高超声速滑移流气动热并行计算数值模拟
出版时间：2013年版
内容简介
《高超声速滑移流气动热并行计算数值模拟》对近空间高超声速飞行器气动热数值模拟中涉及的难点问题开展了深入研究。应用8种差分格式和5种限制器针对激波管Riemann问题进行了计算仿真分析，对比了各种格式限制器对于膨胀波、激波及接触间断的分辨率，讨论了各种格式的黏性机理和优劣。对考虑量热完全气体条件和高温热化学非平衡条件建立了数值模拟方法，对两种气体模型条件下的气动热开展了计算分析；对气动热数值模拟中的网格效应、收敛判别开展了讨论；对高温热化学非平衡条件下的气动热进行计算分析，研究了高温效应对流场及气动力／热特性的影响。讨论了高超声速滑移流动机理，采用N—S方程加滑移边界条件的方法建立了滑移流数值模拟方法。对3种滑移边界条件模型进行了分析比较；开展了高超声速滑移流数值模拟，进行了滑移条件下的流场及气动热特性的分析；基于消息传递库（MPI），发展了高超声速气动热并行计算方法，在PC机群及超级计算机系统上开展了气动热大规模并行计算研究。
目录
1.1 研究背景及意义
1.2 国内外研究概况
1.2.1 气动热数值模拟研究
1.2.2 非平衡数值模拟研究
1.2.3 稀薄滑移流数值模拟研究
1.2.4 CFD并行计算数值模拟研究
第2章 差分格式的研究与对比
2.1 Riemann问题格式计算对比分析
2.1.1 非定常—维欧拉方程组
2.1.2 各种差分格式的介绍
2.1.3 Ricmann问题计算分析比较
2.2 限制器应用对比分析
2.2.1 各种限制器的介绍
2.2.2 限制器计算对比分析
第3章 量热完全气体条件下的气动热数值模拟
3.1 量热完全气体控制方程
3.1.1 笛卡儿坐标形式
3.1.2 无量纲形式
3.1.3 坐标变换形式
3.2 差分格式
3.2.1 AUSMPW+格式
3.2.2 M—AUSMPW+格式
3.2.3 界面声速的求解
3.3 初边值条件
3.3.1 虚拟网格边界
3.3.2 边界条件
3.3.3 流场初始化
3.4 LU—SCS隐式方法
3.5 气动热数值模拟影响因素研究
3.5.1 网格相关性研究
3.5.2 收敛判别研究
3.6 进气道前缘气动热计算研究
3.6.1 问题与建模
3.6.2 计算与分析
3.6.3 进一步的讨论
第4章 高温热化学非平衡气动热数值模拟
4.1 高温热化学非平衡模型
4.1.1 高温非平衡效应与气体模型
4.1.2 化学冻结、化学平衡与化学非平衡
4.1.3 热力学平衡与非平衡
4.1.4 温度模型
4.2 三维可压缩流高温热化学非平衡控制方程
4.2.1 笛卡儿坐标系下有量纲形式
4.2.2 无量纲形式
4.2.3 一般曲线坐标系形式
4.3 物理化学模型
4.3.1 热力学关系式
4.3.2 榆运系数
4.3.3 化学反应动力学模型
4.3.4 松弛过程和松弛时间
4.4 数值求解方法
4.4.1 AUSMPW+格式在热化学非平衡方程中的应用
4.4.2 温度的求解
4.4.3 源项的处理
4.4.4 LU—SCS方法
4.4.5 边界条件及流场初始化
4.5 高温非平衡条件下的气动热算例计算与分析
4.5.1 二维圆柱计算算例
4.5.2 三维球头算例
第5章 高超声速滑移流动机理与计算模型分析
5.1 流动分区与数值计算方法
5.2 高超声速滑移流动机理
5.3 滑移边界条件模型
5.3.1 Maxwcu滑移条件
5.3.2 Gokcen滑移条件
5.3.3 Lockerby滑移条件
5.3.4 比较与分析
5.4 壁面适应系数
第6章 高超声速滑移流气动热数值模拟研究
6.1 滑移流动条件下的网格效应研究
6.1.1 二维钝头计算分析
6.1.2 三维球头计算分析
6.2 稀薄滑移效应对流场特征的影响
6.2.1 流场特性
6.2.2 壁面特性
6.3 稀薄滑移效应对热流的影响
6.3.1 物体尺度对热流的影响
6.3.2 来流稀薄程度对热流的影响
6.4 化学平衡滑移流数值模拟研究
第7章 气动热并行计算数值模拟
7.1 CFD并行计算方法
7.1.1 CFD并行策略
7.1.2 分区网格处理与负载平衡
7.1.3 边界条件处理与数据交换
7.2 并行计算平台
7.2.1 PC集群式并行系统
7.2.2 大规模集群系统
7.3 并行计算应用与分析
7.3.1 量热完全气体圆柱并行算例
7.3.2 热化学非平衡球头并行算例
7.3.3 双椭球算例
7.3.4 ELECTRE钝锥算例
7.4 CFD大规模并行计算性能分析
7.4.1 算例并行测试
7.4.2 某乘波飞行器前体算例并行测试
7.4.3 数据并行计算的加速比和效率分析
7.5 返回舱外形算例
7.5.1 GSC算例计算条件
7.5.2 GSC算例计算网格及分区
7.5.3 流场结果及分析
附录A 量热完全气体数值通量雅可比矩阵
附录B 双温模型非平衡计算中数值通量及源项雅可比矩阵及相关推导
附录C 空气化学反应模型及组分常数表
参考文献
