一、可压缩多介质流体动力学高精度数值计算方法和网格自适应技术（论文文献综述）
王立锋,叶文华,陈竹,李永升,丁永坤,赵凯歌,张靖,李志远,杨云鹏,吴俊峰,范征锋,薛创,李纪伟,王帅,杭旭登,缪文勇,袁永腾,涂绍勇,尹传盛,曹柱荣,邓博,杨家敏,江少恩,董佳钦,方智恒,贾果,谢志勇,黄秀光,傅思祖,郭宏宇,李英骏,程涛,高振,方丽丽,王保山,王英华,曾维新,卢艳,旷圆圆,赵振朝,陈伟,戴振生,谷建法,葛峰峻,康洞国,张桦森,乔秀梅,李蒙,刘长礼,申昊,许琰,高耀明,刘元元,胡晓燕,徐小文,郑无敌,邹士阳,王敏,朱少平,张维岩,贺贤土[1]（2021）在《激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展》文中提出激光聚变有望一劳永逸地解决人类的能源问题,因而受到国际社会的普遍重视,一直是国际研究的前沿热点。目前实现激光惯性约束聚变所面临的最大科学障碍（属于内禀困难）是对内爆过程中高能量密度流体力学不稳定性引起的非线性流动的有效控制,对其研究涵盖高能量密度物理、等离子体物理、流体力学、计算科学、强冲击物理和高压原子物理等多个学科,同时还要具备大规模多物理多尺度多介质流动的数值模拟能力和高功率大型激光装置等研究条件。作为新兴研究课题,高能量密度非线性流动问题充满了各种新奇的现象亟待探索。此外,流体力学不稳定性及其引起的湍流混合,还是天体物理现象（如星系碰撞与合并、恒星演化、原始恒星的形成以及超新星爆炸）中的重要过程,涉及天体物理的一些核心研究内容。本文首先综述了高能量密度非线性流动研究的现状和进展,梳理了其中的挑战和机遇。然后介绍了传统中心点火激光聚变内爆过程发生的主要流体力学不稳定性,在大量分解和综合物理研究基础上,凝练出了目前制约美国国家点火装置（NIF）内爆性能的主要流体不稳定性问题。接下来,总结了国外激光聚变流体不稳定性实验物理的研究概况。最后,展示了内爆物理团队近些年在激光聚变内爆流体不稳定性基础性问题方面的主要研究进展。该团队一直从事激光聚变内爆非线性流动研究与控制,以及聚变靶物理研究与设计,注重理论探索和实验研究相结合,近年来在内爆重要流体力学不稳定性问题的解析理论、数值模拟和激光装置实验设计与数据分析等方面取得了一系列重要成果,有力地推动了该研究方向在国内的发展。
刘亚军[2]（2020）在《基于独立覆盖流形法的流体计算研究》文中进行了进一步梳理库岸滑坡激起的涌浪对水工建筑物安全的危害是工程设计关注的重要问题,研究涌浪的数值模拟方法具有重要的实际意义。本文针对涌浪数值模拟的关键问题——带有自由面的流体Navier-Stokes方程（以下简称N-S方程）求解,采用新的数值计算方法——独立覆盖流形法进行研究。主要工作如下:（1）研究一维对流扩散问题,此类流动问题的场变量容易在很小的空间尺度范围内出现骤增或骤减的现象。而现有的数值计算方法在求解此类问题时可能会出现不合理的数值振荡、数值耗散等计算稳定性和计算精度问题,为了解决这些问题就需要对求解域足够细分,而如果整个求解域采用均匀网格,则会增加很大的计算量,因此自适应求解具有重要意义。针对上述问题,提出了求解一维对流扩散问题的独立覆盖分析方法,即分区多项式逼近的求解新思路。首先基于标准伽辽金法推导了一维对流扩散方程的独立覆盖流形法的计算公式;其次采用场变量的一阶导数在独立覆盖之间的窄条形覆盖重叠区域是否连续的后验误差估计方法,提出覆盖加密和级数升阶的h-p型混合自适应自动求解模式;最后选取两个经典算例进行分析,结果表明:分区级数解与解析解很好地吻合;对于对流占优问题,自适应求解有效避免了数值振荡等现象,并在较少的计算资源情况下具有较高的计算精度。另外,还尝试了将分区级数解代回微分方程的残差作为后验误差指标,这是迄今为止最严格的误差指标。（2）研究一维Burgers方程,这是二维N-S方程的基础,包含了其中的非线性对流项及扩散项,只是不包含压力梯度项,具有一定的代表性。Burgers方程中含有非线性对流项,这给数值计算带来很多不便,因此引入半拉格朗日法,用上一步的级数解求得当前步的质点在上步的位置,以其速度作为当前步的起始速度,从而消除对流项及其带来的非线性,很大程度上降低了求解难度并提高了求解效率。首先推导了一维Burgers方程的独立覆盖流形法的计算公式,包括常规格式（欧拉法）和半拉格朗日格式;然后选取了两个初边值问题进行自适应求解,并对比两种格式的计算精度和计算效率。结果表明:半拉格朗日法在保证计算精度情况下具有较高的计算效率;对于激波算例,自适应求解能够准确识别出激波的位置,并以较高的精度把激波描述出来。（3）研究二维不可压缩N-S方程。首先推导了二维N-S方程的独立覆盖流形法的计算公式,包括稳态方程和瞬态方程,其中瞬态方程又包括欧拉格式和半拉格朗日格式;求解了方腔顶盖驱动流,两种求解格式的数值结果与经典文献解非常吻合;最后也尝试了将分区级数解代回微分方程计算残差。（4）在二维不可压缩N-S方程的瞬态分析中,采用半拉格朗日法初步研究了流体移动自由面的追踪问题,与商用软件的计算结果吻合良好。综上所述,本文采用独立覆盖流形法对涌浪相关流体流动问题进行了初步的研究,设计并实现了求解这些流体流动问题的独立覆盖流形法,通过数值算例验证了独立覆盖流形法在流体计算方面的有效性和可靠性,为涌浪及其对水工建筑物的冲击模拟打下了良好的基础。本文所采用的独立覆盖流形法有望为计算流体力学提供一种高精度、高效率的数值工具。
姚成宝,付梅艳,韩峰,闫凯[3]（2020）在《欧拉坐标系下具有锐利相界面的可压缩多介质流动数值方法研究》文中提出可压缩多介质流动问题的数值模拟在国防和工业领域内均具有重要的研究价值,诸如武器设计、爆炸安全防护等,通常具有大变形、高度非线性等特点,是一项极具挑战性的研究课题.本文提出了一种基于Euler坐标系的非结构网格、具有锐利相界面的二维和三维守恒型多介质流动数值方法,可用于模拟可压缩流体和弹塑性固体在极端物理条件下的大变形动力学行为.利用分片线性的水平集函数重构出单纯形网格内分段线性的相界面,并在混合网格内构建出具有多种介质的相界面几何结构,理论上可以处理全局任意种介质、局部3种介质的多介质流动问题.利用传统的有限体积格式来计算单元边界上同种介质间的数值通量,并通过在相界面法向上求解局部一维多介质Riemann问题的精确解来计算不同介质间的数值通量,保证了相界面上的通量守恒.提出了一种非结构网格上的单元聚合算法,消除了由于网格被相界面分割成较小碎片、违反CFL条件,进而可能带来数值不稳定的问题.针对一维多介质Riemann问题、激波与气泡相互作用问题、浅埋爆炸问题、空中强爆炸冲击波和典型坑道内冲击波传播问题开展了数值模拟研究,将计算结果与相关的理论、实验结果进行比对,验证了数值方法的正确性和可靠性.
赵梨[4]（2020）在《基于PETSc的一种多介质可压缩理想磁流体并行ALE算法与模拟》文中进行了进一步梳理多介质可压缩大变形磁流体模型是描述Z箍缩、内爆磁通量压缩、磁惯性约束聚变、磁驱动高速飞片发射、天体物理等高能量密度领域中常见的磁流体力学模型.ALE方法是磁流体数值模拟的主流方法之一,也是磁流体力学问题研究中的难点和热点.本文首先针对一种多介质可压缩理想磁流体问题基于自适应网格技术设计关于ALE算法的高效串行数值模拟程序,与已有链表版模拟程序的对比实验表明:新程序能重构实验结果且有明显的提速效果,如当网格规模为50万时,能提速近40%.接着给出了提高ALE算法并行可扩展性的几种策略,进而基于国际上流行的PETSc并行框架设计了负载平衡好、通信量少的高效并行算法,并研制了并行程序.通过在数值实验中分析计算结点内部与计算结点之间的并行加速比及探讨不同并行子网格划分方法对并行可扩展性的影响,表明所研制的并行程序具有良好的稳健性和并行效率,如当网格规模为1700万、进程数为48时,并行效率达到了80%以上.
卿芳[5]（2020）在《多介质流体力学ALE-DG方法研究》文中认为本文针对二维多介质可压缩流体动力学问题,发展了一种高阶单元中心型ALE-DG（Arbitrary Lagrangian-Eulerian-discontinuous Galerkin）方法.该方法包含以下几个部分:拉格朗日计算步;网格重分;混合网格的界面重构;物理量重映.本文对拉格朗日计算步、混合网格的界面重构和物理量重映这三个部分进行了研究和改进,得到了一种高阶多介质ALE方法.数值算例表明方法具有较好的鲁棒性和二阶以上精度,适应于求解复杂多介质大变形流体力学问题.对于拉格朗日计算步,本文发展了一种高阶单元中心型间断有限元（DG）方法.从欧拉框架下的可压缩欧拉方程出发,推导出了它在拉格朗日框架下的积分弱形式,并用间断有限元方法进行空间离散.选取合适的基函数使其物质导数为零,从而简化方程组的离散形式,减少计算成本.利用Maire的节点求解器,计算出顶点速度和单元边界上的数值流通量.时间离散采用与空间离散相同阶数的TVD Runge-Kutta方法.选取HWENO重构算法作为限制器来抑制间断处的非物理数值震荡.对于混合网格的界面重构,本文发展了一种健壮的MOF（Moment of Fluid）方法.MOF方法的本质是极小化一个目标函数,因为目标函数的一阶导数是连续的,所以目标函数的最小值一定是一阶导数的零点.考虑到直接求一阶导数的零点比较困难,因此选择求一阶导数平方的最小值点（即零点）,理由是一阶导数平方在每个零点的邻域上是凸函数.然后利用凸函数的性质,获得每个零点的邻域,再利用迭代公式求出一阶导数平方的每个零点.最后,比较目标函数在这些零点处的函数值,就可以得到目标函数的最小值.与传统的MOF方法相比,使用这种算法能够在大范围内获得非线性方程的多个根,从而得到了一种健壮的MOF方法.方法特别是对变形严重的多边形网格提高了计算的准确性和鲁棒性.对于物理重映,本文发展了一种基于多边形相交的高阶积分守恒重映算法.它可以分为四个阶段:多项式重构;多边形相交;积分和后验校正.其中多边形相交是基于“裁剪投影”算法,算出新旧单元的相交部分;后验校正是基于MOOD（multi-dimensional optimal order detection）限制策略来抑制间断处的震荡,并做了小的改动以适应于多介质流.新的重映算法保证了守恒性和至少二阶精度.
马秀强[6]（2020）在《基于自适应网格的高精度FR数值模拟方法研究》文中研究指明随着计算机计算能力的提升,计算流体力学中的高精度数值模拟方法受到了工业以及科研工作者的广泛关注。通量重构（Flux Reconstruction,FR）方法由于具有精度高、易于并行计算等优点,成为了计算流体力学中的研究热点之一。由于FR方法仍处在发展阶段,一些关键性的问题仍然需要解决以及改进,例如激波的捕捉、如何保证计算高精度的前提下降低计算量。针对这些问题,本文发展了基于自适应网格的高精度FR方法,用尽可能少的网格获得高精度的数值结果。首先,发展了一维以及二维高精度FR流场求解器。为了保证数值结果的高精度,在二维四边形网格上发展了物面网格弯曲方法。为了实现对激波的捕捉,介绍了基于级数展开的激波探测器,并分析了人工粘性以及单元内分段积极分常数解两种激波捕捉方法,同时为了计算的鲁棒性,添加了额外的保正限制器。其次,发展了二维并行计算的网格自适应高精度FR流场求解器。采用基于叉树数据结构的P4est网格自适应库实现网格信息的储存以及MPI并行。以涡量大小和激波探测器中的光滑指示器作为网格自适应的判据对二维四边形网格进行加密和粗化,基于最小二乘思想实现网格自适应过程中非一致边的数据投影、加密与粗化过程的守恒量插值。最终,通过一系列数值算例对本文发展的网格自适应高精度FR方法进行了验证,数值结果显示,采用文中的网格自适应FR方法,在保证高精度计算结果的前提下大大提高了计算效率。
回达[7]（2020）在《非结构网格下的梯度光滑法及与格子玻尔兹曼法的耦合算法研究》文中指出在船舶与海洋工程领域中,流体力学无论在理论研究还是在工程应用方面均具有重要的意义,而随着数值计算方法的和计算机硬件的发展,计算流体力学已经成为船舶与海洋结构物水动力性能计算和预报的重要工具。对于具有复杂形状问题域的问题,采用结构化网格需要花费大量的时间,相比之下,采用非结构网格的数值计算方法更具优势,而如何计算非结构网格下计算流体力学中的偏微分方程成为开发基于非结构网格数值方法的关键。此外,海洋工程的研究对象往往具有跨越多个数量级的几何尺度,在单一尺度下的数值方法很难同时满足不同尺度下计算精度和成本的需要,而建立宏观和介观数值方法的耦合体系,能够很好地解决这一难题。近年来发展的梯度光滑法（Gradient Smoothing Method,GSM）基于适用于复杂问题域剖分的非结构化网格,采用梯度光滑技术,具有灵活、准确且对网格畸变不敏感等优点。因此,本文开展了非结构网格下梯度光滑法在计算流体力学方面的研究。论文的主要工作如下:（1）在非结构网格下,采用梯度光滑法对对流方程进行数值计算。本文回顾了现存的主要对流格式,并进行了详尽地分析,特别是对于TVD（Total Variation Diminishing）和NVD（Normalized Variable Diagram）算法,对比研究了二者之间的联系。为了能够将基于结构网格上提出的TVD和NVD算法扩展至非结构网格下的梯度光滑法,本文提出了一种基于梯度光滑技术来计算迎风变量的插值方法,并在梯度光滑法的框架下进行计算验证。通过定义迎风点的位置来判断其所在单元,然后根据不同梯度光滑域（节点光滑域、中点光滑域和中心点光滑域）提出了三种插值计算迎风变量的方法,即nGSM（node-based gradient smoothing method）,mGSM（midpoint-based gradient smoothing method）和cGSM（centroid-based gradient smoothing method）。在数值实验中,既包括间断问题和连续问题,也包括稳态问题和瞬态问题,并通过与之前方法对比验证了本文方法的准确性。（2）为实现非结构网格下对自由液面的模拟,利用梯度光滑法对VOF（Volume of Fluid）模型进行数值计算。VOF模型的控制方程为对流方程,在结构网格下,通常采用几何重构的方法,但这种方法难以应用于非结构网格。为了克服这一问题,本文采用了基于NVD（Normalized Variable Diagram）概念构造的高精度离散格式,如CICSAM（Compressive Interface Capturing Scheme for Arbitrary Meshes）,FBICS（Flux-Blending Interface-Capturing Scheme）以及 CUIBS（Cubic Upwind Interpolation based Blending Scheme）,并利用cGSM计算这些高精度格式在非结构网格下所需的迎风变量。数值结果表明非结构网格下采用高精度格式的GSM能够对自由液面进行准确的数值模拟,能够准确预测液面形状并保持界面的锐利性。（3）不可压缩流的数值模拟一直是CFD（Computational Fluid Dynamics,CFD）研究的核心问题,通过求解Navier-Stokes控制方程能够对结构物的水动力性能进行准确预报。在本文中,利用GSM开展对非结构网格下不可压缩流数值计算的研究。应用非结构网格,一方面降低网格划分的时间成本,另一方面通过合理的网格布置提高计算效率。为了解决不可压缩流中的速度和压力耦合问题,在控制方程中引入了人工压缩性项,并通过构造相应的光滑域,利用梯度光滑技术对对流项与粘流项进行离散。在数值算例中,GSM能够灵活地进行网格划分并得到准确的数值结果。此外,还将GSM应用于经典的钝体绕流分析,数值结果显示了不同形状的钝体对尾流的影响,并对比讨论了在定常流动与非定常流动情况下圆柱和三角柱在阻力系数、升力系数以及斯特劳哈尔数随雷诺数的变化趋势。计算结果证明了非结构网格下GSM能够准确、有效地解决基础水动力问题。（4）为了解决多尺度问题,本文在GSM对不可压缩流数值模拟的基础上,引入格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）,提出了 GSM-LBM耦合算法。在耦合算法中,将计算域划分为利用GSM计算的宏观子计算域和采用LBM计算的介观子计算域,两种方法通过耦合区域进行流动信息传递。本文提出的GSM-LBM耦合算法在宏观计算域采用了非结构网格,并改进了空间耦合方式。通过数值算例验证了 GSM-LBM耦合算法的准确性和有效性。计算结果表明GSM-LBM耦合算法在计算效率上要高于LBM,而且该方法不仅能够给出整个流场的流动信息,而且还能够描述介观尺度的流动特性。由于GSM采用了非结构网格,可以通过优化网格布置如局部网格加密,进一步提高GSM-LBM耦合算法的计算效率,此外,也有利于模拟计算域形状复杂的多尺度问题。
李冬冬[8]（2020）在《激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴相互作用的数值模拟研究》文中提出激波与铝液滴相互作用是TBX（Thermobaric explosives）爆炸中的典型问题,涉及可压缩多相流动、液体空化、蒸发及燃烧等复杂的物理化学过程,对其相互作用的研究不仅有助于理解TBX中金属颗粒的燃烧和热释放机制,而且对激波动力学、多相流动及凝聚介质界面不稳定性的研究有重要的学术价值。目前,对这一复杂的伴随蒸发和燃烧的可压缩气/液多介质流动问题仍然缺少深入的研究和认识。激波与铝液滴相互作用的复杂程度给实验和理论研究带来了极大的困难,因此,数值模拟成为了研究此问题的一种高效、经济的手段。近年来,数值方法虽然在铝燃烧、可压缩多相流和激波与可燃气体相互作用等方面取得了长足的发展,但对激波与铝液滴相互作用这一复杂问题,仍然缺少有效的数值工具。因此,本文的主要工作是构造适用的可压缩气/液多介质流动燃烧算法并应用该方法对激波与铝液滴相互作用问题进行研究。具体工作如下:1、深入分析了激波与铝液滴相互作用过程中涉及的复杂现象,建立了相应的物理、化学模型来描述可压缩气/液流动、空化、表面蒸发、燃烧、凝结等现象,开发了一套适用于可压缩气/液多介质流动燃烧的数值方法。该方法利用双通量算法、五阶WENO和三阶Runge-Kutta格式模拟非定常化学反应流,实现了level-set方法、伴随蒸发的气/液界面问题的精确黎曼求解和真实虚拟流体方法的结合。利用典型的一维流动和燃烧问题对算法进行了可靠性和精度检验。2、应用数值方法对激波与气柱、激波与可燃气泡及激波与水柱的相互作用问题进行了模拟。通过与现有实验或理论研究结果的对比验证了数值方法的可靠性,研究了椭圆气柱和气泡结构对物质混合的影响以及激波作用下水柱内部的空化过程及其与波系演化的关联。3、对激波与不考虑蒸发和燃烧的铝液滴相互作用过程进行了数值研究,分析了激波作用铝液滴后的波系演化、空化、液滴变形及流动建立过程。数值模拟获得了不同激波强度下的铝液滴内部波系演化过程,捕捉到了铝液滴内部空化区的多次形成和溃灭过程及铝液滴在激波作用下的扁平/剥离（flattening/stripping）变形模式。数值模拟结果也表明气相区域的非定常流动主要来自于铝液滴背风面的流动分离和界面变形产生的扰动。4、对激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴的相互作用过程进行了数值研究。数值模拟结果清晰地捕捉了铝液滴在激波作用下的蒸发和燃烧过程。与稳态蒸发理论结果的对比表明,激波的作用一方面增强了铝液滴表面的对流,加快了蒸发形成的铝蒸气离开铝液滴表面的速度,促进了铝液滴的蒸发;另一方面增加了铝液滴表面的压力,减小了液滴表面铝蒸气的形成速率,一定程度上抑制了铝液滴表面蒸发。铝液滴的表面蒸发速率由二者的竞争作用决定。在对流的作用下,铝液滴表面的蒸发产物和燃烧产物不断向下游输运,燃烧主要发生在铝液滴的表面和下游旋涡区。燃烧的存在也促进了铝液滴的表面蒸发。综上所述,本文所建立的数值方法适用于可压缩气/液多介质流动燃烧的模拟,不仅可用来开展可压缩气体、液体及气/液高速流动等基础问题的研究,还可以计算包含相变和燃烧等复杂现象的物理化学问题。运用文中构建的数值方法研究了激波与铝液滴的相互作用现象,获得了激波作用下的铝液滴蒸发和燃烧过程,解释了激波对铝液滴蒸发和燃烧的影响,为进一步的研究奠定了数值基础。
杨晨琛[9]（2019）在《基于特征线差分法的水下爆炸近场非等熵流研究》文中指出水下爆炸现象广泛应用于民用建设与军事工业,是水下爆破与拆除、水下爆炸焊接、水中兵器毁伤、水面舰艇抗爆设计的基础问题。随着计算机技术的飞速发展,用大量数值模拟配合少量关键实验,渐渐成为水下爆炸研究的重要手段。针对水下爆炸中的特定问题、特定目标,基于某种算法或多算法耦合的自编程序可以提供具有特色的研究视角。特征线差分法具有物理意义明确、数值精度高、计算效率高和可回溯计算的优点,但水下爆炸流场是典型的非等熵流场,以往特征线差分法的局限性较大。在上述背景下,本文以改进以往的特征线差分法为目的,从以下三个方面展开了研究工作:首先,为了改进特征线差分法,本文在理论和算法两个层面分别进行研究。在理论层面,针对以往特征线方程求解非等熵流问题的困难,通过对非等熵可压缩流的物理过程分析,提出了声波不一定等熵的概念,据此定义了“真声速”和“拟声速”;然后采用标准方法导出了二维定常非等熵流的真特征线方程,进一步推演出了一系列“拟特征线差分法”;通过基于等熵声速的拟特征线方程,明确了熵变对特征线的贡献,体现了非等熵流的物理实质。在算法层面,针对以往算法难以同时保证稳定性与严格依赖域的弊端,本文构造了能使两者兼备的推进求解策略;并在此基础上引入自适应网格技术,避免了同族特征线交叉的问题;另推导出Mie-Gruneisen状态方程等熵线的显式解,使得声速和特征线可以准确且快速地计算。基于以上特征线理论及其算法的研究,最终获得了适用于求解非等熵流场的改进的特征线差分法。其次,基于上述特征线差分法的研究,本文开发了球对称以及轴对称非等熵流的高效特征线差分程序。通过模拟球形与柱形、理想与非理想炸药的水下爆炸近场流动,再与实验数据和商业软件Autodyn结果的对比,验证了上述算法的准确性和时间经济性。将获得的特征网应用于分析水下爆炸流场,划定了可以影响决定近场冲击波的爆轰产物膨胀区间;基于含铝炸药非理想爆轰的改进Miller模型,通过特征网实现了对铝粉后燃效应所造成的水中流场增压效果的追踪,进而明确了铝粉后燃对冲击波能量输出的影响范围,体现了特征线差分法的优势。最后,基于特征线算法可回溯计算的特点,本文完善了以水下爆炸试验反演标定爆轰产物状态方程的方法。针对球形装药和柱形装药两种模型,本文提出了一种“逆特征线法反演”结合“遗传算法优化”的反演标定方案:所需的原始实验数据是获取难度不大的近场冲击波轨迹曲线和中场某测点的压力时程曲线。其中,逆特征线差分法用于水中流场的反演计算,遗传算法用于爆轰产物状态方程参数的优化计算。从最终的标定效果看,这种联合了冲击波数据与测点时程压力数据的方案,可以明显地拓宽对爆轰产物膨胀信息的获取范围,以及被标定JWL状态方程的适用范围。多种炸药算例的结果显示:在产物压力降至0.01 GPa之前的范围与原方程的误差在3%以下,优于测压下限约0.1 GPa的标准圆筒试验,即该方案也适用于测定爆轰产物低压区的膨胀规律。
刘朝阳[10]（2019）在《超声速气流中壁面燃料射流混合、点火及稳燃机制研究》文中研究指明超燃冲压发动机燃烧室是吸气式推进系统的核心部件,能够决定高超声速飞行器的总体性能。本文针对单边扩张型燃烧室工作过程中涉及的关键问题,运用高精度大涡模拟并结合先进燃烧诊断技术重点研究了超声速气流中壁面燃料射流的混合、点火和火焰稳定机制。详细介绍了曲线坐标系下针对可压缩反应流的守恒型大涡模拟控制方程,以及时间、空间导数项和反应源项的求解方法。对于超声速流动问题,采用六阶精度中心—迎风型WENO格式捕捉流场中的激波间断,并运用傅立叶分析法和无黏测试算例证明了该格式的高精度、低耗散特性。最后,基于德国宇航中心的支板燃烧算例定量验证了反应求解器的可靠性。针对马赫1.6超声速气流中的横向射流喷注实验开展大涡模拟研究,首先进行了网格无关性分析,并通过与定量实验数据对比验证了数值结果的可靠性。研究了壁面扩张效应对横向射流喷注流场的影响,发现扩张导致的来流内能向动能转化是改变其混合特性的重要因素。与平板射流喷注相比,扩张壁面喷注的射流穿透深度降低,燃料与空气的混合效率减小,同时总压损失也更多。比较了不同分子质量射流喷注流场中的激波和回流等细节,结果表明尽管射流穿透深度和混合机理差别不大,但是空气射流喷注工况中背风一侧的回流区尺度明显偏大。采用数值方法明晰了高焓超声速气流中的抬举氢气射流火焰特性及其稳燃机制。研究表明同轴射流火焰的抬举高度依赖于氢气的点火延迟时间,火焰诱导区内化学反应速率远大于扩散率,自点火过程主导的火焰基是实现稳定燃烧的内在机制,并且下游火焰区具有明显的扩散特性。针对模拟马赫8飞行条件下的横向射流燃烧工况,大涡模拟结果很好地再现了实验观测到的两种燃烧模式,即近壁燃烧和射流迎风剪切层燃烧。同时还发现虽然自点火主导的反应过程十分剧烈,但是总的释热量并不多,因此当地流场温度并未显着升高。在深入理解凹腔燃烧室混合特性的基础上,运用高精度大涡模拟研究了单边扩张型燃烧室中的乙烯射流点火问题,揭示了从点火到火焰稳定这一非稳态燃烧过程的建立机制。受凹腔回流控制,初始火核在点火后先向上游移动。随着火焰基逐渐在凹腔前缘建立,与之邻近的可燃气体不断被点燃,最终预混性质的火焰传播到整个凹腔。凹腔稳定的乙烯射流火焰具有明显的部分预混特性,下游化学反应强度相对较弱。与点火前相比,反应放热引起当地温度升高,射流尾迹被推到更深的流场区域。基于先进的燃烧诊断技术观测了单边扩张燃烧室中的氢气射流火焰分布,发现燃料喷注位置离凹腔越远,凹腔的火焰稳定能力越弱;随着当量比增加,火焰沿凹腔剪切层向前传播,化学反应区不断扩大。进而针对全局当量比0.124的实验工况,揭示了侧壁效应下凹腔稳定的射流火焰特性。结果表明扩散火焰主导了凹腔及其下游反应区,湍流脉动能促进燃料与空气的掺混,但是如果标量耗散率过大也会导致流场温度降低。最后分析了三孔并联喷注方案中射流尾迹之间的相互干扰机制,并总结了并联喷注策略相比单孔喷注的性能优势。尽管射流穿透深度有所降低,但并联方案的燃烧效率更高,而且不会带来过多的总压损失。
二、可压缩多介质流体动力学高精度数值计算方法和网格自适应技术（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、可压缩多介质流体动力学高精度数值计算方法和网格自适应技术（论文提纲范文）
（2）基于独立覆盖流形法的流体计算研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景和意义 |
| 1.2 国内外涌浪的数值模拟研究现状 |
| 1.3 带有自由面的N-S方程求解方法研究现状 |
| 1.3.1 自由表面的追踪与捕捉 |
| 1.3.2 N-S方程的离散方法 |
| 1.3.3 流体计算的自适应分析 |
| 1.3.4 流体流动的描述方法 |
| 1.3.5 带自由面的N-S方程求解难点小结 |
| 1.4 本文的主要研究工作 |
| 第2章 独立覆盖流形法——分区级数解 |
| 2.1 数学流形思想与独立覆盖流形法 |
| 2.2 独立覆盖流形法的收敛性与“分区级数解” |
| 2.3 任意形状积分区域的积分方式 |
| 2.3.1 块体积分 |
| 2.3.2 条形积分 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 一维对流扩散方程的数值求解 |
| 3.1 一维对流扩散方程的独立覆盖流形法计算公式 |
| 3.2 边界条件的处理 |
| 3.3 误差控制与自适应分析 |
| 3.3.1 误差估计 |
| 3.3.2 h-p型混合自适应分析 |
| 3.3.3 瞬态收敛于稳态 |
| 3.4 数值算例 |
| 3.4.1 算例1:一维稳态对流扩散方程 |
| 3.4.2 算例2:一维瞬态对流扩散方程 |
| 3.5 微分方程残差指标的探讨 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 一维Burgers方程的数值求解 |
| 4.1 一维Burgers方程的独立覆盖流形法计算公式 |
| 4.1.1 欧拉格式 |
| 4.1.2 半拉格朗日格式 |
| 4.2 数值算例 |
| 4.2.1 算例1:一维Burgers方程 |
| 4.2.2 算例2:一维Burgers方程—激波 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 二维不可压缩N-S方程的数值求解 |
| 5.1 独立覆盖流形法计算公式的推导 |
| 5.1.1 稳态方程 |
| 5.1.2 瞬态方程 |
| 5.1.3 LBB条件 |
| 5.2 鞍点问题的方程解法 |
| 5.2.1 算法1:求逆法 |
| 5.2.2 算法2:Uzawa方法 |
| 5.2.3 算法3:SOR-like方法 |
| 5.3 边界条件 |
| 5.4 数值算例-方腔顶盖驱动流 |
| 5.4.1 稳态 |
| 5.4.2 瞬态 |
| 5.4.3 微分方程残差 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 自由面追踪的初步研究 |
| 6.1 基于半拉格朗日法的自由面追踪原理 |
| 6.2 边界网格内的积分区域 |
| 6.3 小块的处理 |
| 6.4 自由面追踪的算例 |
| 6.5 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 本文主要工作和创新点 |
| 7.2 对未来研究工作的展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
（3）欧拉坐标系下具有锐利相界面的可压缩多介质流动数值方法研究（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 物理模型 |
| 1.1 控制方程 |
| 1.2 状态方程 |
| 2 多介质流动数值方法 |
| 2.1 相界面追踪 |
| 2.2 相界面几何重构 |
| 2.2.1 二维两相情形 |
| 2.2.2 二维三相情形 |
| 2.2.3 三维两相情形 |
| 2.2.4 三维三相情形 |
| 2.3 数值通量 |
| 2.4 守恒量更新 |
| 2.5 单元碎片聚合 |
| 2.5.1 建立单元片 |
| 2.5.2 修正守恒量 |
| 3 数值算例 |
| 3.1 多介质Riemann问题 |
| 3.2 激波与气泡相互作用 |
| 3.3 浅埋爆炸问题 |
| 3.4 空中强爆炸冲击波传播 |
| 3.5 三维坑道中冲击波传播 |
| 4 结论 |
（4）基于PETSc的一种多介质可压缩理想磁流体并行ALE算法与模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与现状 |
| 1.2 本文的主要工作 |
| 第二章 预备知识 |
| 2.1 与网格相关的若干记号与公式 |
| 2.1.1 若干记号 |
| 2.1.2 公式 |
| 2.2 与并行相关的若干预备知识 |
| 2.2.1 并行模拟环境 |
| 2.2.2 并行加速比与并行效率 |
| 2.2.3 PETSc并行框架简介 |
| 第三章 一种多介质可压缩理想磁流体ALE算法实现 |
| 3.1 模型问题与ALE算法流程 |
| 3.1.1 模型问题 |
| 3.1.2 ALE算法流程 |
| 3.2 有限体格式 |
| 3.3 自适应网格重分 |
| 3.3.1 四种基础操作及自适应条件 |
| 3.3.2 自适应网格重分算法流程图 |
| 3.4 数据结构 |
| 3.5 数值实验 |
| 3.5.1 正确性验证 |
| 3.5.2 提速分析 |
| 第四章 基于PETSc的并行ALE算法及模拟 |
| 4.1 并行ALE算法 |
| 4.1.1 并行ALE算法流程图 |
| 4.1.2 提高并行可扩展性的几种策略 |
| 4.2 并行自适应网格重分 |
| 4.2.1 并行子网格重分策略 |
| 4.2.2 并行自适应网格重分算法流程图 |
| 4.3 基于PETSc的并行数据结构与并行分区 |
| 4.3.1 并行数据结构 |
| 4.3.2 并行子网格划分方法 |
| 4.4 数值实验 |
| 4.4.1 正确性验证 |
| 4.4.2 并行可扩展性 |
| 第五章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
（5）多介质流体力学ALE-DG方法研究（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 欧拉方法、拉格朗日方法和ALE方法 |
| 1.3 运动界面追踪方法 |
| 1.4 多介质ALE方法 |
| 1.5 本文的主要内容 |
| 第二章 拉格朗日框架下的中心型间断有限元方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 流体力学方程及离散形式 |
| 2.3 节点求解器 |
| 2.4 限制器 |
| 2.4.1 二阶格式的重构 |
| 2.4.2 三阶格式的重构 |
| 2.5 数值算例 |
| 2.6 本章小结 |
| 第三章 MOF界面重构 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 问题描述 |
| 3.3 数值优化 |
| 3.4 数值算例 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 多介质ALE方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 Tipton压力松弛模型 |
| 4.3 网格重分 |
| 4.4 积分守恒重映算法 |
| 4.4.1 多项式重构 |
| 4.4.2 多边形相交 |
| 4.4.3 积分 |
| 4.4.4 后验校正 |
| 4.5 数值算例 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间取得的研究成果目录 |
（6）基于自适应网格的高精度FR数值模拟方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 注释表 |
| 缩略词 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究概况 |
| 1.2.1 FR方法简介 |
| 1.2.2 FR方法的优缺点 |
| 1.3 网格自适应简介 |
| 1.4 本文主要工作 |
| 第二章 一维FR数值计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 一维FR方法 |
| 2.2.1 一维FR方法空间离散 |
| 2.2.2 VCHJ修正函数 |
| 2.2.3 求解点的选取与正交规则 |
| 2.2.4 混淆误差分析 |
| 2.3 一维Euler方程 |
| 2.4 时间离散 |
| 2.5 激波捕捉 |
| 2.5.1 激波探测器 |
| 2.5.2 人工粘性 |
| 2.5.3 单元内分段积分常数解 |
| 2.5.4 保正限制器 |
| 2.6 算例验证 |
| 2.6.1 一维Sod激波管问题 |
| 2.6.2 一维Shu-Osher问题 |
| 2.6.3 一维双爆轰波问题 |
| 2.7 本章小结 |
| 第三章 二维四边形网格FR数值计算方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 网格弯曲 |
| 3.2.1 物面边界高阶拟合 |
| 3.2.2 RBF网格变形 |
| 3.3 二维四边形网格FR方法 |
| 3.3.1 二维四边形网格单元映射关系 |
| 3.3.2 二维四边形网格FR方法空间离散 |
| 3.4 二维Euler方程 |
| 3.5 无粘数值通量 |
| 3.5.1 Roe格式 |
| 3.5.2 Local Lax-Friedrichs格式 |
| 3.6 边界条件 |
| 3.6.1 物面边界条件 |
| 3.6.2 远场边界条件 |
| 3.7 算例验证 |
| 3.7.1 二维带坡管道内的超音速流动问题 |
| 3.7.2 二维激波-等熵涡相互作用问题 |
| 3.7.3 二维无粘圆柱绕流问题 |
| 3.8 本章小结 |
| 第四章 自适应网格FR数值计算方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 二维h型网格自适应 |
| 4.2.1 二维四边形网格自适应 |
| 4.2.2 P4est网格自适应库 |
| 4.3 自适应指示器 |
| 4.4 自适应网格FR方法非一致边数据投影 |
| 4.5 自适应网格FR方法网格粗化细化数据投影 |
| 4.6 数值算例 |
| 4.6.1 等熵Euler涡 |
| 4.6.2 斜激波反射 |
| 4.6.3 双马赫反射 |
| 4.6.4 马赫数为3 的前台阶流动 |
| 4.6.5 NACA0012 翼型跨音速流动 |
| 4.7 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 研究工作总结 |
| 5.2 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
（7）非结构网格下的梯度光滑法及与格子玻尔兹曼法的耦合算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 英文缩写注释表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 非结构网格CFD方法的研究现状及应用 |
| 1.2.1 结构网格与非结构网格 |
| 1.2.2 对流方程与自由液面模拟 |
| 1.2.3 多尺度问题的耦合算法 |
| 1.3 数值离散方法的研究现状 |
| 1.3.1 有限差分法 |
| 1.3.2 有限体积法 |
| 1.3.3 有限单元法 |
| 1.3.4 光滑粒子流体动力学方法 |
| 1.3.5 格子玻尔兹曼法 |
| 1.4 梯度光滑技术的研究进展和现状 |
| 1.5 本文主要研究思路与内容 |
| 2 梯度光滑法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 梯度光滑技术 |
| 2.3 梯度光滑域 |
| 2.4 空间导数的近似方案 |
| 2.5 空间导数的离散格式 |
| 2.5.1 两点积分格式 |
| 2.5.2 一点积分格式 |
| 2.5.3 方向修正 |
| 2.6 数值验证 |
| 2.6.1 精度分析 |
| 2.6.2 鲁棒性分析 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 非结构网格下对流方程的数值计算 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 线性格式 |
| 3.2.1 低阶格式 |
| 3.2.2 高阶格式 |
| 3.2.3 k格式 |
| 3.3 非线性格式 |
| 3.3.1 TVD格式 |
| 3.3.2 NVD格式 |
| 3.3.3 TVD/NVD格式间的联系 |
| 3.4 拓展TVD/NVD格式至非结构网格 |
| 3.4.1 BJ算法 |
| 3.4.2 现有非结构网格下的迎风点算法 |
| 3.5 基于梯度光滑法的迎风点插值算法 |
| 3.5.1 基本原理 |
| 3.5.2 数值算例 |
| 3.6 非结构网格下基于NVD的VOF算法 |
| 3.6.1 计算模型 |
| 3.6.2 现有的自由液面捕捉算法 |
| 3.6.3 数值算例 |
| 3.7 本章小结 |
| 4 非结构网格下不可压缩流的数值计算 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 控制方程 |
| 4.3 空间离散 |
| 4.3.1 对流项 |
| 4.3.2 粘流项 |
| 4.4 时间离散 |
| 4.4.1 显式时间格式 |
| 4.4.2 隐式时间格式 |
| 4.4.3 收敛加速技术 |
| 4.5 边界条件 |
| 4.6 数值算例 |
| 4.6.1 后台阶流动问题 |
| 4.6.2 方腔顶盖驱动流问题 |
| 4.6.3 三角柱与圆柱的绕流问题 |
| 4.7 本章小结 |
| 5 梯度光滑法与格子玻尔兹曼法耦合计算方法 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 格子玻尔兹曼法 |
| 5.2.1 玻尔兹曼方程 |
| 5.2.2 BKG模型 |
| 5.2.3 格子玻尔兹曼方程的数值离散 |
| 5.2.4 边界条件 |
| 5.3 耦合算法 |
| 5.3.1 分布函数重构算子 |
| 5.3.2 空间耦合 |
| 5.3.3 时间耦合 |
| 5.4 GSM与LBM耦合算法程序的求解流程 |
| 5.5 数值算例 |
| 5.5.1 通道内流动的耦合计算 |
| 5.5.2 方腔顶盖驱动流的耦合计算 |
| 5.5.3 方柱绕流与多孔介质流动的耦合计算 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴相互作用的数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 激波-铝液滴相互作用的研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及发展趋势 |
| 1.2.1 铝颗粒的燃烧 |
| 1.2.2 激波作用下的气液两相流动 |
| 1.2.3 激波与可燃气体相互作用 |
| 1.3 论文的研究内容和结构安排 |
| 第2章 气液多介质流动燃烧的数值方法 |
| 2.1 物理问题的解析及数学模型的建立 |
| 2.1.1 气相区数学模型 |
| 2.1.2 液相区数学模型 |
| 2.1.3 Level-set方法及其重构方程 |
| 2.2 气液多介质流动燃烧的数值模拟方法 |
| 2.2.1 气相区域数值方法 |
| 2.2.2 液相区域数值模拟方法 |
| 2.2.3 化学反应及气粒相间源项 |
| 2.2.4 Level-set及其重构方程的数值方法 |
| 2.3 界面处气液两相耦合 |
| 2.3.1 气液界面的守恒条件 |
| 2.3.2 界面处物质相变 |
| 2.3.3 气液界面耦合方法 |
| 2.4 边界条件及MPI并行 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 气液多介质流动燃烧数值方法的验证及应用 |
| 3.1 激波与气柱相互作用 |
| 3.1.1 激波与He气柱相互作用 |
| 3.1.2 激波与SF6气柱相互作用 |
| 3.2 激波与可燃重气泡相互作用 |
| 3.2.1 计算区域及参数设置 |
| 3.2.2 网格无关性检验及算例验证 |
| 3.2.3 RSBI中化学反应的影响 |
| 3.3 气液两相耦合问题 |
| 3.3.1 一维激波与气水界面相互作用 |
| 3.3.2 激波与水柱相互作用 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 激波作用铝液滴的动力学演化特性 |
| 4.1 计算模型与边界条件 |
| 4.2 激波与气/液态铝平面界面相互作用 |
| 4.3 激波与铝液滴相互作用 |
| 4.3.1 网格无关性检验 |
| 4.3.2 平面激波作用下的波系演化及空化 |
| 4.3.3 激波作用下的铝液滴变形及流场分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 激波与铝液滴相互作用中的蒸发与燃烧 |
| 5.1 铝/氧等体积燃烧 |
| 5.2 激波与蒸发铝液滴相互作用 |
| 5.2.1 计算条件设置 |
| 5.2.2 激波作用铝液滴早期的波系演化与空化 |
| 5.2.3 铝液滴的蒸发过程 |
| 5.3 激波与燃烧中的铝液滴相互作用 |
| 5.3.1 铝液滴燃烧过程分析 |
| 5.3.2 燃烧铝液滴的蒸发 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间获得的研究成果 |
| 致谢 |
| 附录 A 气体热力学性质及输运参数 |
| 附录 B 液体状态方程 |
| 附录 C 数值方法验证 |
（9）基于特征线差分法的水下爆炸近场非等熵流研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 水下爆炸的研究现状 |
| 1.2.1 水下爆炸的基本过程与主要现象 |
| 1.2.2 水下爆炸的数值计算研究综述 |
| 1.3 可压缩流特征线法的研究与发展 |
| 1.3.1 可压缩流特征线法的发展历史 |
| 1.3.2 特征线差分法应用于水下爆炸流场的优势与局限性 |
| 1.4 水下爆炸试验标定爆轰产物状态方程的研究与发展 |
| 1.4.1 爆轰产物的状态方程概述 |
| 1.4.2 爆轰产物状态方程的实验标定方法简介 |
| 1.4.3 水下爆炸试验标定法的原理与优缺点 |
| 1.5 本文主要研究思路 |
| 2 轴对称非等熵定常可压缩流的特征线差分法 |
| 2.1 二维定常超声速非等熵流的特征线理论 |
| 2.1.1 柱形炸药水下爆炸近场流动模型 |
| 2.1.2 二维定常超声速等熵流的特征线方程的回顾 |
| 2.1.3 非等熵流场中的真声速与拟声速 |
| 2.1.4 基于真声速的二维定常超声速非等熵流的特征线方程推导 |
| 2.1.5 对应不同声速分解方式的拟特征线方程 |
| 2.1.6 真声速CFL条件与拟特征线法的收敛性 |
| 2.1.7 爆轰产物轴线、水中冲击波和水气边界的处理 |
| 2.2 特征线差分法的计算格式与网格 |
| 2.2.1 节点计算单元与计算格式 |
| 2.2.2 改进的推进求解策略 |
| 2.2.3 自适应的特征线网格 |
| 2.3 高压状态方程与等熵方程的显式表达 |
| 2.3.1 适用于凝聚态物质的Mie-Gruneisen状态方程 |
| 2.3.2 爆轰产物与水的绝热卸载过程 |
| 2.3.3 Mie-Gruneisen状态方程下的等熵线和声速显式解 |
| 2.4 柱形炸药水下爆炸过程 |
| 2.4.1 水下冲击波与人工粘性的关系 |
| 2.4.2 水下冲击波和水气界面的传播轨迹 |
| 2.4.3 基于特征网的水下爆炸流场分析 |
| 2.5 球形炸药水下爆炸特征线法补充介绍 |
| 2.5.1 球形炸药水下爆炸近场流动模型 |
| 2.5.2 一维非定常非等熵流的特征线方程推导 |
| 2.5.3 球形炸药水下爆炸的特征线差分法与算例验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 3 非等熵流特征线法在含铝炸药水下爆炸问题中的应用 |
| 3.1 含铝炸药水下爆炸的非等熵流 |
| 3.1.1 含铝炸药水下爆炸的特点与研究概述 |
| 3.1.2 球形以及柱形含铝炸药的近场流动模型 |
| 3.1.3 球对称与轴对称模型的特征线方程及相容关系 |
| 3.2 含铝炸药爆轰产物状态方程的改进方案 |
| 3.2.1 含铝炸药爆轰产物的常用状态方程及其特点 |
| 3.2.2 非等熵膨胀的改进型状态方程及其算法 |
| 3.2.3 基于化学反应的铝粉放热量估算 |
| 3.3 球形含铝炸药水下爆炸算例 |
| 3.3.1 一维水下冲击波的峰值压力验证 |
| 3.3.2 铝粉后燃效应对爆轰产物以及水中流场的影响 |
| 3.4 柱形含铝炸药水下爆炸算例 |
| 3.4.1 二维水下冲击波以及水气界面的轨迹验证 |
| 3.4.2 含铝炸药爆轰产物膨胀的尺度效应 |
| 3.4.3 含铝炸药水下爆炸流场的压力分布规律 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 爆轰产物状态方程的特征线法反演理论研究 |
| 4.1 水下爆炸试验标定状态方程的特征线反演算法 |
| 4.1.1 特征线反演算法的基本原理 |
| 4.1.2 基于水下爆炸试验的状态方程反演标定方案 |
| 4.1.3 水中流场反演所需的初始数据预处理 |
| 4.1.4 水中流场反演的节点单元及其特征线网格 |
| 4.2 爆轰产物状态方程参数标定中的优化问题 |
| 4.2.1 爆轰产物的JWL状态方程简介 |
| 4.2.2 JWL状态方程参数的优化问题 |
| 4.3 JWL状态方程参数优化问题的遗传算法 |
| 4.3.1 遗传算法简介 |
| 4.3.2 JWL状态方程参数优化的遗传算法 |
| 4.3.3 基于遗传算法的优化流程及其算法实现 |
| 4.4 爆轰产物JWL状态方程的反演标定算例 |
| 4.4.1 水中流场的反演结果与区域划分 |
| 4.4.2 水气界面的反演结果与特点 |
| 4.4.3 JWL状态方程参数的反演优化结果 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 创新点 |
| 5.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）超声速气流中壁面燃料射流混合、点火及稳燃机制研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 超声速气流中气体横向射流混合研究进展 |
| 1.2.1 平板横向喷注射流的混合机理 |
| 1.2.2 射流混合增强方案 |
| 1.2.3 超声速燃烧室内的混合特性 |
| 1.3 超声速湍流射流燃烧研究进展 |
| 1.3.1 高焓超声速气流中湍流射流火焰 |
| 1.3.2 超声速燃烧室中的火焰稳定 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第二章 超声速反应流的高精度大涡模拟方法 |
| 2.1 可压缩反应流大涡模拟控制方程 |
| 2.1.1 可压缩反应流控制方程 |
| 2.1.2 滤波后的大涡模拟控制方程 |
| 2.1.3 曲线坐标系下大涡模拟控制方程 |
| 2.2 数值计算方法 |
| 2.2.1 时间导数项 |
| 2.2.2 空间导数项 |
| 2.2.3 化学反应源项 |
| 2.2.4 边界条件设置 |
| 2.3 数值方法验证 |
| 2.3.1 实验工况及验证 |
| 2.3.2 流动特性分析 |
| 2.3.3 湍流抬举火焰 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 超声速湍流来流中横向射流混合机理研究 |
| 3.1 超声速来流中平板射流混合特性 |
| 3.1.1 计算模型 |
| 3.1.2 结果验证 |
| 3.1.3 混合特性分析 |
| 3.2 沿扩张壁面垂直喷注射流的混合机理研究 |
| 3.2.1 对比工况设计 |
| 3.2.2 流场结构显示 |
| 3.2.3 壁面扩张效应分析 |
| 3.3 燃料分子质量对射流混合的影响机制 |
| 3.3.1 瞬态流场显示 |
| 3.3.2 时均结构对比 |
| 3.3.3 统计特性分析 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 高焓超声速气流中氢气射流燃烧机制 |
| 4.1 超声速气流中氢气抬举射流火焰特性 |
| 4.1.1 同轴射流燃烧模型 |
| 4.1.2 抬举射流火焰特性 |
| 4.1.3 火焰基稳定机制 |
| 4.2 超声速气流中横向射流喷注的反应流场结构研究 |
| 4.2.1 计算模型 |
| 4.2.2 时均流场结构 |
| 4.2.3 瞬态特性分析 |
| 4.3 超声速气流中横向射流燃烧稳定机制 |
| 4.3.1 燃烧模式 |
| 4.3.2 自点火效应 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 凹腔燃烧室中燃料混合与点火过程研究 |
| 5.1 凹腔燃烧室内混合机制分析 |
| 5.1.1 工况介绍及网格划分 |
| 5.1.2 燃烧室流场结构显示 |
| 5.1.3 混合特性分析 |
| 5.2 单边扩张型燃烧室流动特性实验观测 |
| 5.2.1 实验系统介绍 |
| 5.2.2 实验方案设计 |
| 5.2.3 喷注方案对无反应流场的影响 |
| 5.3 单边扩张燃烧室内的乙烯点火过程研究 |
| 5.3.1 计算模型 |
| 5.3.2 乙烯点火过程研究 |
| 5.3.3 凹腔稳定的火焰特性 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 凹腔稳定的湍流射流火焰特性研究 |
| 6.1 单边扩张燃烧室中火焰形态实验观测 |
| 6.1.1 实验方案设计 |
| 6.1.2 喷注位置对火焰稳定的影响 |
| 6.1.3 当量比对火焰分布的影响 |
| 6.2 凹腔稳定的氢气射流火焰特性 |
| 6.2.1 计算模型 |
| 6.2.2 反应流动特性 |
| 6.2.3 火焰特性分析 |
| 6.3 多孔并联喷注方案燃烧特性分析 |
| 6.3.1 计算模型及网格 |
| 6.3.2 反应流场特性分析 |
| 6.3.3 并联喷注方案性能评估 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 总结与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 论文创新点 |
| 7.3 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
四、可压缩多介质流体动力学高精度数值计算方法和网格自适应技术（论文参考文献）
- [1]激光聚变内爆流体不稳定性基础问题研究进展[J]. 王立锋,叶文华,陈竹,李永升,丁永坤,赵凯歌,张靖,李志远,杨云鹏,吴俊峰,范征锋,薛创,李纪伟,王帅,杭旭登,缪文勇,袁永腾,涂绍勇,尹传盛,曹柱荣,邓博,杨家敏,江少恩,董佳钦,方智恒,贾果,谢志勇,黄秀光,傅思祖,郭宏宇,李英骏,程涛,高振,方丽丽,王保山,王英华,曾维新,卢艳,旷圆圆,赵振朝,陈伟,戴振生,谷建法,葛峰峻,康洞国,张桦森,乔秀梅,李蒙,刘长礼,申昊,许琰,高耀明,刘元元,胡晓燕,徐小文,郑无敌,邹士阳,王敏,朱少平,张维岩,贺贤土. 强激光与粒子束, 2021(01)
- [2]基于独立覆盖流形法的流体计算研究[D]. 刘亚军. 长江科学院, 2020(01)
- [3]欧拉坐标系下具有锐利相界面的可压缩多介质流动数值方法研究[J]. 姚成宝,付梅艳,韩峰,闫凯. 力学学报, 2020(04)
- [4]基于PETSc的一种多介质可压缩理想磁流体并行ALE算法与模拟[D]. 赵梨. 湘潭大学, 2020(02)
- [5]多介质流体力学ALE-DG方法研究[D]. 卿芳. 中国工程物理研究院, 2020(01)
- [6]基于自适应网格的高精度FR数值模拟方法研究[D]. 马秀强. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [7]非结构网格下的梯度光滑法及与格子玻尔兹曼法的耦合算法研究[D]. 回达. 大连理工大学, 2020(01)
- [8]激波与伴随蒸发和燃烧的铝液滴相互作用的数值模拟研究[D]. 李冬冬. 哈尔滨工程大学, 2020(04)
- [9]基于特征线差分法的水下爆炸近场非等熵流研究[D]. 杨晨琛. 大连理工大学, 2019(01)
- [10]超声速气流中壁面燃料射流混合、点火及稳燃机制研究[D]. 刘朝阳. 国防科技大学, 2019(01)