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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 时间 非定常流 排间干扰 对转风扇
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求解非定常方柱绕流的可变周期时间谱方法 被引量:1
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作者 张炜 席光 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期114-118,共5页
针对周期性非定常流动特点,采用时间谱方法求解了无限大区域内低雷诺数下二维不可压缩层流绕方柱流动问题.由于方柱绕流的非定常运动周期事先未知,在计算过程中加入了基于残差梯度的可变周期计算方法,使变量和周期可以同时迭代计算... 针对周期性非定常流动特点,采用时间谱方法求解了无限大区域内低雷诺数下二维不可压缩层流绕方柱流动问题.由于方柱绕流的非定常运动周期事先未知,在计算过程中加入了基于残差梯度的可变周期计算方法,使变量和周期可以同时迭代计算.研究了时间谱方法的计算精度和求解速度,分析了不同求解参数对最终结果的影响.计算结果表明,时间谱方法可以准确地模拟方柱后漩涡的非定常运动现象,而计算所需时间只是传统的基于有限差分的双时间推进方法的10%~25%,流体非定常运动的Strouhal数和方柱的阻力特性证实了这种方法的正确性.可变周期计算方法对求解参数的变化不敏感,可以准确地预测运动周期. 展开更多
关键词 周期性非定常流动 不可压缩层流 方柱 时间方法 时间推进方法
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Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程的时间解耦局部并行方法
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作者 张蕊 张翀 李剑 《西安理工大学学报》 CAS 北大核心 2020年第1期80-87,共8页
针对Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程,本文提出了基于空间非迭代Newton格式的时间解耦局部并行方法。首先,解耦耦合区域,将耦合区域内Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程的求解转换为子区域内非定常Navier-Stokes方程的求解。其... 针对Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程,本文提出了基于空间非迭代Newton格式的时间解耦局部并行方法。首先,解耦耦合区域,将耦合区域内Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程的求解转换为子区域内非定常Navier-Stokes方程的求解。其次,在空间上运用非迭代Newton格式线性校正,时间上直接求解广义线性Stokes问题,从而使得非线性方程转换为线性方程。最后,剖分解耦后的两个子区域,将子区域内单一非定常Navier-Stokes方程的求解转换为并行区域内的各自求解。数值实验表明:与空间非迭代Newton格式的欧拉时间推进方法相比,时间解耦的局部并行方法在保证精度的情况下,运行时间较短,在一定程度上提高了耦合问题的求解效率,保证了其高效性。 展开更多
关键词 Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程 非定常Navier-Stokes方程 空间非迭代的Newton格式 欧拉时间推进方法 时间解耦的局部并行方法
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基于空间非迭代Oseen格式的时间解耦局部并行方法
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作者 张蕊 张翀 李剑 《计算机应用与软件》 北大核心 2021年第8期286-290,328,共6页
基于空间非迭代的Oseen格式,以软件FreeFem++的MPI功能为平台,提出时间解耦的局部并行方法来求解Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程。通过解耦复杂区域,将耦合方程的求解转换为并行区域上单一非定常Navier-Stokes方程的求解。在空间... 基于空间非迭代的Oseen格式,以软件FreeFem++的MPI功能为平台,提出时间解耦的局部并行方法来求解Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程。通过解耦复杂区域,将耦合方程的求解转换为并行区域上单一非定常Navier-Stokes方程的求解。在空间上利用Oseen格式一步线性校正,时间上按照步长直接推进。数值实验表明,与空间非迭代Oseen格式的欧拉时间推进方法相比,该方法在保证精度的情况下,运行时间较短,显现了耦合方程求解的高效性。 展开更多
关键词 Navier-Stokes/Navier-Stokes耦合方程 空间非迭代的Oseen格式 欧拉时间推进方法 时间解耦的局部并行方法
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用粘性体力方法计算轴流叶轮机械内部流场 被引量:2
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作者 杨策 蒋滋康 +1 位作者 索沂生 老大中 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2000年第4期40-44,共5页
阐述了一种用于叶轮机械内部三维粘性流场计算程序。该程序以有限体积显式时间推进方法为基础,用Baldwin-Lomax模型模拟湍流流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率。使用上述方法计算了NASA 37#跨音速压气机转子流场,并与... 阐述了一种用于叶轮机械内部三维粘性流场计算程序。该程序以有限体积显式时间推进方法为基础,用Baldwin-Lomax模型模拟湍流流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率。使用上述方法计算了NASA 37#跨音速压气机转子流场,并与实验结果进行了比较,从而证明文中提出的方法能够快速、准确地模拟轴流叶轮机械内部复杂三维流场,该方法具有较强的工程实用意义。 展开更多
关键词 叶轮机械 湍流模型 多重网格 有限体积 时间推进方法 压气机 粘性体力方法 流场
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一种基于块雅可比迭代的高阶FR格式隐式方法
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作者 于要杰 刘锋 +1 位作者 高超 冯毅 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1586-1598,共13页
最近,基于非结构网格的高阶通量重构格式(flux reconstruction,FR)因其构造简单且通用性强而受到越来越多人的关注.但将FR格式应用于大规模复杂流动的模拟时仍面临计算开销大、求解时间长等问题.因此,亟需发展与之相适应的高效隐式求解... 最近,基于非结构网格的高阶通量重构格式(flux reconstruction,FR)因其构造简单且通用性强而受到越来越多人的关注.但将FR格式应用于大规模复杂流动的模拟时仍面临计算开销大、求解时间长等问题.因此,亟需发展与之相适应的高效隐式求解方法和并行计算技术.本文提出了一种基于块Jacobi迭代的高阶FR格式求解定常二维欧拉方程的单GPU隐式时间推进方法.由于直接求解FR格式空间和隐式时间离散后的全局线性方程组效率低下并且内存占用很大.而通过块雅可比迭代的方式,能够改变全局线性方程组左端矩阵的特征,克服影响求解并行性的相邻单元依赖问题,使得只需要存储和计算对角块矩阵.最终将求解全局线性方程组转化为求解一系列局部单元线性方程组,进而又可利用LU分解法在GPU上并行求解这些小型局部线性方程组.通过二维无黏Bump流动和NACA0012无黏绕流两个数值实验表明,该隐式方法计算收敛所用的迭代步数和计算时间均远小于使用多重网格加速的显式Runge-Kutta格式,且在计算效率方面至少有一个量级的提升. 展开更多
关键词 高精度格式 通量重构格式 隐式时间推进方法 块雅可比迭代 GPU 计算
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振荡叶栅三维非定常流动数值分析 被引量:3
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作者 杨青真 施永强 +1 位作者 黄秀全 周新海 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期62-66,共5页
以全三维、非线性、非定常欧拉方程计算作用于振荡叶栅的非定常气动载荷。欧拉方程的数值离散采用了具有时、空二阶精度的MacCormack显式分裂的两步格式,用时间推进方法得到其数值解。应用动网格技术捕获叶片的运动,保证叶片振动过程中... 以全三维、非线性、非定常欧拉方程计算作用于振荡叶栅的非定常气动载荷。欧拉方程的数值离散采用了具有时、空二阶精度的MacCormack显式分裂的两步格式,用时间推进方法得到其数值解。应用动网格技术捕获叶片的运动,保证叶片振动过程中网格边界与叶片表面保持一致。以相移周期条件处理具有不同相位的叶片振动问题,同时发展了伪边界形状修正方法以简化周期边界条件处理。 展开更多
关键词 振荡叶栅 非定常流 时间推进方法 相移条件 动网格
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基于谐波平衡法和V-g法的高效颤振预测分析(英文) 被引量:4
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作者 刘南 白俊强 +1 位作者 刘艳 华俊 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2016年第5期631-637,共7页
提出了一种高效的颤振预测分析方法,将之应用于跨声速颤振边界分析及结构参数影响研究中。本方法基于频域颤振分析V-g方法,为气弹系统提供一定的人工阻尼使之保持简谐运动状态,从而将结构动力学方程转换到频域内。然后通过高效的谐波平... 提出了一种高效的颤振预测分析方法,将之应用于跨声速颤振边界分析及结构参数影响研究中。本方法基于频域颤振分析V-g方法,为气弹系统提供一定的人工阻尼使之保持简谐运动状态,从而将结构动力学方程转换到频域内。然后通过高效的谐波平衡法得到一系列简谐运动频率下的气动力描述函数矩阵,结合频域结构方程,将气弹系统的稳定性问题转化为广义特征值求解。结果表明:本方法计算得到的颤振边界与高精度的时间推进方法非常吻合,分析效率有了明显的提升,而且当结构参数发生变化后,只需进行若干次广义特征值求解即可得到新的颤振边界,无需像时间推进方法一样开展大量的气动/结构耦合数值模拟。 展开更多
关键词 颤振 频域 谐波平衡 气动力描述函数 时间推进方法
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具有叶顶间隙轴流叶栅流动数值模拟 被引量:4
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作者 李巍 王国强 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2000年第12期1708-1712,共5页
采用人工可压缩性方法对具有叶顶间隙的轴流叶栅内湍流流动进行了数值模拟 .结果表明 ,叶顶间隙的减小使间隙涡产生过程延缓 ,强度的衰减速度增大 ,作用范围减小 ;间隙涡涡核沿流动方向由吸力面侧逐渐向压力面侧移动 .叶顶间隙存在使叶... 采用人工可压缩性方法对具有叶顶间隙的轴流叶栅内湍流流动进行了数值模拟 .结果表明 ,叶顶间隙的减小使间隙涡产生过程延缓 ,强度的衰减速度增大 ,作用范围减小 ;间隙涡涡核沿流动方向由吸力面侧逐渐向压力面侧移动 .叶顶间隙存在使叶片表面压力系数有所降低 ,在叶尖附近降低尤为显著 ,随间隙减小叶片中间区域及根部受间隙的影响较小 ;间隙的存在导致主流速度明显降低 ,叶尖附近的二次流速度明显增大 ,尤其当间隙为 2 %~ 5%的弦长 . 展开更多
关键词 轴流叶栅 时间推进方法 间隙流动
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An Unstructured Finite Volume Method for Impact Dynamics of a Thin Plate 被引量:1
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作者 Weidong Chen Yanchun Yu 《Journal of Marine Science and Application》 2012年第4期478-485,共8页
The examination of an unstructured finite volume method for structural dynamics is assessed for simulations of systematic impact dynamics. A robust display dual-time stepping method is utilized to obtain time accurate... The examination of an unstructured finite volume method for structural dynamics is assessed for simulations of systematic impact dynamics. A robust display dual-time stepping method is utilized to obtain time accurate solutions. The study of impact dynamics is a complex problem that should consider strength models and state equations to describe the mechanical behavior of materials. The current method has several features, l) Discrete equations of unstructured finite volume method naturally follow the conservation law. 2) Display dual-time stepping method is suitable for the analysis of impact dynamic problems of time accurate solutions. 3) The method did not produce grid distortion when large deformation appeared. The method is validated by the problem of impact dynamics of an elastic plate with initial conditions and material properties. The results validate the finite element numerical data 展开更多
关键词 unstructured finite volume method structural impact dynamics large deformation strength models state equations
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基于高阶耗散紧致格式的GMRES方法收敛特性研究 被引量:6
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作者 燕振国 刘化勇 +2 位作者 毛枚良 邓小刚 朱华君 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第5期1181-1192,共12页
计算效率较低是当前限制高阶精度计算方法应用的重要因素。为了提高高阶精度混合型耗散紧致格式(HDCS)的计算效率,发展了适合多块对接网格的广义最小残值(GMRES)方法,并利用GMRES方法开展了HDCS格式的加速收敛研究。首先研究了GMRES的... 计算效率较低是当前限制高阶精度计算方法应用的重要因素。为了提高高阶精度混合型耗散紧致格式(HDCS)的计算效率,发展了适合多块对接网格的广义最小残值(GMRES)方法,并利用GMRES方法开展了HDCS格式的加速收敛研究。首先研究了GMRES的预处理方法、CFL数和内层迭代步数对HDCS数值模拟收敛特性的影响,计算结果显示:点松弛方法是一种高效的预处理方法;CFL数对计算收敛速度影响较大;GMRES方法存在最优的内层迭代步数。利用GMRES方法完成了NACA 0012翼型绕流、NLR 7301翼型绕流和DLR-F4翼身组合体绕流的数值模拟,并与其他隐式时间推进方法进行了对比,GMRES方法计算更加稳定,并且计算效率相对LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)方法可以提高5倍以上。研究结果表明,本文发展的GMRES方法在多块对接网格中具有良好的计算稳定性,计算结果的残差可以收敛到更低的量级,并且可以较大幅度地提高高阶精度数值模拟的计算效率。 展开更多
关键词 隐式时间推进方法 数值方法 高阶精度格式 HDCS GMRES 收敛特性 计算效率
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一种适用于三维混合网格的GMRES加速收敛新方法 被引量:6
12
作者 张健 邓有奇 +1 位作者 李彬 张耀冰 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3226-3235,共10页
为提高流场计算收敛效率,发展了一套适用于三维混合网格Naiver-Stokes方程求解的并行广义最小残差(GMRES)隐式时间推进方法。该方法由科学计算可移植扩展工具包(PETSc)中的Krylov子空间求解器实现,线性方程系统中的系数矩阵直接以显式... 为提高流场计算收敛效率,发展了一套适用于三维混合网格Naiver-Stokes方程求解的并行广义最小残差(GMRES)隐式时间推进方法。该方法由科学计算可移植扩展工具包(PETSc)中的Krylov子空间求解器实现,线性方程系统中的系数矩阵直接以显式给出以提高算法的稳定性。为进一步提高GMRES方法的收敛速度,对非结构网格的序号进行了重排序,使得系数矩阵的非零元素尽量向主对角线靠近。利用所发展的GMRES方法,完成了对ONERAM6机翼、AIAA阻力预测会议通用研究模型(CRM)等算例的计算,计算结果与试验结果吻合良好。通过与其他隐式推进方法进行比较,对算法的收敛特性进行了研究。结果表明,所发展的GMRES方法计算更加稳定,残差下降速度相对LU-SGS(Lower-Upper Symmetric Gauss-Seidel)方法更快,尤其是气动力系数向着收敛解逼近的速度更加明显,提高了计算效率。 展开更多
关键词 混合网格 收敛效率 隐式时间推进方法 GMRES PETSC 网格重排序
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飞行器大迎角下俯仰静、动导数的数值计算 被引量:29
13
作者 范晶晶 阎超 李跃军 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第10期1846-1850,共5页
采用一种适用于非定常流动计算的逐次超松弛(SOR)时间推进方法耦合求解非定常Navier-Stokes方程和强迫运动方程,数值模拟了NACA0012翼型、弹道外形(HBS)和有翼导弹等飞行器在不同初始迎角下做强迫俯仰振荡的黏性动态流场,给出动态气动... 采用一种适用于非定常流动计算的逐次超松弛(SOR)时间推进方法耦合求解非定常Navier-Stokes方程和强迫运动方程,数值模拟了NACA0012翼型、弹道外形(HBS)和有翼导弹等飞行器在不同初始迎角下做强迫俯仰振荡的黏性动态流场,给出动态气动力及力矩系数的时间历程;采用积分法获得飞行器的静导数和动导数,将计算结果与实验结果及半经验理论预测方法进行比较并分析飞行器在大迎角下动态特性的非线性特征;计算结果与实验值相吻合,表明本文采用的非定常数值模拟方法在大迎角下能够较准确地模拟飞行器的动态特性,具有工程应用价值。 展开更多
关键词 非定常流动 SOR时间推进方法 强迫俯仰 静导数 动导数
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任意旋成面叶栅内粘性流场的数值计算
14
作者 杨策 蒋滋康 +1 位作者 索沂生 老大中 《清华大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第10期51-54,共4页
介绍了一种用于任意旋成面叶栅内粘性流场计算程序。以有限体积显式时间推进方法为基础,用粘性体积力方法模拟湍流粘性流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率,方程中的自变量选取在控制体顶点。计算了Hobson冲动式叶... 介绍了一种用于任意旋成面叶栅内粘性流场计算程序。以有限体积显式时间推进方法为基础,用粘性体积力方法模拟湍流粘性流动,用局部时间步长和多重网格方法提高计算效率,方程中的自变量选取在控制体顶点。计算了Hobson冲动式叶型内部流场,NASA37#低展弦比跨音速压气机转子在两个叶高回转面上流场,Sanz超临界压气机叶栅内部流场。计算结果与实验结果和设计结果进行了比较,从而证明本方法能够快速、准确地模拟叶栅内部的二维流动和转子内部的三维流动。该方法是对全三维粘性流场计算程序的一个补充,具有较强的工程实用意义。 展开更多
关键词 叶轮机械 时间推进方法 粘性流场 跨音速流动
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TNT k-omega湍流模型的隐式解法及其在超声速流动模拟中的应用
15
作者 赵慧勇 雷波 +1 位作者 黄为民 乐嘉陵 《数值计算与计算机应用》 CSCD 北大核心 2010年第2期108-115,共8页
为了提高超声速流动模拟的稳定性和计算效率,TNT湍流模型的时间推进方法从原来的显式Runge-Kutta方法推广到隐式LU-SGS方法.采用隐式TNT湍流模型对四个超声速流动算例进行了计算,并与SST模型进行了比较.计算结果表明TNT模型适应范围较广... 为了提高超声速流动模拟的稳定性和计算效率,TNT湍流模型的时间推进方法从原来的显式Runge-Kutta方法推广到隐式LU-SGS方法.采用隐式TNT湍流模型对四个超声速流动算例进行了计算,并与SST模型进行了比较.计算结果表明TNT模型适应范围较广,计算精度与SST模型基本相当,其中在超声速压缩拐角的算例中优于SST模型,而且计算定常解的计算效率优于SST模型,值得进一步推广应用. 展开更多
关键词 计算流体力学 湍流模型 时间推进方法 隐式方法
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