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面向复杂界面的通用型CFD/DSMC耦合方法
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作者 张壮 王学德 《航空动力学报》 北大核心 2025年第3期237-245,共9页
对于高超声速飞行器在临近空间形成的连续与稀薄混合流场,DSMC(direct simulation of Monte Carlo)方法需要消耗巨大的计算资源,CFD(computational fluid dynamics)方法,无法对稀薄效应进行准确模拟。在对连续/稀薄耦合数值方法深入研... 对于高超声速飞行器在临近空间形成的连续与稀薄混合流场,DSMC(direct simulation of Monte Carlo)方法需要消耗巨大的计算资源,CFD(computational fluid dynamics)方法,无法对稀薄效应进行准确模拟。在对连续/稀薄耦合数值方法深入研究的基础上,提出了一套非结构网格的CFD/DSMC耦合方法。该方法具有通用强、适应性良好的特点,进行耦合计算时对不规则复杂分界面无需进行光滑处理。对超声速圆柱绕流和钝锥体流场进行了模拟,数值结果表明:该方法对不规则分界面和复杂外形具有高度适用性,通过与重叠网格结果进行比较验证了该方法的有效性和计算效率,相较于传统的DSMC方法,计算效率分别提高了2.3倍和3.16倍,具有高效性。 展开更多
关键词 cfd/dsmc耦合方法 非结构网格 复杂界面 通用性 效率
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基于DSMC-CFD方法的气固两相流冲蚀预测研究 被引量:10
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作者 孙晓阳 曹学文 +1 位作者 谢振强 付晨阳 《表面技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第9期274-280,共7页
目的研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法使用Eulerian-Lagrangian方法,将气相作为连续相,通过Navier-Stokes方程求解,颗粒平移运动由离散相模型(DPM)求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法进行模拟,用少... 目的研究气固两相流中固体颗粒间碰撞对冲蚀的影响。方法使用Eulerian-Lagrangian方法,将气相作为连续相,通过Navier-Stokes方程求解,颗粒平移运动由离散相模型(DPM)求解。颗粒间碰撞运动采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法进行模拟,用少量采样颗粒代替真实颗粒计算颗粒间碰撞,碰撞的发生条件通过修正的Nanbu方法判定,碰撞过程遵循颗粒间碰撞动力学模型,采用Grant-Tabakoff随机颗粒-壁面碰撞反弹模型,计算颗粒与壁面的碰撞运动。将颗粒运动信息导入5种不同的冲蚀模型,并将计算与未计算颗粒间碰撞的冲蚀预测模拟结果与实验数据进行对比。结果颗粒间碰撞位置主要分布在90°弯头外拱侧的颗粒高浓度区,随着颗粒质量流量的增大,颗粒碰撞次数增加,且直管段中碰撞次数占比增大。随着入口速度的增大,颗粒碰撞次数减少。使用DSMC-CFD方法计算的最大冲蚀位置沿弯管外拱轴线向高角度方向偏移,且数值比忽略颗粒间碰撞的CFD方法约低5%~15%,总冲蚀率则两者区别不大。结论引入DSMC方法计算颗粒间的碰撞,可以节省大量算力。弯管处发生颗粒间碰撞,DSMC-CFD冲蚀预测方法更符合实际,使用DSMC-CFD方法的Oka模型与实验测得值最贴近。 展开更多
关键词 气固两相流 冲蚀 颗粒碰撞 弯管 dsmc方法 cfd
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基于EFD和CFD组合方法的肥大船型功率预报研究 被引量:2
3
作者 高旋 高玉玲 陈伟民 《中国航海》 北大核心 2025年第1期150-156,共7页
对三种肥大船型不同载况下形状因子(1+k)的确定方法及其适应性开展研究,探讨建立基于模型试验流体动力学(EFD)和计算流体动力学(CFD)组合方法的肥大船型实船功率预报方法。以某肥大型散货船为主要研究对象,分别采用模型试验和数值模拟... 对三种肥大船型不同载况下形状因子(1+k)的确定方法及其适应性开展研究,探讨建立基于模型试验流体动力学(EFD)和计算流体动力学(CFD)组合方法的肥大船型实船功率预报方法。以某肥大型散货船为主要研究对象,分别采用模型试验和数值模拟方法确定形状因子并进行对比分析,然后采用EFD和CFD组合方法进行实船性能预报。研究表明:基于CFD获取形状因子并结合模型试验进行肥大船型功率预报,结果与实船试航结果比较接近且在误差允许范围内,验证基于EFD和CFD组合方法预报实船航速功率具有实用性和可行性。 展开更多
关键词 模型试验流体动力学 计算流体动力学 模型试验与数值计算组合方法 形状因子 实船功率预报
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过渡流区N-S/DSMC耦合计算研究 被引量:16
4
作者 李中华 李志辉 +3 位作者 李海燕 杨彦广 胡振震 戴金雯 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2013年第3期282-287,共6页
在已有CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展适于流场分区信息交换的亚松弛技术,建立了N-S/DSMC耦合算法。通过对近连续过渡流区不同Kn数条件下钝锥绕流计算与低密度风洞试验结果比较分析,一方面证明了本文所建立的N-S... 在已有CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展适于流场分区信息交换的亚松弛技术,建立了N-S/DSMC耦合算法。通过对近连续过渡流区不同Kn数条件下钝锥绕流计算与低密度风洞试验结果比较分析,一方面证明了本文所建立的N-S/DSMC耦合计算模型和方法在低Kn数过渡流区的有效性,另一方面剖析了N-S/DSMC耦合计算误差,可望发展一个工程适用的近连续过渡流区高超声速飞行器气动特性预测分析工具。 展开更多
关键词 过渡流 cfd dsmc 信息交换 耦合算法
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天宫飞行器过渡流区高超声速绕流N-S/DSMC耦合计算 被引量:1
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作者 李中华 党雷宁 +1 位作者 李志辉 李绪国 《载人航天》 CSCD 北大核心 2020年第5期543-549,共7页
针对类天宫飞行器服役期满再入大气层多次解体过程残骸碎片绕流对气动特性干扰影响的问题,在数值求解N-S方程的CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展了基于Chapman-Enskog非平衡速度分布函数的耦合区域双向信息交换亚... 针对类天宫飞行器服役期满再入大气层多次解体过程残骸碎片绕流对气动特性干扰影响的问题,在数值求解N-S方程的CFD和DSMC方法程序研究基础上,采用MPC耦合处理原理,发展了基于Chapman-Enskog非平衡速度分布函数的耦合区域双向信息交换亚松弛计算技术,建立了适于残骸碎片两体不同间隔绕流干扰流场的N-S/DSMC耦合算法。对天宫飞行器两舱结构体在过渡流区低密度风洞试验状态进行了耦合计算,计算结果与风洞试验结果吻合很好,验证了所建立的耦合算法对再入解体残骸碎片气动特性计算的有效性和可靠性。通过对天宫飞行器解体碎片的简化外形球和球柱体在过渡流区高超声速两体干扰气动特性进行不同间隔绕流场耦合计算分析,结果表明,在一定的距离范围内,两体干扰会对残骸碎片的气动特性产生较强的影响,不同的残骸碎片外形在不同距离的干扰规律不一致。计算结果为天宫飞行器再入解体气动融合轨道数值预报提供设计依据。 展开更多
关键词 天宫飞行器 空气动力学 过渡流 cfd dsmc 信息交换 耦合算法 多体干扰
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着陆过程羽流冲击下月面受力变化数值研究
6
作者 李蒙耀 杨海威 +1 位作者 李天嘉 李天昊 《宇航学报》 北大核心 2025年第5期895-904,共10页
对月面受力变化的研究可以帮助评估月面侵蚀情况。为探究月球探测器着陆过程中羽流冲击下的月面受力分布变化,通过区域解耦的计算流体力学-直接模拟蒙特卡罗(CFD-DSMC)混合方法对着陆过程中的火箭发动机羽流进行了数值模拟,获得了月面... 对月面受力变化的研究可以帮助评估月面侵蚀情况。为探究月球探测器着陆过程中羽流冲击下的月面受力分布变化,通过区域解耦的计算流体力学-直接模拟蒙特卡罗(CFD-DSMC)混合方法对着陆过程中的火箭发动机羽流进行了数值模拟,获得了月面在不同发动机高度与坡度情况下的受力分布,分析了激波与漩涡对月面受力分布的影响。计算结果表明,随着发动机高度的下降,月面压力、剪切应力最大值会逐渐增大,但在无量纲高度低于1.562 5时,会出现一个局部下降的现象,透射激波与表面激波相交位置的差异会显著影响月面剪切应力分布,发动机下方流场出现的滞止泡会导致月面压力,剪切应力最大值位置都沿远离中心轴方向移动。当无量纲高度为1.562 5时,月面压力、剪切应力最大值都随月面坡度变化逐渐减小,并且坡度变化还会显著改变月面剪切应力分布。 展开更多
关键词 着陆过程 cfd-dsmc混合方法 羽流冲击 滞止泡
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空间发动机羽流场的试验研究 被引量:7
7
作者 肖泽娟 程惠尔 +2 位作者 周伟敏 周世宏 周红玲 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期480-485,共6页
为研究空间发动机羽流对卫星的影响,建立羽流污染预报系统,研制了一套羽流试验系统并进行了试验研究。试验台主要包括空间环境模拟系统,电热气体发动机,稳压气源,轴向和径向移动装置,测量系统和温控系统。系统可在满足10-3Pa量级的真空... 为研究空间发动机羽流对卫星的影响,建立羽流污染预报系统,研制了一套羽流试验系统并进行了试验研究。试验台主要包括空间环境模拟系统,电热气体发动机,稳压气源,轴向和径向移动装置,测量系统和温控系统。系统可在满足10-3Pa量级的真空压力和93±5K的背景温度下稳定运行和精确测量。本文完成了表征羽流特征的关键参数-压力场的测量,同时采用CFD和DSMC相结合的方法进行羽流场的数值模拟计算。测量数据与数值计算结果以及相似试验条件下Boyd等人的测量结果进行了对比。 展开更多
关键词 羽流试验 羽流污染 dsmc方法 cfd方法
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模拟空间环境下小发动机羽流压力场 被引量:2
8
作者 肖泽娟 程惠尔 +3 位作者 李鹏 刘振宇 周伟敏 周世宏 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第6期633-636,共4页
为研究空间发动机的羽流特性及其对卫星的污染,在模拟空间环境下,进行了电加热CO2气体模拟发动机羽流流场的试验测量和理论计算。试验台主要包括空间环境模拟系统,电热气体模拟发动机,稳压气源,测量系统及其温控。理论计算采用计算流体... 为研究空间发动机的羽流特性及其对卫星的污染,在模拟空间环境下,进行了电加热CO2气体模拟发动机羽流流场的试验测量和理论计算。试验台主要包括空间环境模拟系统,电热气体模拟发动机,稳压气源,测量系统及其温控。理论计算采用计算流体动力学(CFD)和直接模拟Monte Carlo(DSMC)相结合的方法,完成了羽流场的数值模拟。测试结果表明,试验系统满足在10-3Pa量级的真空压力和93±5 K的背景温度下稳定运行和精确测量。不同坐标位置处试验数据和数值结果的比较表明,试验测量和理论计算吻合较好。 展开更多
关键词 羽流试验 羽流污染 dsmc/cfd方法 稀薄气体 超声速流 皮托压力
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水力旋流器内组合涡运动的量化研究 被引量:3
9
作者 杨琳 田家林 +4 位作者 杨志 任连城 赵芸 刘刚 袁长福 《石油与天然气化工》 CAS 北大核心 2015年第2期6-13,共8页
为了深入分析旋流分离技术基础理论的机理,采用CFD技术的雷诺应力湍流模型,对旋流器内部流场关键特征参数进行三维数值模拟并验证其正确性,与相关报道的相对误差均在5%以内。在此基础上采用统计平均法对关键区域参数数据进行统计平均处... 为了深入分析旋流分离技术基础理论的机理,采用CFD技术的雷诺应力湍流模型,对旋流器内部流场关键特征参数进行三维数值模拟并验证其正确性,与相关报道的相对误差均在5%以内。在此基础上采用统计平均法对关键区域参数数据进行统计平均处理,相关数据和分布曲线表明,流场可划分为组合涡运动(包括强制涡、准自由涡)及边界层两大区域,得出其相应的运动特性,并量化出每个区域对应的半径位置;分析同时得出重要结论:组合涡运动指数(n)在流场中不是原有理论认为的一个常数,而是分两段与其沿半径具体位置(r)相关的函数,并根据数据线性回归给出定量经验公式。通过与原有理论计算及相关报道的对比分析,验证了上述经验公式的正确性,进一步完善了原有的流场基础理论,对指导旋流器的设计计算具有实际应用意义。 展开更多
关键词 旋流分离器 流场 统计平均方法 组合涡指数 经验公式
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空间CO_2羽流压力场的数值计算和实验研究 被引量:1
10
作者 肖泽娟 程惠尔 +1 位作者 周红玲 周伟敏 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第1期265-269,共5页
要解决空间羽流污染问题,首先必须精确掌握羽流场的特征。为此,在真空深冷背景环境下进行了CO2气体模拟发动机羽流压力场的数值计算和实验研究。采用经典的计算流体动力学(CFD)和直接模拟MonteCarlo(DSMC)相结合的方法进行羽流场的数值... 要解决空间羽流污染问题,首先必须精确掌握羽流场的特征。为此,在真空深冷背景环境下进行了CO2气体模拟发动机羽流压力场的数值计算和实验研究。采用经典的计算流体动力学(CFD)和直接模拟MonteCarlo(DSMC)相结合的方法进行羽流场的数值模拟。试验模拟空间高度在100公里以上,在整个测试过程真空舱内压力维持在10-3Pa量级,冷阱温度为93±5K。计算结果与测试数据吻合较好,表明文中计算方法和物理模型可以准确描述真空深冷空间环境下的羽流场特征。 展开更多
关键词 羽流试验 dsmc cfd 稀薄气体 皮托压力
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地外天体起飞过程真空羽流导流力热效应研究 被引量:5
11
作者 贺卫东 党海燕 +2 位作者 许明艳 马艳丽 赵辉 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第8期1151-1156,共6页
为研究地外天体起飞真空羽流对探测器分离产生的力热扰动,使用计算流体力学-直接模拟蒙特卡洛(CFD-DSMC)耦合计算模型对锥面导流的真空羽流场进行了计算。采用组分输运模型计算三维连续流场,并获取当地的克努森数作为判断连续流和离散... 为研究地外天体起飞真空羽流对探测器分离产生的力热扰动,使用计算流体力学-直接模拟蒙特卡洛(CFD-DSMC)耦合计算模型对锥面导流的真空羽流场进行了计算。采用组分输运模型计算三维连续流场,并获取当地的克努森数作为判断连续流和离散流的依据。使用基于分子动力学的直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC)计算离散流场,采用可变软球(VSS)碰撞模型和Larsen and Borgnakke传能模型计算离散流分子间的能量传递,将计算结果与试验进行了对比,验证了计算方法的可靠性。研究结果表明,A器受到的侧向干扰力矩为62N·m,底部受到的最大压力为100Pa,最大热流密度为100k W/m2;B器受到的侧向干扰力矩为558 N·m,表面最大压力为8k Pa,最大热流密度为600k W/m2,喷口与导流装置顶面距离为400mm时,激波已移出喷管内部。 展开更多
关键词 计算流体力学-直接模拟蒙特卡洛耦合方法 真空羽流 地外天体起飞 力热效应
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二维带动力吸气式高超声速飞行器绕流的PNS-NS混合求解 被引量:2
12
作者 贺旭照 乐嘉陵 宋文艳 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第12期2741-2747,共7页
为了提高吸气式高超声速飞行器绕流的求解效率,采用空间推进求解抛物化PNS(parabolizedNavier-Stokes)方程和时间迭代求解Navier-Stokes(N-S)方程的混合计算流体动力学(CFD)方法来求解高超声速飞行器整机绕流.在超声速占主导的流动区域... 为了提高吸气式高超声速飞行器绕流的求解效率,采用空间推进求解抛物化PNS(parabolizedNavier-Stokes)方程和时间迭代求解Navier-Stokes(N-S)方程的混合计算流体动力学(CFD)方法来求解高超声速飞行器整机绕流.在超声速占主导的流动区域采用空间推进求解抛物化N-S方程的方法,在亚声速和分离区采用时间迭代求解N-S方程的方法.对于求解二维带化学反应的吸气式高超声速飞行器绕流,混合CFD方法和完全时间迭代方法相比,可得到同等准确的数值模拟结果,并且求解效率提高了数倍. 展开更多
关键词 吸气式高超声速飞行器 化学反应流动 抛物化Navier-Stokes方程 空间推进方法 混合计算流体动力学方法
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针对发动机羽流的相似准则研究 被引量:3
13
作者 张明星 蔡国飙 王永海 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第2期253-259,272,共8页
限于真空设备的能力,地面上难以开展大发动机的羽流试验,此时需要借助缩尺技术方可开展试验。通过方程分析法和量纲分析法推导出一种适用于发动机流场的相似准则,该准则能够使流场所有参数满足相似关系,这对于开展试验研究复杂的羽流现... 限于真空设备的能力,地面上难以开展大发动机的羽流试验,此时需要借助缩尺技术方可开展试验。通过方程分析法和量纲分析法推导出一种适用于发动机流场的相似准则,该准则能够使流场所有参数满足相似关系,这对于开展试验研究复杂的羽流现象有很大帮助。随后以热对流现象为研究目标,从理论角度对相似准则进行了验证。最后借助CFD/DSMC方法对发动机羽流全流域进行了数值模拟,进一步验证了相似准则的正确性和在羽流研究中的适用性。 展开更多
关键词 相似准则 发动机羽流 方程分析法 量纲分析法 cfd/dsmc方法
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基于地外天体起飞的真空羽流导流技术仿真与试验研究 被引量:5
14
作者 叶青 舒燕 +3 位作者 张旭辉 邢卓异 王黎珍 贺碧蛟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1266-1274,共9页
针对着航天器发动机羽流导流问题,基于工程经验提出了四种典型导流装置型面(包含内凹槽形式和导流锥形式等),利用计算流体动力学/直接模拟蒙特卡罗(CFD/DSMC)耦合方法,对起飞过程中羽流导流带来的气动力和气动热效应进行了数值模拟,并... 针对着航天器发动机羽流导流问题,基于工程经验提出了四种典型导流装置型面(包含内凹槽形式和导流锥形式等),利用计算流体动力学/直接模拟蒙特卡罗(CFD/DSMC)耦合方法,对起飞过程中羽流导流带来的气动力和气动热效应进行了数值模拟,并对不同导流装置情况下羽流场激波、航天器表面压强和热流密度分布规律进行了分析,给出了四种导流装置的导流效果评价。最后以导流锥形式开展试验,对仿真算法进行了验证。结果表明:羽流导流并没有导致发动机燃烧不稳定;综合考虑航天器羽流和发动机安全性,大导流锥导流的方案最优;在导流锥附近的激波位置及形态和仿真一致,仿真与试验的变化趋势一致,仿真算法可信,数据规律可以作为工程参考。 展开更多
关键词 深空探测 载人航天 地外天体起飞 羽流导流 cfd/dsmc耦合方法
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利用反演技术求解消声器内部结构参数 被引量:1
15
作者 杨艳华 刘子建 莫祖栋 《机械与电子》 2007年第3期16-19,共4页
应用流体动力学理论研究消声器内部流场,建立消声器有限元模型,确定给定结构参数求解出口气流流速的正问题;在正问题基础上,将出口气流速度作为消声器结构参数变化时的响应,运用反演技术求解消声器内部结构参数,并将反演问题转化为最优... 应用流体动力学理论研究消声器内部流场,建立消声器有限元模型,确定给定结构参数求解出口气流流速的正问题;在正问题基础上,将出口气流速度作为消声器结构参数变化时的响应,运用反演技术求解消声器内部结构参数,并将反演问题转化为最优问题,采用遗传算法和梯度法相结合的混合优化算法进行优化,得到了较理想的仿真实验结果,验证了反演技术应用于消声器设计的可行性。 展开更多
关键词 反演技术 消声器 混合优化 有限元 计算流体动力学
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静压气体轴颈轴承力学特性分析的解析-CFD混合方法 被引量:2
16
作者 李一飞 尹益辉 +2 位作者 阳红 陈大林 刘信恩 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期180-186,共7页
在静压气体轴颈轴承的力学性能分析中,工程解析方法使用方便,但由于众多假设的引入而使分析精度不足,单纯计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法精度较高,但因数值建模复杂、模型规模巨大且计算难于收敛而使用不便。针对... 在静压气体轴颈轴承的力学性能分析中,工程解析方法使用方便,但由于众多假设的引入而使分析精度不足,单纯计算流体力学(Computational fluid dynamics,CFD)方法精度较高,但因数值建模复杂、模型规模巨大且计算难于收敛而使用不便。针对这两种方法各自的不足,建立小孔节流静压气体轴颈轴承力学特性分析的解析-CFD混合方法,该方法综合解析方法与CFD方法的优点,可在考虑详细气膜流场特性影响的情况下求出轴颈轴承的承载力与刚度。以特定的小孔节流空气静压支承轴颈轴承为例,分别基于解析-CFD混合方法和传统的工程解析法进行计算,并进行相应的试验测试。根据计算结果得到静压气体轴颈轴承的承载力与径向刚度,同时对工程解析方法、解析-CFD混合方法和实测结果进行比较,表明解析-CFD混合方法的计算结果更加接近实测值。 展开更多
关键词 静压气体轴颈轴承 小孔节流 工程解析方法 cfd方法 解析-cfd混合方法
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