【摘 要】
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基于非结构/混合网格，研究和实现了一种新的网格变形方法一弹性体法。和传统的网格变形方法相比，弹性体法特别善于处理几何大变形，尤其是网格扭转比较大的应用，并且变形后网格品质高、鲁棒性强。本文中，作者从弹性方程求解、算法并行化、几何守恒率等方面介绍弹性体法的实现细节，并从多段翼性设计、非定常动态特性、气动弹性、流动控制等应用领域，展示基于弹性体法的研究和应用进展，验证了弹性体法的独特优势和在CFD模拟
【机 构】
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中航工业西安航空计算技术研究所,西安710065
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基于非结构/混合网格，研究和实现了一种新的网格变形方法一弹性体法。和传统的网格变形方法相比，弹性体法特别善于处理几何大变形，尤其是网格扭转比较大的应用，并且变形后网格品质高、鲁棒性强。本文中，作者从弹性方程求解、算法并行化、几何守恒率等方面介绍弹性体法的实现细节，并从多段翼性设计、非定常动态特性、气动弹性、流动控制等应用领域，展示基于弹性体法的研究和应用进展，验证了弹性体法的独特优势和在CFD模拟领域中的巨大应用潜力。
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在本文中，基于OpenFOAM平台下实现了一种对流体流动数值模拟的有效手段：格子Boltzmann通量求解器。与传统的计算流体力学求解器相同，该求解器对宏观微分方程进行有限体积离散，但交界面的通量是通过求解当地Boltzmann方程得出。
随着高性能计算机与流体力学计算技术进步，是否能发展可靠模拟航天器再入各流域复杂高超声速绕流问题一体化数值计算方法？是航天器再入气动设计与调姿配平关键基础。
本文提出了一种基于边界约束的涡面场构造方法。其中涡面场的等值面为由涡线组成的涡面，其构建可用于识别与追踪流动演化中的涡结构。首先通过构造一个包含伪时间变量的演化方程，在涡面场边界约束条件下求解该演化方程，可得到涡面场方程的近似解。利用该边界约束方法，构造了螺旋度为零的高对称流、含混沌涡线的ABC流、及壁流动转捩中涡面场，并对收敛误差进行了分析与定量估计。
基于三维不可压缩流体速度场的极向-环向分解，本文提出了一种用于计算圆球绕流的三维谱方法模型.通过极坐标系下的坐标变换，我们将边界条件延伸到无穷远处，从而避免了圆球绕流数值计算中选取近似边界条件的困难.我们计算了雷诺数Re在50～500区间的流场结构，并比较了半径阻塞比在0～0.02区间的阻力系数.结果 表明就中低雷诺数而言，随着雷诺数的增加，阻塞比对阻力系数的影响越大.
统一气体运动学方法(Unified gas kinetic scheme, UGKS)是一种可以用于模拟流场中同时存在连续流区域和稀薄流区域的流体流动情况的基于波耳兹曼(Boltzmann)方程的数值算法.UGKS方法介于基于宏观守恒律的方法和基于微观分子动力学的方法之间.
本文发展了一种基于精确Jacobian矩阵的高效隐式直接间断伽辽金方法,用于求解可压缩层流和湍流流动问题。控制方程的离散采用了弱形式的高阶间断伽辽金有限元算法,其中空间对流项离散采用了HLLC格式,粘性项离散发展了直接间断伽辽金方法(Direct Discontinuous Galerkin,DDG)。时间项离散发展了基于精确Jacobian矩阵的LU-SGS预处理GMRES隐式方法。
本文在完全交错网格中实现了基于四阶紧致差分格式的不可压缩流动精确投影方法。空间导数项离散以及变量空间插值采用四阶紧致差分和插值格式。在时间方向上，已有研究一般采用显式格式离散对流项和粘性项，而本文中通过微分算子的近似分裂实现了半隐式Crank-Nicolson格式离散粘性项，对流项离散则采用显式Adams-Bashforth格式。
针对复杂外形的侧向喷流干扰问题，本文开展了基于结构/非结构混合网格的侧向喷流干扰数值模拟研究，开发了一套适合复杂外形的结构/非结构网格耦合求解程序。建立了高可信度的CFD方法并与已有试验结果进行了对比，数值研究了亚跨及高超条件下的单、多喷流干扰流场，分析了法向力放大因子、俯仰力矩放大因子的变化规律。研究结果表明：基于结构/非结构混合网格的耦合求解方法对于模拟复杂外形多喷流的干扰流场具有很好的效果，
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