一、基于耦合隐式方法的复杂外形绕流计算研究（论文文献综述）
丛成华,邓小刚,毛枚良[1]（2021）在《绕椭球的低速流动研究》文中进行了进一步梳理理解和预测绕椭球的流动对指导飞行器和潜艇等交通工具的设计具有很强的工程意义.近年来,针对椭球绕流开展了大量的实验和数值模拟研究.对有攻角下椭球绕流分离的定性描述和定量研究,促进了对三维分离的辨识和拓扑研究.文章对流场特性进行了分析,介绍了分离对气动力、噪声、尾迹的影响,以及实验条件对流动的影响.上述定常流动与非定常机动过程之间存在明显差异,非定常机动过程不能作为定常或准定常问题处理,在机动过程中,分离出现明显延迟,气动力出现明显变化.随后介绍了数值模拟在求解绕椭球流动中的进展,当前求解雷诺平均的N-S方程湍流模式仍然是解决绕椭球大范围分离流动的主要工程方法,大涡模拟和分离涡模拟等也逐渐得到了广泛应用.受限于计算能力,直接数据模拟只能用于较低雷诺数,在高雷诺数流动中还不适用.非定常机动过程的数值模拟较定常状态,与实验结果的差距要大一些.最后,介绍了对椭球绕流场转捩的研究进展,对T-S转捩与横流转捩的机理和辨识已经较为准确,数值模拟结果与实验结果基本相符,但对再附转捩的认识还不够清晰,尤其是迎风面,因此椭球绕流转捩的研究还需要依靠实验.
李伟忠[2]（2020）在《流固耦合框架下拍动水翼的水动力学特性研究》文中进行了进一步梳理水动能的高效开发利用在解决资源短缺、减少环境污染和促进能源可持续发展等方面具有重要的科学价值和现实意义。在浸入边界（Immersed Boundary,IB）流固耦合理论框架下,有机结合格子Boltzmann方法（Lattice Boltzmann Method,LBM）和有限体积法,发展一种求解高雷诺数下流体结构相互作用的数值计算方法。以拍动水翼为研究对象,详细地分析不同的几何形状参数、运动学参数、俯仰运动属性和波浪驱动系统对水翼的水动力学特性、推进效率和获能特性的影响。主要研究内容和学术贡献如下:（1）基于隐式界面扩散IB法、LBM和大涡模拟亚格子应力模型,发展一种求解高雷诺数下流体结构相互作用的强耦合数值计算方法。在大位移动边界问题中,将流体网格随固体平移的速度添加到控制方程中耦合求解,大大降低计算域的尺寸。预估速度场通过LBM快速求解Smagorinsky亚格子应力模型的大涡模拟方程。通过低雷诺数下的固定翼型、弹性板和弹性悬臂梁绕流,以及高雷诺数下的圆柱绕流和拍动水翼绕流等一系列数值算例,验证该方法的可靠性。（2）研究不同升降或俯仰运动下水翼的水动力学特性,以及对称NACA系列水翼结构形状对能量获取性能的影响。结果表明纯升降运动无法从流动中获取能量,水翼俯仰运动属性对水翼的水动力学特性有很大影响。当水翼厚度、水翼中心点和前缘点间的距离、水翼旋转轴与前缘点间的距离与弦长的比值分别为0.12、0.4和0.35时,相对现有的研究成果拍动水翼的获能效率可提高3.74%。（3）研究半主动拍动水翼能量收集系统中俯仰运动属性对能量获取性能的影响。研究发现简谐俯仰运动的最佳初始相角为0.5π,在最佳初始相角下,俯仰角幅值等于60°时获能效率最高达44.22%,相对正弦俯仰运动工况提高了12.04%。在最佳俯仰角幅值下,非余弦俯仰运动参数β=2.0时得到的获能效率高达51.81%,相对余弦俯仰运动工况提高了7.59%。（4）研究雷诺数、水动力学运动参数和俯仰运动属性等对波浪驱动水翼升降运动的半主动能量收集和推进系统水动力学特性的影响。研究发现当波频率和俯仰运动频率相等时,在低俯仰角幅值、较高的波幅和波频工况下系统可产生向上游的推进力,推进性能最优的运动相位差为1.5π,非简谐俯仰运动对提高推进力无益;在高俯仰角幅值、低波频和波幅等于水翼的弦长工况下系统可产生向下游的推进力,同时也可从水流中收集可观的水动能,运动相位差为1.125π时的推进力和获能效率达到最高,但净输出功率最高时的运动相位差为1.375π。在运动相位差为1.125π时,波频率和俯仰运动频率相等时获能效率达到最高,但是推进力和净输出功率达到最高时的俯仰运动频率要高于波频率约21.43%。非简谐俯仰运动参数β值在1.25到1.5区间内时系统的获能效率最高可达87.38%,输出功率和推进功率相对β=1.0简谐俯仰运动工况分别提高了18.03%和14.83%。（5）研究弹性水翼的水动力学特性。研究发现当水翼发生微小变形时阻力和升力都大幅度降低,随着水翼变形的增大减阻效果不断降低,但是升力大幅度提高;水翼刚度对拍动水翼的获能特性影响微弱;雷诺数从103量级增加至104量级时获能效率可提高约7%。
陈友[3]（2020）在《可压缩流的浸入边界法研究及应用》文中进行了进一步梳理本文基于不可压缩粘流的扩散界面浸入边界法的思想,提出了适用于可压缩粘流的扩散界面浸入边界法,并详细描述了如何对所有流动变量的修正更新。为了验证提出的方法的可行性和有效性,本文数值模拟了经典的复杂组合翼型绕流。在自然界和实际工程应用中,动边界问题是普遍存在的,所以本文也利用该方法对运动边界问题进行了数值模拟,包括旋转和振荡圆柱绕流、谐波振荡翼型绕流以及串列旋转双圆柱等问题。旋转和振荡圆柱绕流验证了本文提出的方法在解决运动边界问题上的能力;通过对NACA0012翼型在低雷诺数下谐波振荡的模拟,得到了动失速特征和趋势;通过对串列的双圆柱在不同旋转方式和不同旋转速度下的模拟,发现了上游圆柱对下游圆柱的升力系数有促进作用,阻力系数则无影响。同时,本文还发展了一种适用于模拟带有纽曼边界条件的浸入边界法。在扩散界面浸入边界法中,对纽曼边界条件的处理远复杂于狄利克雷边界条件。为了克服这个困难,在修正步中,对于温度场,由于给定的是纽曼（热通量）边界条件,本文通过添加外延辅助层的思想结合隐式速度修正的概念进行温度修正。通过这样的处理,成功地解决了带有纽曼边界条件的变量修正更新。为了验证该算法,本文数值模拟了一些经典算例,包括从亚音速到超音速的圆柱绕流,不同马赫数、攻角以及雷诺数下的NACA0012翼型绕流。计算结果与已有文献的数据结果均吻合较好。通过算例的验证对比,证实了当前发展的方法在模拟带有纽曼边界条件的可压缩流方面的能力。
回达[4]（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》文中研究表明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。
张佳晨[5]（2020）在《高超声速流场的辐射加热特性数值模拟研究》文中进行了进一步梳理高超声速流场中,尤其是再入流场气动热的准确预测对其热防护系统的设计、外形优化设计及飞行轨道优化起到了极其重要的理论指导作用。飞行器在大气中的飞行速度达到高超声速的时候,近飞行器侧流场具有强烈的热化学非平衡效应,同时其头部表面与激波层之间区域的多组元空气具有很强的热辐射,辐射加热和气动加热共同加热了飞行器表面,对辐射加热现象的研究有助于挖掘辐射传热的理论机理,进一步有效指导工程设计。因此本文针对热化学非平衡流和流场中的辐射传输及热辐射开展了数值模拟研究。首先,本文对热化学非平衡流及辐射传输及特性的数值求解方面相关研究现状做了调研,并比较得到了本文采用的整个理论体系,并推导了求解流动控制方程和辐射传输方程所采用的有限体积法,且编制了相应的计算程序。开展了热化学非平衡流和辐射传输数值计算程序的准确性验证,本文结果均与文献相符,有效证明了本文的理论方法,并从多个维度重点分析了热化学非平衡流场特性。其次,阐述了中高温和高温条件下气体辐射特性的原理机制并推导了本文采用的逐线计算法,且编制了相应的气体辐射特性精细化计算程序并通过相关算例进行了校验,研究了不同计算参数对结果的影响;提出并推导了本文采用的中高温和高温改进的气体辐射特性工程计算方法和流程,且编制了对应的计算程序并进行了校验。研究结果显示截断波数和波数分辨率均有较大的影响,本文都取得了和文献结果相符合的结果,有效证明了本文的理论计算方法,并为辐射传输数值模拟奠定了基础。最后,研究了不同因素对辐射传输的影响规律和开展了热辐射数值计算程序的准确性验证,本文都取得了和实际及工程结果相符合的结果,有效证明了本文的理论方法,并以其中一个飞行状态为例研究了流场中热化学非平衡特性和辐射加热特性的相关性。基于典型弹道数据开展了典型飞行器的热化学非平衡流场和热辐射数值模拟,研究了驻点对流和辐射热流及两者占比的变化趋势,研究结果显示辐射热流值和占比均存在峰值,而对流热流值和占比趋势相反,且辐射热流对对流热流有明显的冷却作用。以驻点为例研究了不同因素对高超声速流场中辐射热流的影响规律,研究结果显示除物面催化因素外其余因素均有较大的影响。
朱亮[6]（2020）在《基于流热耦合减阻杆射流在高超声速流动中减阻降热特性研究》文中研究说明高超声速飞行器技术具备高效的突防和快速响应能力,其在军事领域的巨大战略价值已经得到世界军事强国的广泛关注。当飞行器以高超声速在临近空间巡航时将面临巨大的气动阻力和严峻的气动加热环境。当热防护设计不合理时,严峻的气动加热造成的烧蚀将会改变高超声速飞行器的气动外形,这甚至威胁到飞行的成败;另一方面,巨大的气动阻力对飞行动力将提出更高的要求,也限制了高超声速飞行器巡航速度的进一步提升。因此,在高超声速飞行器工程化道路上,热防护和减阻一直是关键技术之一。本文以高超声速飞行器减阻降热技术为研究背景,采用计算流体力学研究手段,基于有限体积法采用高精度数值格式开发了一套高超声速复杂流场流热耦合仿真程序,对高超声速来流下减阻杆射流减阻降热机理及其影响因素进行了系统深入研究,并提出了新型的减阻降热方案,可为高超声速飞行器减阻和热防护设计提供参考。本文主要研究工作如下:（1）针对高超声速来流下复杂流场,基于雷诺时均Navier-Stokes方程组描述流动特性,并采用耦合传热策略求解固体热传导控制方程,开发了适用于模拟高超声速复杂流场与固体结构耦合传热行为的仿真程序。（2）针对本文所发展的高超声速复杂流场耦合传热仿真程序进行了深入的数值验证。首先,考虑到高超声速流场中常见的一些重要的流动结构,如激波,流动分离,再附激波,膨胀波,回流区,激波边界层以及激波与激波相互作用等,选取了具有不同流动特征的经典实验验证本文所开发计算程序对高超声速流场计算的准确性和可靠性。其次,选取了两个具有解析解的热传导算例验证了本文所开发仿真程序在模拟固体结构热传导方面的计算精度和可靠性。最后,利用广泛采用的经典耦合传热算例验证了本文计算程序在模拟高超声速来流下耦合传热行为的计算精度和可靠性。（3）建立了合理、可靠的减阻杆和侧向射流组合方案耦合传热模型,研究了高超声速来流下减阻杆和侧向射流引起的湍流流场结构及减阻降热机理。计算结果清晰刻画了流场结构并给出了固体结构在气动热下的热传导特性。在此基础上,研究了减阻杆长度、侧向射流总压比、侧向射流位置等因素对流场及减阻降热特性的影响,获得了流场结构及减阻降热特性随减阻杆长度、侧向射流总压比、侧向射流位置等因素的变化规律。（4）为了探索进一步提升减阻降热系统的减阻降热性能,提出了一种新型的双射流组合方案。相较于常规的减阻杆方案,这种方案在减阻杆头部引入了逆向射流,因此避免了减阻杆头部遭受严峻气动加热而受烧蚀的缺点。另一方面,由于采用低质量流率逆向射流,这能够有效降低逆向射流带来的阻力。研究结果表明:这种方案能实现优良的热防护,使得飞行器钝体头部和减阻杆壁面热流都得到大幅下降,减阻效果也十分显着。随后,研究了减阻杆长度及射流参数对流场结构及减阻降热特性影响,计算结果得到了清晰的流场结构及减阻降热性能参数。（5）针对减阻杆侧向射流减阻降热方案和新型无烧蚀双射流减阻降热方案中射流建立过程展开了数值研究。计算结果首次获得了射流开启后射流发展过程及整个流场非定常变化特性,对射流开启后造成的非定常流场特性进行了深入分析,得到了在射流开启后钝体壁面和减阻杆壁面压力和温度随时间的变化情况,并计算了在射流开启后钝体所受气动力随时间变化情况。在此基础上,分别对侧向射流位置、侧向射流总压比、顺向射流总压比、减阻杆长度等因素对射流开启后流场非定常变化特性的影响进行了深入研究。综上,本文以计算流体力学为研究手段,研究了减阻杆与射流方案引起的流场结构及减阻降热机理,并详细研究了不同因素对流场及减阻降热性能的影响规律。本文的研究工作可为高超声速飞行器减阻和热防护设计提供参考,所开发的仿真程序适用于高超声速复杂流场耦合传热计算,能够清晰刻画流动细节,对揭示高超声速来流下流动机理和耦合传热特性具有一定借鉴意义。
魏峰[7]（2019）在《基于GPU并行的笛卡尔网格计算方法研究》文中认为非贴体笛卡尔网格具有生成过程简单、计算方法灵活、容易实现自适应等诸多优势,在以数值模拟为重要支撑的气动设计等领域具有光明的应用前景。GPU（Graphics Processing Unit）相比传统的CPU（Central Processing Unit）具有极高的浮点运算能力,非常适合应用于存在众多数据密集型任务的计算流体力学（CFD）领域。为了加速数值仿真,本文将两者进行了有机结合,首先详细研究了笛卡尔网格计算方法,然后在笛卡尔网格基础上深入研究了GPU并行计算方法。为了提高笛卡尔网格的空间离散效率,同时兼顾并行计算性能,本文首先研究了嵌套和块结构笛卡尔网格的生成原理和方法、网格类型判断方法以及分区传值方法等。在物面处理方法上,本文以参考点选取方式的不同将多种虚拟单元法归纳为两大类:基于流场点的虚拟单元法和基于镜像点的虚拟单元法,同时在简化虚拟单元法（SGCM）的基础上,提出了一种加权虚拟单元法（WGCM）,不仅消除了SGCM中存在的扭曲问题,还能够较好地解决狭缝问题。在块结构笛卡尔网格计算程序的基础上,本文对其进行了GPU加速,同时深入研究了显式时间格式、隐式时间格式以及网格类型判断和赋值的GPU并行算法。针对显式和隐式时间格式中的残值计算,通过重复计算将内核函数进行合并,减少了全局内存访问和写入开销,同时避免了临时数组的引入,减小了设备内存的占用。考虑到块结构笛卡尔网格和CUDA（Compute Unified Device Architecture）线程层次结构的相似性,提出了一种基于CUDA线程层次结构的块结构笛卡尔网格并行算法,同样可以实现多个内核函数的合并以减少全局内存访问和写入开销。进一步地,本文通过测试算例对GPU程序进行了性能分析,得到了不同网格量下显式和隐式方法的加速比。为了进一步提高GPU并行性能,我们通过改变执行配置、数据布置方式和使用结构体重组技术对GPU程序的优化策略进行了研究分析。最后,在GPU加速的块结构笛卡尔网格计算程序上,本文对超声速来流下的二维空气舵振荡问题和高超声速飞行器助推分离问题进行了数值模拟。对于超声速来流下的二维空气舵振荡问题,根据数值结果分析了来流马赫数、振荡频率、平均攻角和振幅对迟滞效应的影响;对于高超声速飞行器助推分离问题,详细研究了分离过程中的流场结构和气动力参数的变化规律。
熊敏[8]（2019）在《非结构有限体积梯度重构算法研究与应用》文中认为计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）是研究、预测流体运动规律,揭示流动现象的重要方法之一,现已广泛应用于航空航天、气象海洋、武器装备、船舶制造等众多领域的科学研究和工程实践中。由于非结构网格相比于结构网格可以实现自动快速生成,非结构有限体积方法是目前求解CFD问题的常用离散方法。但非结构网格不具备结构网格的规则性、高效性等特征,有限体积方法也很难达到有限差分方法的高阶精度。梯度重构时有限体积方法的重要步骤之一,本文将有限差分结构化的特点应用到非结构有限体积方法的梯度重构中,为非结构网格单元生成局部方向,按照一定方向进行模板选择,使得梯度重构的过程可以利用更多沿着壁面法向方向的信息,从而提高梯度重构的计算速度、收敛速度、负载均衡等性能。本文的主要工作和创新点如下:1)提出了基于阵面推进的非结构网格局部方向搜索算法（LDSMAF）。对二维三角形、四边形和混合非结构网格的局部方向进行了重定义,在此基础上基于阵面推进方法对重定义的局部方向进行求解。LDSMAF不仅考虑了网格拓扑关系,而且考虑了壁面法向信息。相比于曲线梯度重构的局部方向,LDSMAF的局部方向在壁面附近可以减少47%与壁面法向方向的角度偏移,且在整个计算域中正交性能最多可提高14%。2)提出了基于局部方向的模板选择算法（SSMLD）及结构化最小二乘梯度重构算法（struLSQR）。基于LDSMAF获得的非结构网格局部方向,设计了模板生成算法SSMLD。SSMLD采用递归选择函数进行模板选择,并从两个方面对递归选择函数进行了优化。在此基础上,将SSMLD获得的模板与最小二乘梯度重构算法结合,提出了struLSQR梯度重构算法,设计和实现了并行化算法。struLSQR可使控制体获得可控且个数为常量的模板。在二维圆柱绕流算例中取模板个数为8时,struLSQR相比于扩展的最小二乘梯度重构算法（extended Least Squares,extLSQR）,可节约35%的计算量,且计算和通信负载均衡性能可分别获得最多41%和36%的提高。3)基于代码验证的要点以及梯度重构算法的特点,设计了测试函数对struLSQR的重构梯度进行了代码验证。代码验证过程测试并分析了单个网格单元的收敛精度分布、整体梯度误差及收敛精度以及不同网格类型的误差和收敛精度。对于四类四边形和五类三角形网格,struLSQR重构梯度的收敛精度均达0.9992以上,且在三角形网格中沿y方向的收敛精度大于其它三种梯度重构算法对应的收敛精度。4)实现了较丰富的struLSQR应用并进行了深入分析。将struLSQR应用到了无粘、层流和湍流算例中,并与另两种最小二乘梯度重构算法进行性能对比与分析。测试的算例覆盖了无粘、层流和湍流流动,性能指标包括串行和并行指标,其中串行测试指标涵盖误差、收敛精度、计算速度、收敛速度以及流场特性等,并行执行指标涵盖进程执行时间、并行可扩展性、通信开销、理论与实测的负载均衡情况等,全面地反映了struLSQR在非结构有限体积应用中的优势。struLSQR总计算量减少为extLSQR总计算量的65%,计算性能和收敛速度为extLSQR的1.21倍和2.6倍,并可在粘性流动中获得更精确的法向速度型。在并行测试中,struLSQR的计算性能是extLSQR的1.27倍,并行通信性能提高为extLSQR的1.64倍。
刘翔[9]（2019）在《基于过渡层改进的浸入式有限元法及其在静脉瓣病理行为研究中的应用》文中研究说明静脉及瓣膜是人类心血管系统中重要的组成部分。理解静脉及瓣膜的正常生理行为和病理行为,能帮助医学工作者更好地研究静脉的发病机制,制定瓣膜移植、修复手术方案,优化人工瓣膜设计,以及预防静脉疾病的发生和恶化。然而,静脉及其瓣膜与血液的相互作用本质上是一个高度非线性的流-固耦合问题。在这个耦合过程中,静脉瓣膜是具有大变形能力的柔性体,血液是典型的非牛顿粘性流体。它们之间的耦合过程同时伴随有瓣膜闭合以及瓣膜接触静脉壁等行为。因此,静脉中的流-固耦合仿真具有相当的难度。浸入式有限元法已经成功应用于主动脉瓣膜的流-固耦合研究中,但受限于它的基本假设条件,该方法在流-固耦合研究的应用中仍存在一些不足。例如,固体的支撑域包含了部分真实流体,在纳维斯托克斯（Navier-Stokes,N-S）方程的求解和流-固耦合的计算过程中,虚拟流体的误差会通过相互插值“污染”真实流体的解。为解决这一问题,本文对经典浸入式有限元法进行了改进,提出了浸入式过渡层有限元法,并采用该方法建立了静脉及其瓣膜与血液的流-固耦合动力学数值模型。此外,通过建立有效的静脉数值模型,对静脉的病理行为进行了探索研究。本文的主要研究工作和成果如下:1.经典浸入式有限元程序的实现。基于经典浸入式有限元理论,本文推导了其有限元方程的离散格式。通过该理论的进一步研究,按照其有限元程序框架,本文编制了经典浸入式有限元程序。通过与已实现算例的结果对比,该程序的有效性得到验证。2.浸入式过渡层有限元的理论建立和程序实现。通过在浸入式有限元法中引入空域、过渡层、动量补偿项,并添加基于Newmark-β的固体求解器、黏附接触算法（Adhesive Contact Method,ACM）等相结合的方式,本文提出了浸入式过渡层有限元理论,并推导了其偏微分方程和相应的有限元离散格式。根据流体、固体求解和耦合策略的变化,我们设计了浸入式过渡层有限元程序的框架和结构,并编制了相应的有限元程序。通过与不同算例验证的结果对比,浸入式过渡层有限元程序的可行性和有效性得到证明。同时,通过对比现有改进的浸入式有限元法的计算结果,本文进一步说明了浸入式过渡层有限元法在计算精度和效率方面的优势。3.静脉及其瓣膜与血液的耦合动力学模型建立。本文根据静脉解剖样品的几何特性和材料特性以及血液的流体特性等创建了静脉的几何模型、固体超弹性体本构模型和牛顿黏性流体本构模型,综合考虑了静脉瓣膜和血管及静脉窦的膨胀、收缩等动力学行为特征,实现了静脉-血液耦合动力学模型的描述。4.静脉瓣膜循环（Valve Cycle）的动力学过程分析。在以上工作基础上,本文利用浸入式过渡层有限元法模拟了静脉瓣膜的运动、变形和血液流动过程,研究分析了正常生理条件下静脉壁、瓣膜的动力学特性和血液的流场特性。通过与已有实验结果和数值结果的对比,验证了本文静脉数值模型的有效性,加深了对静脉瓣膜闭合机制（Closure Mechanism）的理解以及静脉功能（防止静脉反流,运输血液）的认识。5.静脉病变对静脉瓣膜和血液动力学特性的影响分析。利用弹性模量异常描述静脉瓣膜和静脉壁的病变,本文研究了不同病变条件下异常的静脉血液流动特性、瓣膜动力学特性,分析了病变位置、病变程度等因素对静脉及瓣膜的动力学行为和血液流动的规律性影响。研究结果表明:瓣膜发生萎缩会引发明显的静脉闭合不全,瓣膜纤维化则会影响静脉的血液运输能力,静脉壁的病变相对瓣膜的病变影响较小,但其对壁面切应力的影响更明显。
干雨新[10]（2019）在《基于笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟》文中指出混合笛卡尔网格由于其在物体表面生成贴体结构网格,流场其余部分使用背景笛卡尔网格进行填充,结构网格和笛卡尔网格之间使用查找“贡献单元”的方式进行流场之间的信息传递,故成功解决了传统笛卡尔网格方法处理高雷诺数粘性问题时的物面边界问题。同时,由于其贴体结构网格可随物面边界进行刚性运动,背景笛卡尔网格只需进行细微的调整,故对边界刚性运动的非定常问题模拟具有先天的优势,而且规避了变形网格方法处理此类问题引起的几何守恒律问题。本文致力于发展一套自适应混合笛卡尔网格生成和流场计算的求解方法,并对交界面的精度和守恒性问题进行了深入研究;同时,还提出了一种适用于该网格体系的格心型三阶U-MUSCL格式;最后,集成上述计算方法,针对一系列复杂流动问题开展了数值模拟研究。本文的主要研究内容及成果如下:（1）发展了一套自适应混合笛卡尔网格生成方法和适用于该网格的格心有限体积流场求解方法,并对混合笛卡尔网格交界面性质进行了研究。混合笛卡尔网格不仅能够处理高雷诺数粘性流动问题,同时交界面的查找“贡献单元”方法使得贴体结构网格和背景笛卡尔网格成为一个整体,从而可以使用一套求解算法进行整体求解。此外,通过将定常流场求解方法拓展到对非定常任意拉格朗日-欧拉方程求解,实现了混合笛卡尔网格在运动边界非定常问题中的应用。在对交界面性质的研究中,经过精度测试发现,网格单元梯度计算时使用格林-高斯方法会大大降低交界面附近的精度,而使用最小二乘方法则可以有效改善这一问题。之后对运动激波和旋涡穿过交界面的问题进行了研究,发现快激波可以顺利穿过交界面而不受阻碍,慢激波则会被阻挡在交界面位置无法穿过,旋涡则可以顺利穿过交界面同时其强度受交界面的影响很小。为了解决慢激波在交界面受阻的问题,提出了一种新型的交界面插值方法。该方法仅在原有查找“贡献单元”的方法上进行了少许修改,保留了原方法的便捷性和整体求解特点,解决了慢激波受阻的问题。（2）开展了针对混合笛卡尔网格的高精度数值算法研究。将一种格点形式的新型三阶U-MUSCL格式推广至格心形式数据存储的混合笛卡尔网格计算方法中。该数值格式具有不需要构造插值模板,也不需要在网格单元内部增加额外自由度的优势。通过理论分析和数值算例表明,该格式在适当的系数取值时,甚至可以达到四阶精度。同时,采用数值涡的保持算例,证明了该格式具有低耗散的性质,其对旋涡的保持能力相当于普通二阶格式在16倍加密网格（二维问题）上的效果。（3）开展了含激波、旋涡等复杂流动现象的复杂流动问题数值模拟研究。采用自适应混合笛卡尔网格方法,格心三阶U-MUSCL格式,隐式LU-SGS双时间步方法（针对非定常问题）,以及SST-DDES模式的脱体涡方法对一系列复杂流动问题进行了数值模拟。具体而言,通过非定常二维圆柱绕流和三维6:1椭球粘性绕流算例,验证了混合笛卡尔网格耦合格心三阶U-MUSCL格式对脱落旋涡和分离旋涡的捕捉能力。此外,通过NACA0012翼型、ONERA M6机翼和DLR-F6翼身组合体算例,验证了基于流场特征的网格自适应技术,通过迭代过程中网格的自适应加密和粗化,对这些复杂流动中的激波和旋涡进行了精确捕捉。（4）开展了对三维旋转流动问题的数值模拟研究。将Weiss-Smith预处理方法应用于混合笛卡尔网格流场求解算法中,从而使该算法可以求解同时含可压流动区域和不可压流动区域的问题,为三维旋转流动问题的模拟打下了基础。之后使用旋转坐标系方法,将三维旋转非定常问题转化为准定常问题进行求解,从而节省了计算资源,提高了计算效率。集成上述方法,对风力机叶片和直升机旋翼的三维旋转流动进行了数值模拟。在对Phase VI叶片的数值模拟中,随着来流速度增加,本文发展的混合笛卡尔网格方法成功模拟了叶片背风面横向流动区域沿叶片展向的发展,即背风面的流动分离过程,同时也成功捕捉了叶尖涡和叶根涡向叶片下游发展的过程。在Caradonna-Tung旋翼计算时,使用了笛卡尔网格自适应技术,成功捕捉了旋翼悬停时的桨尖涡。
二、基于耦合隐式方法的复杂外形绕流计算研究（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、基于耦合隐式方法的复杂外形绕流计算研究（论文提纲范文）
（1）绕椭球的低速流动研究（论文提纲范文）
| 1引言 |
| 2参数与坐标系定义 |
| 3实验和理论研究 |
| 3.1椭球绕流场分离的定性描述 |
| 3.2椭球绕流场分离的定量研究 |
| 3.3椭球绕流场分离的辨识 |
| 3.4椭球绕流场分离的拓扑研究 |
| 3.5分离对气动力的影响 |
| 3.6分离产生的噪声 |
| 3.7转捩带的影响 |
| 3.8分离后旋涡的演化过程 |
| 3.9非定常机动实验 |
| 3.10尾部支撑对流动的影响 |
| 3.11突起物对流动的影响 |
| 4数值模拟研究 |
| 4.1欧拉方程及渐近理论 |
| 4.2三维边界层方程 |
| 4.3简化的N-S方程及层流 |
| 4.4 RANS |
| 4.5 RSM |
| 4.6 LES |
| 4.7 LES/RANS混合方法 |
| 4.8 DNS |
| 4.9非定常机动过程的模拟 |
| 5椭球绕流场转捩的研究 |
| 6结论和展望 |
（2）流固耦合框架下拍动水翼的水动力学特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 论文课题来源 |
| 1.2 研究背景及提出问题 |
| 1.3 拍动水翼获能系统的研究进展 |
| 1.3.1 拍动水翼获能机理 |
| 1.3.2 拍动水翼获能系统的研究 |
| 1.3.3 拍动水翼推进系统的研究 |
| 1.4 流固耦合计算方法研究进展 |
| 1.5 论文的主要研究内容 |
| 第二章 基于浸入边界-格子Boltzmann大涡模拟的流固耦合方法 |
| 2.1 浸入边界大涡模拟方法 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 时间离散 |
| 2.1.3 空间离散 |
| 2.1.4 数值方法验证 |
| 2.2 浸入边界-格子Boltzmann大涡模拟方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 数值计算方法 |
| 2.2.3 数值方法验证 |
| 2.3 基于浸入边界-格子Boltzmann和有限元法的强耦合算法 |
| 2.3.1 数值方法 |
| 2.3.2 IB-LB-FEM强耦合算法程序 |
| 2.3.3 数值方法验证 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 水翼主动运动的水动力学特性研究 |
| 3.1 主动升降运动的水动力学特性 |
| 3.2 主动俯仰运动的水动力学特性 |
| 3.2.1 简谐俯仰运动的水动力学特性 |
| 3.2.2 非正弦俯仰运动的水动力学特性 |
| 3.2.3 非余弦俯仰运动的水动力学特性 |
| 3.3 水翼形状对获能属性的影响 |
| 3.3.1 计算模型 |
| 3.3.2 水翼厚度的影响 |
| 3.3.3 水翼形状的影响 |
| 3.3.4 旋转中心轴的影响 |
| 3.3.5 α_0=0.3、α_0=0.35和α_0=0.4下最优工况的对比 |
| 3.4 串并列水翼非正弦俯仰运动的水动力学特性 |
| 3.4.1 计算模型 |
| 3.4.2 单水翼运动工况下的水动力学特性 |
| 3.4.3 多水翼运动工况下的水动力学特性 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 水翼半主动运动的水动力学特性研究 |
| 4.1 计算模型及动力学参数 |
| 4.2 初始驱动角对水动力学特性的影响 |
| 4.2.1 初始驱动角对水翼升降运动的影响 |
| 4.2.2 初始驱动角对水翼获能特性的影响 |
| 4.3 非正弦俯仰运动的水动力学特性 |
| 4.4 非余弦俯仰运动的水动力学特性 |
| 4.4.1 余弦俯仰运动的水动力学特性 |
| 4.4.2 水翼非余弦俯仰运动的水动力学特性 |
| 4.4.3 水翼正弦和非余弦俯仰运动的水动力学特性对比 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 波浪驱动下水翼半主动运动的水动力学特性研究 |
| 5.1 计算模型及动力学参数 |
| 5.2 简谐俯仰运动的影响因素研究 |
| 5.2.1 雷诺数的影响 |
| 5.2.2 俯仰角幅值和波高的影响 |
| 5.2.3 俯仰角幅值和频率的影响 |
| 5.2.4 俯仰运动和升降运动间相位差的影响 |
| 5.2.5 俯仰运动和升降运动之间频率差的影响 |
| 5.3 非简谐俯仰运动对水动力学特性的影响 |
| 5.3.1 低俯仰角幅值工况 |
| 5.3.2 高俯仰角幅值工况 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 弹性水翼的水动力学特性 |
| 6.1 刚性水翼的水动力学特性 |
| 6.2 前缘点固定的弹性水翼水动力学特性 |
| 6.3 弹性拍动水翼的水动力学特性 |
| 6.4 本章小结 |
| 第七章 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读博士学位期间撰写的学术期刊论文 |
| 附录 B 攻读博士学位期间参加的学术交流活动及获奖情况 |
（3）可压缩流的浸入边界法研究及应用（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 浸入边界法国内外发展现状 |
| 1.2.1 不可压缩流浸入边界法国内外发展现状 |
| 1.2.2 可压缩流浸入边界法国内外发展现状 |
| 1.3 本文的主要研究工作 |
| 1.4 本文的内容安排 |
| 第二章 可压缩流中的一种扩散界面浸入边界法 |
| 2.1 浸入边界法的原理 |
| 2.2 可压缩流浸入边界法的控制方程 |
| 2.3 可压缩流浸入边界法流动变量的预估 |
| 2.4 可压缩流浸入边界法流动变量的修正更新 |
| 2.4.1 温度的修正更新 |
| 2.4.2 速度的修正更新 |
| 2.4.3 密度的修正更新 |
| 2.4.4 压强的修正更新 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 可压缩IBM的数值模拟应用 |
| 3.1 NACA0012 交错双翼结构的绕流 |
| 3.2 旋转圆柱绕流 |
| 3.2.1 亚音速旋转圆柱绕流 |
| 3.2.2 超音速旋转圆柱绕流 |
| 3.3 振荡圆柱绕流 |
| 3.4 谐波振荡NACA0012 翼型绕流 |
| 3.5 串列旋转双圆柱绕流 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 可压缩IBM在纽曼边界条件中的应用 |
| 4.1 研究背景 |
| 4.2 纽曼边界条件下的浸入边界法 |
| 4.2.1 控制方程和分步技术 |
| 4.2.2 流动变量的修正更新 |
| 4.2.3 计算步骤 |
| 4.3 纽曼边界条件问题的数值模拟 |
| 4.3.1 圆柱绕流 |
| 4.3.2 NACA0012 翼型绕流 |
| 4.4 小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 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 |
（4）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 |
（5）高超声速流场的辐射加热特性数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 气动热模拟方法 |
| 1.2.2 气体辐射特性模拟方法 |
| 1.2.3 辐射传输模拟方法 |
| 1.3 论文主要研究内容 |
| 第2章 高超声速流场数值模拟方法 |
| 2.1 混合气体流动方程 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 热力学和化学反应模型 |
| 2.1.3 气体输运系数计算 |
| 2.1.4 无量纲化 |
| 2.1.5 坐标转换方法 |
| 2.2 时间迭代方法 |
| 2.2.1 控制方程离散 |
| 2.2.2 插值与差分 |
| 2.2.2.1 插值方法 |
| 2.2.2.2 差分格式 |
| 2.3 隐式差分格式 |
| 2.3.1 LU-SGS方法 |
| 2.3.2 化学源项 |
| 2.3.3 时间步长计算 |
| 2.4 初始边界条件 |
| 2.4.1 初始条件与虚拟网格 |
| 2.4.2 边界条件 |
| 2.4.2.1 远场条件 |
| 2.4.2.2 壁面与对称条件 |
| 2.4.3 流场初始化 |
| 2.5 模拟方法验证 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 与流场解耦的辐射传输数值模拟方法 |
| 3.1 控制方程 |
| 3.1.1 传输方程 |
| 3.1.2 能量方程 |
| 3.2 基于有限体积法的数值方法 |
| 3.2.1 一定波段内的传输方程 |
| 3.2.2 传输方程离散 |
| 3.2.3 求解过程 |
| 3.3 边界条件 |
| 3.3.1 壁面边界 |
| 3.3.2 假想界面 |
| 3.4 模拟方法验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 气体辐射特性模拟方法 |
| 4.1 气体辐射原理介绍 |
| 4.1.1 辐射机制 |
| 4.1.2 谱线的增宽效应 |
| 4.2 计算方法 |
| 4.2.1 面向中高温的辐射特性计算原理 |
| 4.2.1.1 温度修正的谱线强度 |
| 4.2.1.2 计算参数的选取 |
| 4.2.1.3 计算方法验证 |
| 4.2.2 面向高温的辐射特性计算原理 |
| 4.2.2.1 原子非平衡辐射吸收系数 |
| 4.2.2.2 分子非平衡辐射吸收系数 |
| 4.2.2.3 非平衡数密度计算 |
| 4.2.2.4 计算方法验证 |
| 4.3 工程改进方法 |
| 4.3.1 基于气体辐射特性参数数据库的离线计算 |
| 4.3.1.1 结果验证 |
| 4.3.2 基于机器学习的在线计算 |
| 4.3.2.1 理论模型 |
| 4.3.2.2 模型求解 |
| 4.3.2.3 结果验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 高超声速流场的辐射加热特性数值模拟 |
| 5.1 三维平板辐射传输数值模拟 |
| 5.1.1 板间距的影响分析 |
| 5.1.2 板温的影响分析 |
| 5.1.3 空间网格数的影响分析 |
| 5.1.4 立体角网格数的影响分析 |
| 5.1.5 介质吸收能力的影响分析 |
| 5.1.6 遮挡物的影响分析 |
| 5.2 高超声速流场辐射加热特性数值模拟结果及分析 |
| 5.2.1 三维球头绕流辐射加热特性数值模拟 |
| 5.2.2 典型飞行器绕流辐射加热特性数值模拟 |
| 5.2.3 流场的辐射加热影响因素分析 |
| 5.2.3.1 飞行速度大小的影响分析 |
| 5.2.3.2 飞行攻角的影响分析 |
| 5.2.3.3 飞行侧滑角的影响分析 |
| 5.2.3.4 飞行高度的影响分析 |
| 5.2.3.5 钝锥头部半径的影响分析 |
| 5.2.3.6 物面催化条件的影响分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 本文总结 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 作者简历与主要研究成果 |
（6）基于流热耦合减阻杆射流在高超声速流动中减阻降热特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 高超声速流动减阻降热技术发展概况 |
| 1.2.1 减阻杆 |
| 1.2.2 前置迎风凹腔 |
| 1.2.3 逆向射流 |
| 1.2.4 组合式方案 |
| 1.3 计算流体力学发展概况 |
| 1.4 耦合传热计算发展概况 |
| 1.5 本文主要研究内容 |
| 2 高超声速复杂流动耦合传热数值模拟方法 |
| 2.1 流动控制方程及数值算法 |
| 2.1.1 轴对称控制方程 |
| 2.1.2 湍流模型 |
| 2.1.3 有限体积法 |
| 2.1.4 控制体界面变量重构方法 |
| 2.1.5 控制体界面通量计算方法 |
| 2.1.6 时间推进方法 |
| 2.1.7 边界条件 |
| 2.2 固体热传导控制方程及其数值方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 数值算法 |
| 2.2.3 时间离散方法 |
| 2.2.4 边界条件 |
| 2.3 耦合传热计算策略 |
| 2.4 仿真软件计算流程 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 高超声速复杂流场耦合传热仿真程序算例验证 |
| 3.1 流动数值模拟算例验证 |
| 3.1.1 一维SOD激波管问题 |
| 3.1.2 超声速凹槽分离流动 |
| 3.1.3 超声速Settles压缩拐角 |
| 3.1.4 超声速来流横向射流相互作用 |
| 3.1.5 超声速来流与逆向射流相互作用 |
| 3.1.6 高超声速来流下减阻杆绕流流场 |
| 3.1.7 轴对称中空带裙部的压缩拐角高超声速流动 |
| 3.1.8 超声速来流膨胀压缩拐角流动 |
| 3.1.9 第Ⅳ类激波-激波干扰非定常振荡问题 |
| 3.1.10 高超声速来流入射激波与平板边界层干扰 |
| 3.2 固体热传导模拟算例验证 |
| 3.2.1 半无限大平板瞬态热传导 |
| 3.2.2 二维热传导验证 |
| 3.3 耦合传热模拟算例验证 |
| 3.3.1 高超声速来流下激波对圆管前缘加热 |
| 3.4 本章小结 |
| 4 高超声速流动减阻降热系统工作特性与机理 |
| 4.1 数学方法与物理模型 |
| 4.1.1 数学方法 |
| 4.1.2 物理模型 |
| 4.2 计算网格收敛性分析 |
| 4.3 减阻杆侧向射流减阻降热工作特性及机理研究 |
| 4.4 减阻杆侧向射流减阻降热特性影响因素及其规律 |
| 4.4.1 减阻杆长度影响 |
| 4.4.2 侧向射流总压比的影响 |
| 4.4.3 侧向射流位置影响 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 减阻杆构型、射流方向及新型方案对减阻降热性能的影响 |
| 5.1 减阻杆头部构型对减阻降热的影响 |
| 5.1.1 计算模型及工况 |
| 5.1.2 流动特征及减阻降热性能分析 |
| 5.2 射流方向对减阻降热性能的影响 |
| 5.2.1 计算模型及工况 |
| 5.2.2 流动特征及减阻降热性能分析 |
| 5.3 新型双射流热防护系统减阻降热特性研究 |
| 5.3.1 计算模型及工况 |
| 5.3.2 流动特征及减阻降热性能分析 |
| 5.4 新型双射流热方案减阻降热特性影响因素及其规律 |
| 5.4.1 减阻杆长度影响 |
| 5.4.2 逆向射流总压比影响 |
| 5.4.3 顺向射流总压比影响 |
| 5.4.4 等质量流率下顺向射流总压比影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6 减阻杆射流流场建立过程研究 |
| 6.1 减阻杆侧向射流方案射流流场建立过程研究 |
| 6.1.1 数学方法 |
| 6.1.2 物理模型与边界条件 |
| 6.1.3 时间步长无关性验证 |
| 6.1.4 计算结果与讨论 |
| 6.2 减阻杆侧向射流方案射流流场建立过程影响因素及其规律 |
| 6.2.1 减阻杆长度影响 |
| 6.2.2 侧向射流总压比影响 |
| 6.2.3 侧向射流位置影响 |
| 6.3 新型双射流方案射流流场建立过程影响因素及其规律 |
| 6.3.1 物理模型与边界条件 |
| 6.3.2 计算结果与讨论 |
| 6.4 新型双射流方案射流流场建立过程影响因素及其规律 |
| 6.4.1 减阻杆长度对双射流开启后流场特性影响研究 |
| 6.4.2 顺向射流总压比对双射流开启后流场特性影响研究 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 本文研究工作总结 |
| 7.2 本文创新点 |
| 7.3 今后研究工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研成果 |
（7）基于GPU并行的笛卡尔网格计算方法研究（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 笛卡尔网格方法研究进展 |
| 1.2.1 概述 |
| 1.2.2 虚拟单元法 |
| 1.3 GPU并行计算研究进展 |
| 1.4 本文研究内容 |
| 第二章 笛卡尔网格方法研究 |
| 2.1 网格生成 |
| 2.1.1 嵌套笛卡尔网格 |
| 2.1.2 块结构笛卡尔网格 |
| 2.1.3 网格单元类型判断方法 |
| 2.1.4 分区传值方法 |
| 2.2 虚拟单元法 |
| 2.2.1 基于流场点的虚拟单元法 |
| 2.2.2 基于镜像点的虚拟单元法 |
| 2.3 运动边界处理方法 |
| 2.3.1 运动边界的几何描述 |
| 2.3.2 运动虚拟单元法 |
| 2.3.3 “新现点”处理方法 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 数值计算方法 |
| 3.1 控制方程 |
| 3.2 空间离散 |
| 3.2.1 格心有限体积法 |
| 3.2.2 AUSM+格式 |
| 3.2.3 MUSCL方法 |
| 3.3 时间离散 |
| 3.3.1 显式Runge-Kutta法 |
| 3.3.2 隐式DP-LUR方法 |
| 3.3.3 双时间步法 |
| 3.4 远场边界条件 |
| 3.5 算例验证 |
| 3.5.1 超声速圆柱绕流问题 |
| 3.5.2 超声速NACA0006 绕流问题 |
| 3.5.3 Schardin问题 |
| 3.5.4 激波抬升轻质圆柱问题 |
| 3.5.5 超声速NACA0006 翼型俯仰振荡问题 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 GPU并行算法研究 |
| 4.1 GPU编程概述 |
| 4.1.1 GPU架构 |
| 4.1.2 CUDA技术 |
| 4.2 GPU并行算法 |
| 4.2.1 串行求解流程 |
| 4.2.2 显式时间格式GPU并行算法 |
| 4.2.3 隐式时间格式GPU并行算法 |
| 4.2.4 网格类型判断和赋值GPU并行算法 |
| 4.3 基于线程层次结构的块结构笛卡尔网格并行算法 |
| 4.4 GPU并行性能分析及优化 |
| 4.4.1 性能分析 |
| 4.4.2 GPU程序优化 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 应用计算实例 |
| 5.1 超声速来流下的空气舵俯仰振荡数值研究 |
| 5.1.1 算例设置 |
| 5.1.2 计算结果与分析 |
| 5.2 高超声速飞行器助推器分离过程数值研究 |
| 5.2.1 算例设置 |
| 5.2.2 计算结果与分析 |
| 5.3 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 总结与结论 |
| 6.2 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（8）非结构有限体积梯度重构算法研究与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号列表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 应用背景 |
| 1.1.1 计算流体力学 |
| 1.1.2 结构网格和非结构网格 |
| 1.1.3 梯度重构和模板 |
| 1.1.4 软件平台 |
| 1.2 相关研究 |
| 1.2.1 非结构网格生成方法概述 |
| 1.2.2 梯度重构算法进展 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 1.4 论文结构 |
| 第二章 CFD数值方法 |
| 2.1 CFD控制方程 |
| 2.2 空间离散方法 |
| 2.2.1 对流通量离散 |
| 2.2.2 粘性通量离散 |
| 2.3 时间推进格式 |
| 2.3.1 显式时间推进 |
| 2.3.2 隐式时间推进 |
| 2.4 梯度重构算法 |
| 2.4.1 最小二乘梯度重构算法 |
| 2.4.2 格林-高斯梯度重构算法 |
| 2.4.3 曲线梯度重构算法 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 基于阵面推进的非结构网格局部方向搜索算法 |
| 3.1 局部方向重定义 |
| 3.2 局部方向搜索算法流程 |
| 3.3 阵面推进 |
| 3.3.1 阵面推进伪代码及关键数据结构 |
| 3.3.2 阵面推进过程 |
| 3.3.3 阵面推进示例 |
| 3.4 局部方向计算 |
| 3.4.1 局部方向计算伪代码 |
| 3.4.2 局部方向计算规则 |
| 3.5 局部方向对比 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 结构化的最小二乘梯度重构算法 |
| 4.1 基于局部方向的模板选择算法 |
| 4.1.1 基于局部方向的模板选择算法流程及主要数据结构 |
| 4.1.2 按边选择函数 |
| 4.1.3 按点选择函数 |
| 4.2 基于局部方向的模板选择算法优化 |
| 4.2.1 递归调用控制优化 |
| 4.2.2 局部方向优化 |
| 4.3 结构化最小二乘梯度重构算法及其并行化实现 |
| 4.3.1 结构化最小二乘梯度重构算法 |
| 4.3.2 并行实现 |
| 4.4 结构化最小二乘梯度重构算法的模板特点及其性能评估 |
| 4.5 本章小结 |
| 第五章 结构化最小二乘梯度重构算法的代码验证 |
| 5.1 代码验证 |
| 5.1.1 代码验证的主要内容 |
| 5.1.2 代码验证的评估指标 |
| 5.2 测试函数的设计 |
| 5.2.1 设计要点 |
| 5.2.2 梯度的测试函数 |
| 5.3 验证结果与分析 |
| 5.3.1 验证使用的网格及评价指标 |
| 5.3.2 单个网格单元的收敛精度分析 |
| 5.3.3 整体误差及收敛精度分析 |
| 5.3.4 不同网格类型的误差及收敛精度分析 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 结构化最小二乘梯度重构算法应用与分析 |
| 6.1 测试环境及性能指标 |
| 6.1.1 软硬件环境 |
| 6.1.2 串行性能指标 |
| 6.1.3 并行性能指标 |
| 6.2 无粘管道流算例 |
| 6.2.1 算例说明 |
| 6.2.2 壁面法向速度 |
| 6.2.3 熵误差及其收敛梯度 |
| 6.2.4 串行计算速度 |
| 6.3 无粘圆柱绕流算例 |
| 6.3.1 算例说明 |
| 6.3.2 马赫数云图及压力系数分布 |
| 6.3.3 熵误差及其收敛精度 |
| 6.3.4 计算速度 |
| 6.3.5 收敛速度 |
| 6.4 粘性算例 |
| 6.4.1 层流平板 |
| 6.4.2 湍流平板 |
| 6.5 并行性能 |
| 6.6 小结 |
| 第七章 本文工作总结及展望 |
| 7.1 本文主要工作及创新点 |
| 7.2 关于下一步工作的思考 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（9）基于过渡层改进的浸入式有限元法及其在静脉瓣病理行为研究中的应用（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 静脉学问题的研究背景及意义 |
| 1.2 静脉动力学行为的研究现状 |
| 1.3 流-固耦合方法的特点与发展现状 |
| 1.3.1 流-固耦合方法的特点 |
| 1.3.2 流-固耦合方法的发展现状 |
| 1.4 浸入式有限元法的特点、发展现状与发展趋势 |
| 1.4.1 浸入式有限元法的特点 |
| 1.4.2 浸入式有限元法的发展现状和应用 |
| 1.4.3 浸入式有限元法的发展趋势 |
| 1.5 本文研究的目的和主要内容 |
| 第2章 经典浸入式有限元理论及程序实现 |
| 2.1 浸入式有限元的基本思想 |
| 2.1.1 基本概念 |
| 2.1.2 主要假设 |
| 2.1.3 基本思路 |
| 2.2 浸入式有限元的理论方程及离散格式 |
| 2.2.1 基本控制方程 |
| 2.2.2 有限元离散格式 |
| 2.3 浸入式有限元的程序实现 |
| 2.3.1 程序框架和模块 |
| 2.3.2 算例验证 |
| 2.4 浸入式有限元理论中存在的问题 |
| 2.4.1 经典理论中存在的问题 |
| 2.4.2 现有理论的改进 |
| 2.4.3 仍有待改进的内容 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 浸入式过渡层有限元的基本理论 |
| 3.1 浸入式过渡层有限元的改进 |
| 3.1.1 空域—虚拟流体的替代 |
| 3.1.2 过渡层的引入 |
| 3.1.3 动量补偿 |
| 3.1.4 黏附接触作用的考虑 |
| 3.2 浸入式过渡层有限元理论的建立 |
| 3.2.1 流体基本控制方程 |
| 3.2.2 固体基本控制方程 |
| 3.2.3 流-固耦合处的插值方程 |
| 3.2.4 黏附接触算法方程 |
| 3.3 有限元离散格式 |
| 3.3.1 流体动力学方程的有限元格式 |
| 3.3.2 固体动力学方程的有限元格式 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 浸入式过渡层有限元程序的实现与关键技术 |
| 4.1 浸入式过渡层有限元的程序框架 |
| 4.1.1 算法流程 |
| 4.1.2 有限元程序实现流程 |
| 4.2 浸入过渡层有限元程序的核心模块 |
| 4.2.1 流体求解器 |
| 4.2.2 固体求解器 |
| 4.2.3 流-固耦合求解器 |
| 4.3 浸入式过渡层有限元的关键技术 |
| 4.3.1 过渡层流体的有限元模型 |
| 4.3.2 流-固耦合的插值策略 |
| 4.3.3 动量补偿的预估-修正 |
| 4.3.4 黏附接触模块的引入 |
| 4.4 算法效率的验证 |
| 4.5 浸入式过渡层有限元法的算例验证 |
| 4.5.1 固体求解器的验证 |
| 4.5.2 黏附接触模块的验证 |
| 4.5.3 刚性体固定的流-固耦合算例 |
| 4.5.4 刚性体移动的流-固耦合算例 |
| 4.5.5 线弹性体变形的流-固耦合算例 |
| 4.5.6 超弹性体变形的流-固耦合算例 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于浸入式过渡层有限元法的静脉动力学行为研究 |
| 5.1 静脉的数值模型的建立 |
| 5.1.1 几何模型 |
| 5.1.2 材料模型 |
| 5.1.3 有限元模型 |
| 5.2 健康静脉的瓣膜循环动力学行为 |
| 5.2.1 正常的静脉瓣膜循环 |
| 5.2.2 静脉的运动特性分析 |
| 5.2.3 血液的流体力学分析 |
| 5.2.4 静脉的功能性分析 |
| 5.3 静脉数值模型的参数分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 基于浸入式过渡层有限元法的静脉病理行为研究 |
| 6.1 瓣膜病变对静脉动力学行为的影响 |
| 6.1.1 瓣膜病变的考虑 |
| 6.1.2 瓣膜病变对静脉变形的影响规律分析 |
| 6.1.3 瓣膜病变对血液流动的影响规律分析 |
| 6.1.4 瓣膜病变对壁面切应力的影响规律分析 |
| 6.1.5 讨论 |
| 6.2 静脉壁病变对静脉动力学行为的影响 |
| 6.2.1 静脉壁病变的考虑 |
| 6.2.2 静脉壁病变对静脉变形的影响规律分析 |
| 6.2.3 静脉壁病变对血液流动的影响规律分析 |
| 6.2.4 静脉壁病变对壁面切应力的影响规律分析 |
| 6.2.5 讨论 |
| 6.3 本章小结 |
| 第7章 结论与展望 |
| 7.1 全文总结 |
| 7.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者在攻读博士学位期间所发表的论文 |
| 作者在攻读博士学位期间参加的科研项目 |
（10）基于笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 笛卡尔网格物面边界处理方法发展概述 |
| 1.2.1 非贴体类笛卡尔网格方法 |
| 1.2.2 贴体类笛卡尔网格方法 |
| 1.3 运动边界非定常问题网格方法发展概述 |
| 1.4 高精度数值方法发展概述 |
| 1.5 本文的研究目标和主要研究工作 |
| 第二章 混合笛卡尔网格方法及交界面性质研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 混合笛卡尔网格生成与网格自适应技术 |
| 2.2.1 混合笛卡尔网格生成方法 |
| 2.2.2 交界面上的信息传递 |
| 2.2.3 笛卡尔网格自适应技术 |
| 2.3 流场数值计算方法 |
| 2.3.1 空间离散 |
| 2.3.1.1 HLLC格式 |
| 2.3.1.2 线性重构 |
| 2.3.1.3 梯度计算方法 |
| 2.3.2 时间离散 |
| 2.3.3 湍流模型 |
| 2.3.4 边界条件 |
| 2.3.4.1 物面边界条件 |
| 2.3.4.2 远场边界条件 |
| 2.4 混合笛卡尔网格交界面性质研究 |
| 2.4.1 交界面处的精度测试 |
| 2.4.2 运动激波穿过交界面的性质研究 |
| 2.4.2.1 覆盖分区计算守恒问题 |
| 2.4.2.2 运动激波穿过交界面的算例测试 |
| 2.4.3 运动旋涡穿过交界面的性质研究 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 混合笛卡尔网格方法的U-MUSCL格式研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 U-MUSCL格式 |
| 3.2.1 传统的U-MUSCL格式 |
| 3.2.2 格心三阶U-MUSCL格式 |
| 3.2.3 格心三阶U-MUSCL格式精度分析 |
| 3.3 格心三阶U-MUSCL格式精度数值验证和耗散性分析 |
| 3.3.1 格心三阶U-MUSCL格式精度验证 |
| 3.3.2 数值涡的保持问题 |
| 3.4 小结 |
| 第四章 基于混合笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 隐式LU-SGS双时间步方法 |
| 4.3 旋涡模拟的数值方法 |
| 4.3.1 脱体涡模拟技术 |
| 4.3.2 旋涡识别方法 |
| 4.4 复杂流动问题算例分析 |
| 4.4.1 非定常二维圆柱层流绕流 |
| 4.4.2 三维6:1 椭球粘性绕流 |
| 4.4.3 NACA0012 翼型跨音速定常无粘绕流问题 |
| 4.4.4 ONERA M6 机翼跨音速定常绕流问题 |
| 4.4.5 DLR-F6 翼身组合体定常绕流问题 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 复杂低速流动和旋转流动问题的数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 低速预处理方法 |
| 5.3 运动边界非定常流动问题数值方法 |
| 5.3.1 非定常问题的HLLC格式 |
| 5.3.2 运动物面边界条件 |
| 5.3.3 非定常运动下的预处理方法 |
| 5.4 运动边界非定常流动问题网格方法 |
| 5.4.1 非定常运动问题的背景笛卡尔网格生成技术 |
| 5.4.2 非定常运动问题的新现单元处理 |
| 5.5 旋转坐标系方法 |
| 5.5.1 旋转坐标系下的控制方程 |
| 5.5.2 旋转源项的隐式处理 |
| 5.6 算例与分析 |
| 5.6.1 NACA0012 翼型低速定常绕流计算 |
| 5.6.2 S809 翼型定常绕流数值计算 |
| 5.6.3 低速二维圆柱定常绕流 |
| 5.6.4 NACA0012 翼型的低速俯仰震荡 |
| 5.6.5 Phase VI风力机叶片轴流状态计算 |
| 5.6.6 Caradonna-Tung旋翼悬停计算 |
| 5.7 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 本文的主要创新与贡献 |
| 6.3 后续工作的展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 在学期间的研究成果及发表的学术论文 |
四、基于耦合隐式方法的复杂外形绕流计算研究（论文参考文献）
- [1]绕椭球的低速流动研究[J]. 丛成华,邓小刚,毛枚良. 力学进展, 2021(03)
- [2]流固耦合框架下拍动水翼的水动力学特性研究[D]. 李伟忠. 昆明理工大学, 2020
- [3]可压缩流的浸入边界法研究及应用[D]. 陈友. 南京航空航天大学, 2020(07)
- [4]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)
- [5]高超声速流场的辐射加热特性数值模拟研究[D]. 张佳晨. 浙江大学, 2020(02)
- [6]基于流热耦合减阻杆射流在高超声速流动中减阻降热特性研究[D]. 朱亮. 南京理工大学, 2020(01)
- [7]基于GPU并行的笛卡尔网格计算方法研究[D]. 魏峰. 国防科技大学, 2019(02)
- [8]非结构有限体积梯度重构算法研究与应用[D]. 熊敏. 国防科技大学, 2019(01)
- [9]基于过渡层改进的浸入式有限元法及其在静脉瓣病理行为研究中的应用[D]. 刘翔. 武汉理工大学, 2019(07)
- [10]基于笛卡尔网格的复杂流动问题数值模拟[D]. 干雨新. 南京航空航天大学, 2019(01)