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基于第二粘性的Navier-Stokes方程组求解正激波结构

李馨东, 赵英奎, 胡宗民, 姜宗林

计算物理 2020, 37 (5): 505-513. DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8121

摘要（362）

HTML （8）

PDF （2299KB）（1390）

为考察气体第二粘性（体积粘性）对正激波内部流动的影响机制，数值求解含第二粘性的一维Navier-Stokes方程组.结果表明：第二粘性对激波内部的密度、热流和能量分布等物理量具有抹平效应，导致热流和熵流的峰值减小、激波厚度增加，体积粘性耗散的增加使得一部分机械能转化为内能；考虑第二粘性所计算的密度分布和激波厚度大为改善，与实验数据吻合较好；当马赫数为1.2≤Ma≤10，激波内部的Knudsen数满足0.12≤Kn≤0.4，对于马赫数Ma≤4.0的激波内部流动，考虑第二粘性的连续流Navier-Stokes方程组能够准确地模拟正激波结构.

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气体体积粘性对二维环形激波聚焦的影响

李馨东, 赵英奎, 欧阳碧耀, 胡宗民, 姜宗林

计算物理 2017, 34 (4): 394-402.

摘要（539）

HTML （1）

PDF （2294KB）（1201）

基于体积粘性系数ζ的分子运动论和连续介质理论，对二维环形激波聚焦（马赫数Ma=2.0）的体积粘性效应进行数值研究，结果表明：对于热完全气体，体积粘性使得激波汇聚中心点处的压力减小、温度增加、密度减小，聚焦点物理参数的改变量分别可达20%、10%、30%，体积粘性效应对环形激波聚焦的影响是不可忽略的；与转动模态相比，在振动模态下环形激波聚焦的体积粘性效应更为明显，因为激波聚焦点附近的体积粘性应力ζ▽·V与热力学压力p达到同一数量级，从而显著改变了流动参数.

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一种基于AUSM思想的通量分裂方法

李馨东, 胡宗民, 张德良, 姜宗林

计算物理 2015, 32 (1): 1-12.

摘要（414）

PDF （5836KB）（1290）

根据对流迎风分裂(AUSM)思想提出一种通量分裂方法,称为K-CUSP格式.它与传统H-CUSP和E-CUSP格式的最大差异在于总能量的分裂:K-CUSP格式将无粘守恒通量中所有的运动学量分裂到对流项,所有的热力学量分裂到压力项,即总能量被分裂成动能和静焓.对于压力项的数值通量,采用一种新的界面构造方法.数值测试表明:①K-CUSP格式继承了FVS格式的简单性和稳健性.在激波后不易出现压力过冲,在膨胀区域没有振荡,优于AUSM和WPS格式;②K-CUSP格式继承了FDS格式的分辨率.激波间断的分辨率和H-CUSP、E-CUSP格式基本相同,接触间断的分辨率高于FVS格式,低于Roe、AUSM和WPS格式.AUSM和WPS格式在计算运动接触间断时,速度存在很大振荡,而新格式不存在振荡.

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真实比热模型中铝粉尘两相爆轰波的数值研究

滕宏辉, 杨旸, 姜宗林

计算物理 2013, 30 (1): 44-52.

摘要（417）

PDF （463KB）（1249）

采用多流体模型对铝粉尘两相爆轰波进行数值模拟,研究颗粒能量计算方法对起爆和传播过程的影响.以前的固相颗粒能量的计算一般采用固定比热方法,本文采用随温度变化的真实比热.由于铝颗粒及其产物氧化铝的比热变化很大,模拟得到的爆轰波的速度、压力和波后参数变化和采用固定比热存在较大的差异.变比热计算得到的爆轰波压力、传播速度和实验结果更加接近,而固定比热的计算方法会对这些参数造成高估.对爆轰波的形成进行研究,发现起爆距离主要受起爆能量影响,但是相对于固定比热模型,采用变比热模型得到的起爆距离较短.

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基于混合发展的超声速段射流式COIL的数值优化

吕俊明, 胡宗民, 姜宗林, 王强

计算物理 2010, 27 (6): 854-860.

摘要（288）

PDF （344KB）（998）

应用CFD技术,发展三维多组分化学反应流计算程序,对采用超声速段射流方式的氧碘化学激光进行数值模拟,考察分解率与增益等参考变量的详细三维分布.计算结果说明,超声速区域的高速流动以及混合效率降低使COIL无法在有限空间内完成整个运转流程;提高碘含量以加快反应速度的手段导致主流无法提供足够的载能介质,无法形成合理增益.在不改变喷管长度的前提下,提出主流无载气方式的探索,结果证明了超声速段射流方式采用无载气主流配置的可行性与优势,通过减小气流速度保证混合与化学反应在光腔上游完成,在合理的流量配比下光腔位置处可得到1.3%cm^-1的增益峰值.

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流量配比对Coil增益分布影响的数值研究

吕俊明, 王春, 姜宗林

计算物理 2009, 26 (4): 541-547.

摘要（317）

PDF （518KB）（1077）

利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,结合10种组分和21个基元反应的化学反应模型,对COIL亚声速段横向射流情况下,不同的主副流流量配比对化学氧碘激光器性能的影响进行分析与比较.结果证明,过高或过低的碘分子浓度状态均不利于合理、可观的小信号增益系数产生.存在一个最佳流量配比范围,与之对应的工作状态下,COIL的小信号增益系数会得到显著提高.

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一种含运动固壁超声速流动的Descartes网格算法

王强, 胡湘渝, 姜宗林

计算物理 2009, 26 (4): 517-526.

摘要（364）

PDF （683KB）（1293）

提出一种Descartes网格算法,用于数值求解含任意复杂及运动固壁的超声速流动问题.采用位标集函数确定和跟踪流-固界面.引入虚网格技术处理流-固边界条件,并沿法向和切向分别进行计算.该算法简单、稳健,可与高阶有限差分格式并用.选取一组一维/二维静止或运动物体绕流算例,验证其有效性.

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亚声速段横向射流对Coil性能影响的数值研究

吕俊明, 胡宗民, 姜宗林

计算物理 2008, 25 (4): 414-420.

摘要（310）

PDF （438KB）（1323）

在化学氧碘激光的混合喷管内发生的是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响.利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,对COIL的气动和增益特性进行探讨.在不同的射流穿透条件下,计算COIL混合喷管中的混合与化学反应过程,发现穿透深度决定了增益的分布特性以及过度穿透条件下的非定常结构.

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一维过驱动爆轰波形成的数值研究

滕宏辉, 姜宗林

计算物理 2008, 25 (1): 58-64.

摘要（276）

PDF （457KB）（1243）

利用有限速率的基元反应模型对一维过驱动爆轰波的形成过程进行数值模拟.研究表明,在上游高温、高压、高速来流作用下首先会形成一道强激波,其波面方存在诱导区和放热区,然后诱导区和放热区界面会在来流扰动的作用下发生失稳,经过复杂的波系运动过程形成过驱动爆轰波.通过对不同初始条件下界面失稳过程的模拟和分析,研究了混合气体的组元、温度,来流的压力、温度、速度对过驱动爆轰波形成的影响.

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化学反应和球面聚心爆轰波的相互作用

常利娜, 姜宗林, 秦承森

计算物理 2007, 24 (3): 301-306.

摘要（326）

PDF （408KB）（1125）

考察球面爆轰波聚心传播过程中,波阵面附近压力和温度不断升高引起化学反应进程的改变;对比氢氧可燃气体与氮气的数值模拟结果,分析化学反应对波面温度和压力的影响,从而考察Zeldovich理论预测聚心爆轰波后参数的精确性.数值结果表明,爆轰波聚心传播初期,放热的燃烧反应对波后热力学参数起主导作用;传播后期,波阵面趋近于对称中心时,吸热的气体解离反应变得非常活跃,解离反应对后期的汇聚压力影响不大,但会在很大程度上限制汇聚温度的升高.

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脉冲爆轰发动机热射流起爆机理数值分析

牟乾辉, 胡宗民, 赵伟, 张德良, 姜宗林

计算物理 2006, 23 (3): 266-272.

摘要（323）

PDF （513KB）（1269）

应用频散可控耗散差分格式,求解具有化学反应项的Euler方程,探讨了热射流起爆可燃混合气缩短DDT过程的物理机制.数值研究模拟了不同条件下的起爆过程,从氢氧链式反应出发详细分析了氢氧爆轰直接起爆的SWACER(能量释放而形成激波或压缩波的相干放大)机制的建立条件,讨论了热射流起爆存在超临界、临界和亚临界三种直接起爆机制.

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频散可控格式的一种推广形式及其在爆轰波马赫反射中应用

常利娜, 张德良, 胡宗民, 姜宗林

计算物理 2005, 22 (3): 189-196.

摘要（231）

PDF （594KB）（1236）

频散可控格式是高精度捕捉激波的新格式.对原有频散可控格式(DCD)进行了推广,给出了适用于网格点排列不规则情况下的DCD格式,使其具有更广泛的适应性,在此基础上构造了在非结构三角形网格下的DCD格式.用一些典型算例对推广后的DCD格式进行检验,结果表明该格式是合理和可靠的,并能够较好地保留原有DCD格式的二阶精度.把推广后的DCD格式和具有8种组分和20个化学反应的基元反应模型相结合,对氢氧爆轰波在直管道中的传播问题及楔面上马赫反射问题进行计算,计算结果和实验结果比较表明,在非结构三角形网格下的DCD格式能够有效地捕捉爆轰波,在爆轰波阵面上不会产生振荡或是抹平间断现象.

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爆轰波在弯管内传播过程数值分析

胡宗民, 牟乾辉, 张德良, 姜宗林

计算物理 2004, 21 (5): 408-414.

摘要（279）

PDF （402KB）（1344）

应用基元反应模型和频散可控耗散格式(DCD)对氢氧爆轰波在弯管内的传播过程进行了数值模拟.计算中氢氧混合物化学反应采用了8种组分20个反应方程式.在处理化学反应引起的刚性问题时采用了时间算子分裂的方法.计算结果表明,在弯管小曲率半径壁面附近,由于膨胀稀疏作用,爆轰波强度减弱,在局部出现前导激波与放热反应区的解藕以及二次起爆现象;在弯管大曲率半径壁面上爆轰波在马赫反射和正规反射之间相互转变,使爆轰波加强.弯管内的爆轰现象与弯管曲率半径有关.

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一种数值模拟S形进气道内可压缩湍流的隐式迎风增量迭代法

姜宗林

计算物理 1990, 7 (3): 275-282.

摘要（217）

PDF （510KB）（1018）

在这篇文章里,我们提出了一个二阶隐式迎风的增量迭代法,用以离散BFC(Body-Fitted Coordinates)坐标变换下的Navier-Stokes方程。使用这种算法结合Lomax两层代数湍流模型数值求解了S形进气道内的可压缩湍流。数值实验表明:计算过程具有较好的稳定性和收敛性。二维Poissuil流动和Couette流动的计算结果和精确解符合良好,两种壁面曲率不同的S形进气道内流场的计算结果也是令人满意的。

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使用改进的有限分析解方法模拟流体分离流动

姜宗林

计算物理 1988, 5 (4): 394-402.

摘要（184）

PDF （547KB）（935）

在这篇文章里,我们提出了一种改进的有限分析解算法,它能够避免复杂的指数运算和级量求和,节省大量的计算时间,并能在同样的网格尺寸条件下,具有模拟比原算法高20倍以上雷诺数的流体流动问题的能力。对分离流的数值实验表明:对同样的雷诺数,这种算法能得到和原算法非常一致的计算结果。而高雷诺数下的数值结果也是令人满意的。

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