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2018年  第3卷  第3期

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相邻双侧边盖驱动方腔流动的三维线性整体稳定性
胡军, 李杰权
2018, 3(3): 1-8. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.001
243 10
摘要:
文章考察了相邻双侧边盖驱动方腔流动（即上壁面向右运动和左侧壁面向下运动）的三维线性整体稳定性.首先，采用Taylor-Hood有限元方法并经由Newton迭代过程计算得到双侧边盖驱动方腔流动的二维稳态基本流.其次，Taylor-Hood有限元在Chebyshev Gauss配置点上进行离散，同时Gauss配置点也可以用于线性稳定性方程的高阶有限差分格式离散.然后，离散得到的矩阵形式的广义特征值问题可以结合shift-and-invert算法采用隐式重启Arnoldi方法计算.最后，通过对线性稳定性方程特征值的计算，发现了一个最不稳定的驻定模态和两对对称行波模态.最不稳定的三维驻定模态的临界Reynolds数为Rec=261.5，远远小于二维不稳定的临界Reynolds数Rec2d=1 061.7.通过画出这3类三维不稳定模态的流向扰动速度和扰动涡量的空间等值面图像，可以发现不稳定扰动位于稳态基本流的两个主涡区域，因此可以认为主涡区域是三维扰动失稳的主要能量来源地.
有限差分格式的一个通用色散-耗散条件
胡湘渝, N. A.Adams, 王强
2018, 3(3): 9-17. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.002
47 3
摘要:
通过分析显式有限差分格式的数值色散和数值耗散，导出一个适于有限差分格式的通用色散-耗散条件.根据群速度和耗散率之间的物理关系，确定了用以抑制数值解中伪高波数波所需要的适度耗散.在以往发展的低耗散加权基本无振荡格式WENO-CU6-M2上的应用表明，该条件可用作优化线性或非线性有限差分格式的色散和耗散的通用指导准则.此外，满足色散-耗散条件的改进WENO-CU6-M2格式还可选作低分辨率数值模拟，以三维Taylor-Green涡向湍流转捩和自相似能量衰减问题展现了它的这种能力.与经典的动态Smagorinsky亚网格尺度模型相比，在Reynolds数Re=400~3000条件下，无黏和黏性Taylor-Green涡的数值模拟结果均得到明显改善.在保持激波捕捉特性同时，与最新的隐式大涡模拟模型的计算效果相当.
Rayleigh-Taylor不稳定性弱非线性阶段界面效应对谐波的影响
刘万海, 于长平, 黄玉梅, 梅杨, 叶文华
2018, 3(3): 18-25. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.003
51 1
摘要:
为了更好地理解不同空间坐标系下流体界面对Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性弱非线性阶段谐波的影响，文章采用3阶小扰动展开法，解析研究了球坐标空间经典RT不稳定性弱非线性阶段谐波的演化规律，并和柱坐标空间以及直角坐标空间相应结果进行了对比研究.当球坐标系和直角坐标系中RT不稳定性界面扰动波长相同，球坐标系中初始扰动半径为无穷大时（即球坐标下RT不稳定性初始扰动半径相对于扰动波长为无穷大时），球坐标下RT不稳定性前4次谐波的结果和直角坐标系下的相应结果相同.研究表明：由初始界面曲率引起的Bell-Plesset（BP）效应和空间效应（直角坐标空间、柱坐标空间和球坐标空间）对谐波发展有较大的影响.即在不同正交曲线坐标系下，不同曲率的流体界面效应对RT不稳定性谐波发展有较大的影响.对于柱坐标空间和球坐标空间，2阶对0次谐波的反馈加强了界面向内收缩.研究还表明：界面效应增加了2次谐波的负反馈，然而，对于基模和3次谐波却有不同的影响.
高超声速层流绕三维压缩拐角的数值模拟
王军旗, 陈政, 李文浩
2018, 3(3): 26-31. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.004
235 8
摘要:
通过数值模拟研究了高超声速来流绕过压缩拐角的层流分离三维流动特性.数值方法采用三维N-S方程，结合2阶精度Roe格式以及分区结构网格有限体积法进行离散.数值模拟的空间激波结构与实验纹影结果符合较好；激波/边界层干扰区内3条纵向线上的计算压力分布与实验结果进行了对比分析，计算获得在三维楔侧面存在低压力区，与实验结果反映的规律一致，计算结果表明低压力区是由楔体侧缘尖端发起的二次涡的抽吸作用造成的.此外，在楔体后端尾流区的低压沿边界层内的亚声速区往上游传递了一定距离.
基于涡流发生器的风洞试验段附面层控制数值模拟
刘光远, 贾智亮, 陈学孔, 邓吉龙
2018, 3(3): 32-38. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.005
93 3
摘要:
沿试验段侧壁发展的附面层是影响飞行器半模型实验数据精准度的主要因素之一.利用数值模拟方法验证了涡流发生器减小附面层影响的可行性，重点分析了安装角度、结构尺寸、安装位置及个数等设计参数对附面层内速度分布的影响规律，对涡流发生器尾涡强度以及沿流向的发展规律进行了初步探讨.结果表明，涡流发生器产生的尾涡能够有效改善附面层内的速度分布，进而减小附面层厚度，降低附面层影响；涡流发生器的后缘应略高于当地附面层厚度，安装角度、位置、个数等参数必须合理设计以减小涡流发生器对试验段主气流的影响.基于计算结果初步设计了可用于2.4 m跨声速风洞半模试验段的涡流发生器，在亚声速范围内能够减小模型区侧壁附面层厚度66%左右，对核心流Mach数影响小于0.003，为涡流发生器的实际应用提供了依据.
考虑气蚀效应的气液两相冲压发动机数值模拟
张家瑞, 夏智勋, 黄利亚, 罗振兵
2018, 3(3): 39-47. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.006
68 5
摘要:
针对一种新型水下气液两相冲压发动机，综合考虑了湍流效应、气液两相之间的拖曳作用及传热与传质，利用计算流体力学方法研究了气液两相冲压发动机内流场的流动特性随发动机工作条件的变化规律，重点研究了气蚀效应对发动机工作性能的影响.主要结论为：当航行速度大于32 m/s，气液两相冲压发动机入口附近会产生气蚀并造成严重的总压损失，导致扩张段下游产生流动分离，此时发动机无法产生正推力；通过增大气体质量流率，气液两相冲压发动机内流场的压力将会随之升高，气蚀效应被抑制；提高注入发动机气体的温度，发动机的推力及比冲均增大，但是发动机效率急剧降低.
进口条件对超燃冲压发动机氢气燃烧流场特性的影响分析
王钰涵, 王江峰, 李龙飞
2018, 3(3): 48-58. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.007
55 1
摘要:
对不同进口条件下的超燃冲压发动机燃烧室内氢气喷流超声速燃烧流动特性进行了数值模拟与分析.宽范围超燃冲压发动机是吸气式高超声速飞行器推进系统设计中的热点问题之一，受实验设备硬件条件及实验技术限制，数值模拟技术仍然是超燃冲压发动机燃烧室内燃气燃烧特性及流场特性的主要研究手段.采用基于混合网格技术的多组元N-S方程有限体积方法求解器，在不同进口Mach数及压强条件下，对带楔板/凹腔结构的燃烧室模型氢气喷流燃烧流场进行了数值模拟，对比分析了氢气喷流穿透深度、喷口前后回流区结构、掺混效率及燃烧效率等流场结构与典型流场参数的变化特性及影响规律.研究成果可为宽范围超燃冲压发动机喷流燃烧流动特性分析提供参考.
一种导弹高超声速绕流红外辐射特性数值计算方法
杨宜禥, 王震宇, 武帅, 蒋寿勇, 罗大雷
2018, 3(3): 59-63. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.03.008
247 10
摘要:
主要研究导弹高超声速飞行时弹头流场对自身红外导引头的辐射照度影响问题.建立导弹弹头及气动流场模型，划分计算流场网格、红外导引头镜面网格和辐射场计算网格.从辐射照度和亮度的理论公式开始，推导出适用于辐射网格的气体辐射积分式，并将流场网格数值插值到辐射场网格，求出各节点辐射值得到由导弹飞行状态确定的导弹头部流场气体辐射，积分到红外导引头的光学系统镜面处，求出对其红外导引头的光学系统镜面处的辐射照度.得出流场气体对导引头主镜面的辐射照度值的分布规律：主镜面中心最大，围绕主镜面中心成环形分布，沿着半径方向逐渐减小，随着Mach数增大影响增加.

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