2.4 数值算法验证 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 可压缩两相湍流边界层的直接数值模拟 |
| 3.1 模拟设置与参数 |
| 3.2 转捩边界层的预模拟及验证 |
| 3.2.1 预模拟计算设置 |
| 3.2.2 预模拟统计结果 |
| 3.2.3 湍流入口验证 |
| 3.3 颗粒弥散分布特性 |
| 3.3.1 选择性富集 |
| 3.3.2 颗粒自相似分布特性 |
| 3.4 颗粒运动特性 |
| 3.5 涡结构对颗粒速度影响分析 |
| 3.6 颗粒于低流体密度区域的选择性富集机理分析 |
| 3.7 本章小节 |
| 4 可压缩两相横向射流的直接数值模拟 |
| 4.1 模拟设置与参数 |
| 4.2 单相横向射流湍流验证 |
| 4.2.1 瞬态结构 |
| 4.2.2 时均结构 |
| 4.3 颗粒弥散特性 |
| 4.4 颗粒对平均流的影响 |
| 4.4.1 边界层厚度与摩擦阻力 |
| 4.4.2 射流与颗粒轨迹 |
| 4.5 颗粒的湍流调制 |
| 4.6 本章小节 |
| 5 激波与全尺度颗粒群相互作用的微观尺度直接数值模拟研究 |
| 5.1 计算设置 |
| 5.1.1 流场与颗粒初始化设置 |
| 5.1.2 量纲分析 |
| 5.1.3 网格无关性检验 |
| 5.2 激波马赫数对激波结构的影响 |
| 5.3 激波马赫数对颗粒阻力的影响 |
| 5.3.1 瞬时阻力系数 |
| 5.3.2 峰值阻力系数 |
| 5.4 激波马赫数对颗粒升力的影响 |
| 5.5 激波马赫数对流场湍流脉动的影响 |
| 5.6 欧拉求解器与Navier-Stokes求解器对模拟结果的影响 |
| 5.7 颗粒位置随机初始化对模拟结果的影响 |
| 5.8 本章小节 |
| 6 全文总结与创新点及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 工作展望 |
| 参考文献 |
| 作者简历 |
（2）航空航天CFD物理模型和计算方法的述评与挑战（论文提纲范文）
| 0 引言 |
| 1 物理模型 |
| 1.1 湍流模型 |
| 1.2 转捩模型 |
| 1.2.1 低雷诺数湍流模型 |
| 1.2.2 间歇因子转捩模型 |
| 1.2.3 层流动能转捩模型 |
| 2 计算方法 |
| 2.1 通量求解方法研究进展 |
| 2.1.1 激波异常问题 |
| 2.1.2“overheating”问题 |
| 2.1.3 全速域流动模拟问题 |
| 2.1.4 多维流动模拟问题 |
| 2.2 高阶格式 |
| 2.2.1 高阶格式的应用现状 |
| 2.2.1. 1 气动声学数值模拟中的应用 |
| 2.2.1. 2 湍流数值模拟中的应用 |
| 2.2.1. 3 面向工程问题的定常气动力计算 |
| 2.2.2 高阶格式的计算精度 |
| 2.2.3 高阶格式的时间求解方法 |
| 2.2.4 高阶格式的激波捕捉方法 |
| 2.2.5 高阶格式的计算代价分析 |
| 2.2.6 软件实现 |
| 3 发展趋势及建议 |
| 3.1 湍流模型 |
| 3.2 转捩模型 |
| 3.3 通量求解 |
| 3.4 高阶格式 |
（3）内转式进气道流动中的激波及相互作用研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和研究意义 |
| 1.2 国内外研究进展 |
| 1.2.1 激波反射 |
| 1.2.2 高超声速进气道中的流动特征 |
| 1.3 本文工作 |
| 第2章 实验及数值方法 |
| 2.1 实验设备与常规测量系统 |
| 2.1.1 激波风洞 |
| 2.1.2 纹影及压力测量系统 |
| 2.2 三维内转式进气道流动的显示 |
| 2.2.1 平面激光粒子散射(PLS)方法 |
| 2.2.2 三维内转式进气道设计及流场分段显示 |
| 2.2.3 局部激波干扰的表面压力分布与纹影组合显示方法 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 FLUENT软件简介 |
| 2.3.2 验证算例 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 典型内转式进气道流动显示与相关机理分析 |
| 3.1 前体压缩面流动显示 |
| 3.1.1 压缩面激波 |
| 3.1.2 唇口激波 |
| 3.2 内转式进气道及隔离段内流场 |
| 3.2.1 唇口附近流动 |
| 3.2.2 内收缩段流动 |
| 3.2.3 隔离段内流动 |
| 3.3 进气道抽吸和反压的影响 |
| 3.3.1 抽吸对进气道的影响 |
| 3.3.2 反压对抽吸的影响 |
| 3.3.3 隔离段中的激波串 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 斜激波在凹柱面的反射 |
| 4.1 模型及研究方法 |
| 4.1.1 研究模型 |
| 4.1.2 激波在曲面反射的局部二维化分析理论 |
| 4.2 小角度斜激波在凹柱面的规则-马赫反射 |
| 4.2.1 入射激波强度的影响 |
| 4.2.2 典型斜激波在凹柱面上反射的二维化理论分析 |
| 4.2.3 斜激波在凹柱面反射后的流场结构 |
| 4.3 斜激波在凹柱面的全马赫反射 |
| 4.3.1 全马赫反射的波系结构 |
| 4.3.2 斜激波反射后流场结构 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 结论和展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与其他科研成果 |
（4）多介质界面的数值模拟与研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 问题描述 |
| 1.2 多介质界面流场计算方法 |
| 1.2.1 可压缩流场计算和数值方法 |
| 1.2.2 多介质界面追踪和数值方法 |
| 1.2.3 界面边界条件处理方法 |
| 1.3 水空化模型及其进展 |
| 1.4 本文主要内容 |
| 第2章 控制方程和数值方法 |
| 2.1 控制方程及定解条件 |
| 2.1.1 流场控制方程 |
| 2.1.2 运动界面控制方程 |
| 2.1.3 定解条件 |
| 2.2 空化模型 |
| 2.2.1 Cut-off模型 |
| 2.2.2 修正Schmidt模型 |
| 2.2.3 等熵单流体模型 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 双曲型守恒律方程的有限差分WENO格式 |
| 2.3.2 Hamilton-Jacobi方程的有限差分WENO格式 |
| 2.3.3 MUSCL格式 |
| 2.3.4 Runge-Kutta时间离散 |
| 2.3.5 数值边界条件 |
| 2.4 数值方法验证 |
| 2.4.1 双曲守恒律方程 |
| 2.4.2 Hamilton-Jacobi方程 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 运动激波和水柱群相互作用及喷管流场计算 |
| 3.1 多介质界面边界条件处理 |
| 3.1.1 气/液界面边界条件处理 |
| 3.1.2 气/固界面边界条件处理 |
| 3.1.3 喷管内壁气/固界面法线确定 |
| 3.2 数值算例 |
| 3.2.1 数值验证算例 |
| 3.2.2 运动激波和水柱群相互作用 |
| 3.2.3 喷管流场 |
| 3.3 本章小结 |
| 第4章 空化模型验证及含空化的运动激波与单水柱相互作用流场 |
| 4.1 数值验证算例 |
| 4.1.1 一维常压开口管内空化流场 |
| 4.1.2 一维高压开口管内空化流场 |
| 4.1.3 一维封闭管内空化流场 |
| 4.1.4 一维封闭管内气/水激波管流场 |
| 4.1.5 二维近壁面高压圆柱气泡水下爆炸流场 |
| 4.2 运动激波和单个水柱相互作用空化流场 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 非矩形区域上一类有限差分方法的守恒性研究 |
| 5.1 问题描述 |
| 5.2 ILW及SILW方法 |
| 5.3 保总质量守恒差分格式 |
| 5.3.1 一维标量双曲守恒律方程 |
| 5.3.2 二维标量双曲守恒律方程 |
| 5.3.3 双曲守恒律方程组 |
| 5.4 数值算例 |
| 5.4.1 一维问题 |
| 5.4.2 二维问题 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 全文总结 |
| 6.1 本文主要内容及结论 |
| 6.2 后续工作的展望 |
| 附录A 附录 |
| A.1 一维总质量的高阶近似 |
| A.2 二维总质量的高阶近似 |
| A.2.1 总质量的三阶近似 |
| A.2.2 总质量的五阶近似 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 |
（5）基于GPU异构计算的可压缩复杂流动高精度数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 CFD的发展现状 |
| 1.1.2 计算机性能发展现状与趋势 |
| 1.1.3 高精度数值格式的发展 |
| 1.1.4 超声速射流中的激波啸叫 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 基于GPU异构计算平台的可压缩CFD程序发展现状 |
| 1.2.2 可压缩流动的高精度数值方法的发展现状 |
| 1.2.3 超声速射流啸叫的研究现状 |
| 1.3 本文的主要工作 |
| 第二章 控制方程和数值方法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.2 对流项的数值离散 |
| 2.2.1 经典WENO格式的构造 |
| 2.2.2 AFWENO格式的构造 |
| 2.2.3 常用的数值通量函数 |
| 2.3 粘性项的数值离散 |
| 2.4 时间离散 |
| 2.5 物理边界条件 |
| 2.5.1 远场边界条件 |
| 2.5.2 壁面边界条件 |
| 2.6 缓冲区 |
| 2.7 HiResX求解器介绍 |
| 第三章 基于现代GPU集群的曲线坐标系下高精度有限差分法的可压缩流动数值模拟 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 硬件环境 |
| 3.3 区域分解法 |
| 3.4 HiResX求解器的编程与优化策略 |
| 3.5 Hardware-Aware硬件识别技术 |
| 3.6 CPU-GPU内存访问优化策略 |
| 3.7 GPU-GPU内存访问优化策略 |
| 3.8 GPU显存利用策略 |
| 3.9 CUDA核函数设计 |
| 3.9.1 无粘项核函数设计 |
| 3.9.2 粘性项核函数设计 |
| 3.10 求解器其他部分的核函数设计 |
| 3.11 程序性能测试 |
| 3.11.1 程序加速比随网格量的变化 |
| 3.11.2 核函数的加速性能 |
| 3.11.3 多GPU的性能测试 |
| 3.12 实际算例测试 |
| 3.13 小结 |
| 第四章 基于插值思想的定向本质无振荡(AFTENO)格式 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 TENO思想回顾 |
| 4.2.1 子模板的设计策略 |
| 4.2.2 尺度分离 |
| 4.2.3 模板选择 |
| 4.2.4 构造高阶插值格式 |
| 4.3 一种新的TENO形式 |
| 4.3.1 AFTENO高阶项 |
| 4.3.2 5阶AFTENO格式 |
| 4.3.3 6阶AFTENO格式 |
| 4.3.4 更高阶AFTENO格式的全局光滑因子 |
| 4.4 测试算例 |
| 4.4.1 一维Sod激波管测试 |
| 4.4.2 激波-密度波相互作用测试 |
| 4.4.3 激波-熵波相互作用测试 |
| 4.4.4 一维Blast Wave测试 |
| 4.4.5 二维瑞利-泰勒不稳定性(RTI)测试 |
| 4.4.6 二维双马赫反射(DMR)问题测试 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 喷口非对称性对超声速平板射流的流动结构和噪声的影响 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值方法 |
| 5.2.1 数值离散方法与湍流模型 |
| 5.2.2 几何构型与计算网格 |
| 5.2.3 边界条件设置 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 激波单元结构 |
| 5.3.2 激波啸叫噪声 |
| 5.3.3 剪切层的振荡模态 |
| 5.3.4 DMD模态分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 工作总结和研究展望 |
| 6.1 本文主要工作与结论 |
| 6.2 主要创新点 |
| 6.3 后续研究工作展望 |
| 附录A 一般曲线坐标系下的可压缩Navier-Stokes方程 |
| A.1 一般曲线坐标系下的N-S方程 |
| A.2 坐标变换度量系数 |
| A.3 坐标变换Jacobian |
| 附录B 高阶AFWENO的推导过程 |
| 附录C Navier-Stokes方程无粘通量的特征分解 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（6）基于改进模态分解的离心压气机内流场动力学特征研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 字母注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 离心压气机非定常流场特征 |
| 1.2.1 动静干涉 |
| 1.2.2 间隙效应 |
| 1.2.3 激波作用 |
| 1.3 离心压气机非定常流场模态分解方法 |
| 1.3.1 压气机流场非定常分析方法 |
| 1.3.2 模态分解方法发展现状 |
| 1.3.3 模态分解方法在压气机流场中的应用 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 第二章 离心压气机内部流动的数值模拟 |
| 2.1 离心压气机模型 |
| 2.2 数值方法 |
| 2.2.1 基本控制方程 |
| 2.2.2 湍流模型 |
| 2.2.3 时空离散方法 |
| 2.3 数值方法验证 |
| 2.3.1 边界条件 |
| 2.3.2 网格独立性验证 |
| 2.3.3 实验验证 |
| 2.3.4 非定常周期性验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 模态分解方法及其改进 |
| 3.1 模态分解方法的数学基础 |
| 3.1.1 本征正交分解方法 |
| 3.1.2 动力模态分解方法 |
| 3.1.3 模态分解方法的数学函数解析 |
| 3.2 模态分解方法的改进 |
| 3.2.1 初步改进—单频模态分解方法 |
| 3.2.2 进一步改进—F-POD方法 |
| 3.2.3 F-POD方法的初步验证 |
| 3.3 F-POD方法验证及对比 |
| 3.3.1 不同增长率解析函数验证 |
| 3.3.2 多频率解析函数验证 |
| 3.3.3 典型圆柱绕流算例验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 离心压气机最高效率工况流场动力学模态分析 |
| 4.1 闭式亚声速离心压气机流场动力学模态特征 |
| 4.1.1 流场基本特征 |
| 4.1.2 三维流场模态分解 |
| 4.1.3 动静干涉模态 |
| 4.1.4 吸力面边界层模态 |
| 4.2 间隙效应下流场动力学模态特征 |
| 4.2.1 间隙泄漏涡模态 |
| 4.2.2 间隙对气动性能和流场结构的影响 |
| 4.2.3 间隙对流场模态特征的影响 |
| 4.3 激波影响下的流场动力学模态特征 |
| 4.3.1 激波识别 |
| 4.3.2 激波损失 |
| 4.3.3 激波效应下的模态分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 离心压气机变工况流场模态演化分析 |
| 5.1 闭式亚声速离心压气机流场的模态演化 |
| 5.1.1 主要模态的能量转移 |
| 5.1.2 模态结构演化规律 |
| 5.1.3 “不稳定”模态发展机理 |
| 5.2 间隙效应流场模态演化 |
| 5.2.1 泄漏涡破碎的模态表征 |
| 5.2.2 间隙效应对“不稳定”模态的影响 |
| 5.2.3 间隙效应对流场模态演化的影响 |
| 5.3 激波影响下的流场模态演化 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 研究工作总结 |
| 6.2 本文主要创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（7）激波管内边界层效应对燃料着火特性影响的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 激波管内流场CFD数值模拟国内外研究现状 |
| 1.2.2 激波管边界层效应国内外研究现状 |
| 1.3 本文主要研究目的与研究内容 |
| 1.3.1 研究目的 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 1.3.3 拟采取的研究方法、技术路线 |
| 1.3.4 章节安排 |
| 第2章 实验与模拟计算方法 |
| 2.1 激波管试验装置及测量方法 |
| 2.1.1 激波管系统 |
| 2.2 数值模拟方法 |
| 2.2.1 计算流体力学介绍 |
| 2.2.2 激波管内流体流动过程数值模拟方法 |
| 2.2.3 激波管内着火过程数值模拟方法 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 激波管内流体流动过程的数值模拟 |
| 3.1 激波管二维简化模型的建立 |
| 3.1.1 激波管几何模型描述 |
| 3.1.2 网格划分和网格敏感性验证 |
| 3.1.3 模型模拟方法的选择和初始边界条件 |
| 3.1.4 数值模拟方法的验证 |
| 3.2 激波管内激波运行过程 |
| 3.2.1 激波的产生 |
| 3.2.2 激波的传播与反射 |
| 3.3 激波管边界层的形成与发展 |
| 3.3.1 入射激波后边界层效应 |
| 3.3.2 反射激波后边界层效应 |
| 3.4 初始膜片压力比对激波管试验时间的影响 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 激波管内燃料着火过程的数值模拟 |
| 4.1 激波管内燃料着火模型的建立 |
| 4.1.1 初始条件和边界条件的设定 |
| 4.1.2 着火模型的建立 |
| 4.1.3 燃料着火模型的验证 |
| 4.2 激波管内着火过程的分析 |
| 4.3 初始条件对边界层及流场变化的影响 |
| 4.3.1 初始膜片压力比和稀释气对边界层的影响 |
| 4.3.2 试验区温度与边界层的关系 |
| 4.4 边界层效应对着火延迟时间测量的影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 全文总结与工作展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间取得成果及发表论文 |
（8）叶轮机械流场数值模拟及反问题设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 叶轮机械正问题设计 |
| 1.2.1 一维及二维半经验设计 |
| 1.2.2 准三维设计 |
| 1.2.3 全三维设计 |
| 1.3 反问题设计方法 |
| 1.4 计算流体动力学的发展 |
| 1.4.1 空间离散格式 |
| 1.4.2 时间离散格式 |
| 1.4.3 网格生成技术 |
| 1.4.4 湍流模型 |
| 1.4.5 在叶轮机械中的应用 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第2章 数值计算方法 |
| 2.1 流场控制方程 |
| 2.1.1 雷诺输运公式 |
| 2.1.2 连续性方程 |
| 2.1.3 动量方程 |
| 2.1.4 能量方程 |
| 2.1.5 本构方程 |
| 2.2 控制方程的数值求解形式 |
| 2.2.1 柱坐标系下的N-S方程 |
| 2.2.2 动网格下的N-S方程 |
| 2.2.3 一般曲线坐标系下的N-S方程 |
| 2.2.4 有限差分法与有限体积法的转换 |
| 2.3 方程的数值离散 |
| 2.3.1 对流项 |
| 2.3.2 粘性项 |
| 2.3.3 时间推进格式 |
| 2.4 湍流模型 |
| 2.5 边界条件 |
| 2.6 叶片排动静交界面处理 |
| 2.7 本章小节 |
| 第3章 数值计算方法验证 |
| 3.1 模型及网格 |
| 3.2 FVS格式的对比研究 |
| 3.2.1 Rotor67 总性能 |
| 3.2.2 出口径向参数分布 |
| 3.2.3 流场细节 |
| 3.3 AUSM+格式的对比研究 |
| 3.3.1 Rotor67 总性能 |
| 3.3.2 出口径向参数分布 |
| 3.3.3 流场细节 |
| 3.4 叶片排交界面模型验证 |
| 3.4.1 Stage35 压气机级 |
| 3.4.2 1.5级亚琛涡轮 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 反问题设计方法 |
| 4.1 叶型修改方法 |
| 4.1.1 虚位移计算 |
| 4.1.2 叶型光顺方法 |
| 4.1.3 反问题设计流程 |
| 4.2 动静叶片排匹配 |
| 4.2.1 动静叶片排匹配方法 |
| 4.2.2 多排叶片反问题设计流程 |
| 4.3 反问题方法验证 |
| 4.3.1 单排叶片 |
| 4.3.2 多排叶片 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 反问题方法应用 |
| 5.1 Rotor67 转子优化 |
| 5.1.1 目标载荷曲线调整 |
| 5.1.2 优化前后结果对比 |
| 5.2 Stage35 压气机级优化 |
| 5.2.1 目标载荷曲线调整 |
| 5.2.2 优化前后结果对比 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 研究展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（9）高超声速三维边界层的流动稳定性及扰动演化（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 字母注释表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 流动稳定性理论的回顾 |
| 1.2 边界层转捩过程和转捩预测方法简介 |
| 1.3 三维边界层研究现状和存在问题 |
| 1.4 本文工作 |
| 第二章 控制方程及数值方法 |
| 2.1 N-S方程 |
| 2.1.1 直角坐标系下守恒型N-S方程 |
| 2.1.2 方程的无量纲化 |
| 2.1.3 坐标变换 |
| 2.2 扰动方程 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 通量分裂 |
| 2.3.2 差分格式 |
| 2.3.3 边界条件 |
| 2.4 本文的计算程序以及验证 |
| 2.5 一般正交曲线坐标系下的扰动方程 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 边界层中的广义增长率守恒特性 |
| 3.1 线性稳定性理论 |
| 3.2 边界层中的广义增长率 |
| 3.3 广义增长率的守恒特性 |
| 3.3.1 Gaster变换 |
| 3.3.2 二维基本流二维扰动的广义增长率守恒 |
| 3.3.3 空间模式下三维波的广义增长率守恒 |
| 3.3.4 时空扰动的广义增长率守恒 |
| 3.4 数值验证 |
| 3.4.1 平板边界层中第一/第二模态扰动波的广义增长率守恒 |
| 3.4.2 后掠钝板中横流模态的广义增长率守恒 |
| 3.5 计算广义增长率的简便算法以及误差估计 |
| 3.6关于e~N方法的讨论以及广义增长率的应用 |
| 3.7 本章小节 |
| 第四章 基于射线理论的抛物化稳定性方程及应用 |
| 4.1 RTPSE方法的建立 |
| 4.1.1 一般三维边界层的色散关系 |
| 4.1.2 抛物化稳定性方程(PSE) |
| 4.1.3 射线理论 |
| 4.1.4 一般三维边界层的RTPSE方法 |
| 4.2 数值计算 |
| 4.2.1 基本流的计算 |
| 4.2.2 扰动演化的数值模拟 |
| 4.3 结果与讨论 |
| 4.3.1 有攻角状态下的球锥边界层的流动稳定性分析 |
| 4.3.2 定常横流驻波的演化 |
| 4.3.3 非定常横流行进波的演化 |
| 4.3.4 有关射线理论的进一步说明 |
| 4.4 本章小节 |
| 第五章 G(?)tler涡二次失稳的起源及快慢模态在横流涡中的演化 |
| 5.1 展向变化很强的边界层流动稳定性分析方法 |
| 5.1.1 BiGlobal方法 |
| 5.1.2 3DLPSE方法 |
| 5.1.3 扰动能量分析方法 |
| 5.2 G(?)tler涡中第一/第二模态向二次失稳模态的演化 |
| 5.2.1 模型和计算参数 |
| 5.2.2 基本流和G(?)tler涡 |
| 5.2.3 第一/第二模态在G(?)tler涡中的演化 |
| 5.3 横流涡对快慢模态的影响 |
| 5.3.1 不同初始幅值的定常横流涡 |
| 5.3.2 后掠钝板边界层中的快慢模态 |
| 5.3.3 快慢模态在定常横流涡中的演化 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 有攻角状态下球锥边界层的第二模态在定常横流涡中的演化 |
| 6.1 基本流与稳定性分析 |
| 6.1.1 基本流 |
| 6.1.2 稳定性分析 |
| 6.2 分布式粗糙元激发的定常横流涡 |
| 6.3 第二模态在定常横流涡中的演化 |
| 6.3.1 计算域、网格以及边界条件 |
| 6.3.2 小幅值第二模态在横流涡中的演化 |
| 6.3.3 有限幅值第二模态在横流涡中的演化 |
| 6.4 本章小节 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录A |
| 附录B |
| 发表论文和参加科研情况说明 |
| 致谢 |
（10）超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 超声速混合层研究现状 |
| 1.2.2 混合层增长率 |
| 1.2.3 混合层混合增强技术 |
| 1.2.4 激波/混合层相互作用 |
| 1.2.5 高精度数值模拟入口湍流生成技术 |
| 1.3 本文研究内容及章节安排 |
| 第二章 实验装置及数值仿真方法 |
| 2.1 实验装置及测量系统 |
| 2.1.1 实验装置 |
| 2.1.2 流场测量系统 |
| 2.2 数值仿真控制方程 |
| 2.2.1 可压缩流动控制方程 |
| 2.2.2 大涡模拟基本思想和控制方程 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 时空离散方法 |
| 2.3.2 边界条件处理 |
| 2.4 湍流中的涡结构识别 |
| 2.4.1 涡结构识别的Q准则 |
| 2.4.2 涡结构识别的λ_2准则 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 可压缩自由来流混合层线性稳定性分析 |
| 3.1 扰动及线性化扰动方程 |
| 3.1.1 扰动及扰动方程 |
| 3.1.2 扰动方程线性化 |
| 3.2 求解线性化扰动方程 |
| 3.2.1 常微分形式的OSE |
| 3.2.2 求解特征矩阵的特征值 |
| 3.2.3 Chebyshev伪谱法 |
| 3.2.4 坐标离散及映射 |
| 3.3 自由来流混合层线性稳定性分析结果验证 |
| 3.3.1 入口参数 |
| 3.3.2 离散点数的影响 |
| 3.3.3 计算域范围的影响 |
| 3.3.4 网格加密系数的影响 |
| 3.4 来流参数对自由来流混合层稳定性的影响 |
| 3.4.1 来流压缩性的影响 |
| 3.4.2 来流粘性的影响 |
| 3.4.3 来流速度比的影响 |
| 3.4.4 来流密度比的影响 |
| 3.5 小结 |
| 第四章 斜激波/超声速混合层相互作用流场特性 |
| 4.1 数值仿真设置 |
| 4.1.1 入口条件及其线性稳定性分析 |
| 4.1.2 入口扰动 |
| 4.1.3 计算域及网格分布 |
| 4.1.4 网格敏感性分析 |
| 4.2 超声速混合层涡结构发展过程及其速度分布 |
| 4.2.1 超声速混合层中的激波结构 |
| 4.2.2 超声速混合层涡结构发展过程 |
| 4.2.3 超声速混合层瞬时和时均速度分析 |
| 4.2.4 超声速混合层两点相关性分析 |
| 4.3 斜激波对超声速混合层增长特性及涡结构发展的影响 |
| 4.3.1 斜激波对超声速混合层增长率的影响 |
| 4.3.2 激波混合层中的涡结构 |
| 4.3.3 超声速混合层中激波和涡结构相互作用 |
| 4.4 斜激波对超声速混合层湍流强度影响分析 |
| 4.5 斜激波对超声速混合层中湍流输运的影响 |
| 4.5.1 雷诺应力及湍动能输运方程 |
| 4.5.2 斜激波对超声速混合层湍动能分布的影响 |
| 4.5.3 斜激波对超声速混合层湍动能输运的影响 |
| 4.6 小结 |
| 第五章 超声速边界层高精度数值模拟湍流入口 |
| 5.1 入口时均理论剖面及湍流生成方法 |
| 5.1.1 DF湍流生成方法 |
| 5.1.2 可压缩湍流边界层理论参数估计 |
| 5.2 数值仿真设置 |
| 5.2.1 入口来流条件 |
| 5.2.2 计算域及网格划分 |
| 5.2.3 “入口库”的生成及边界条件 |
| 5.3 超声速边界层统计特性分析 |
| 5.4 超声速边界层瞬时流场结构 |
| 5.5 超声速边界层流场频谱分析 |
| 5.6 小结 |
| 第六章 入口来流状态对超声速平板混合层的影响 |
| 6.1 数值仿真设置 |
| 6.1.1 来流参数 |
| 6.1.2 计算域及网格分布 |
| 6.1.3 入口参数线性稳定性分析 |
| 6.2 超声速湍流平板混合层入口湍流生成 |
| 6.2.1 湍流入口添加方法 |
| 6.2.2 湍流边界层数值仿真设置 |
| 6.2.3 湍流边界层结果分析 |
| 6.3 超声速平板混合层激波结构分析 |
| 6.3.1 层流平板混合层激波结构 |
| 6.3.2 湍流平板混合层激波结构 |
| 6.4 超声速平板混合层涡结构发展过程分析 |
| 6.4.1 层流平板混合层涡结构发展过程 |
| 6.4.2 湍流平板混合层涡结构发展过程 |
| 6.5 超声速平板混合层频谱分析 |
| 6.5.1 层流平板混合层频谱分析 |
| 6.5.2 湍流平板混合层频谱分析 |
| 6.6 超声速平板混合层时均流场分析 |
| 6.6.1 层流平板混合层时均流场 |
| 6.6.2 湍流平板混合层时均流场 |
| 6.6.3 平板混合层增长率 |
| 6.7 超声速平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.7.1 层流平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.7.2 湍流平板混合层湍流统计特性分析 |
| 6.8 超声速平板混合层DMD分析 |
| 6.8.1 DMD分析基本思想和过程 |
| 6.8.2 层流平板混合层DMD分析 |
| 6.8.3 湍流平板混合层DMD分析 |
| 6.9 小结 |
| 第七章 波瓣混合器混合增强特性实验 |
| 7.1 波瓣混合器结构 |
| 7.1.1 矩形波瓣混合器设计及结构参数 |
| 7.1.2 消波型波瓣混合器设计及结构参数 |
| 7.2 波瓣混合器实验来流参数 |
| 7.3 矩形波瓣混合器流场分析 |
| 7.3.1 矩形波瓣混合器混合增强作用 |
| 7.3.2 矩形波瓣混合器流场结构 |
| 7.4 消波型波瓣混合器流场分析 |
| 7.4.1 消波型波瓣混合器混合增强作用 |
| 7.4.2 消波型波瓣混合器流场结构 |
| 7.5 小结 |
| 第八章 结论与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
| 附录A 扰动方程非线性项 |
四、用STC格式求解二维激波─边界层相互作用问题（论文参考文献）
- [1]可压缩气固两相湍流边界层/射流的直接数值模拟研究[D]. 肖威. 浙江大学, 2021
- [2]航空航天CFD物理模型和计算方法的述评与挑战[J]. 阎超,屈峰,赵雅甜,于剑,武从海,张树海. 空气动力学学报, 2020(05)
- [3]内转式进气道流动中的激波及相互作用研究[D]. 李一鸣. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [4]多介质界面的数值模拟与研究[D]. 丁生荣. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [5]基于GPU异构计算的可压缩复杂流动高精度数值模拟[D]. 叶创超. 中国科学技术大学, 2020(01)
- [6]基于改进模态分解的离心压气机内流场动力学特征研究[D]. 赵祎佳. 天津大学, 2020(01)
- [7]激波管内边界层效应对燃料着火特性影响的研究[D]. 汪东旭. 武汉理工大学, 2020(08)
- [8]叶轮机械流场数值模拟及反问题设计研究[D]. 李艾挺. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020(08)
- [9]高超声速三维边界层的流动稳定性及扰动演化[D]. 宋润杰. 天津大学, 2020(01)
- [10]超声速混合层高精度数值模拟及流向涡混合增强实验研究[D]. 方昕昕. 国防科技大学, 2020(01)