摘要：高雷诺数条件下,流动处于一种多尺度、多结构的强非平衡状态,具有高自由度与强非线性特点,有序性与随机性共存,空气动力学尚需深入研究的诸多经典问题多属于高雷诺数复杂流动范畴。同时,高雷诺数湍流与转捩、流动分离、激波/边界层干扰等复杂流动现象对流动中的力、声、振等物理特性起到决定性的作用,进而影响空天飞行器飞行品质和飞行安全。因此,深化高雷诺数复杂流动问题研究既是空气动力学学科发展的需要,也是空天飞行器精细化设计水平提升的需要,具有重要意义。

摘要：由于映射操作会带来额外的计算时间消耗,传统加映射的WENO格式存在计算效率低的缺陷.为了提高传统加映射WENO格式的计算效率,通过利用标准符号函数的一种近似逼近函数构造出一族近似常值映射函数,本文提出了一种新的加映射WENO格式,称为WENO-ACM.新映射函数满足文献中已有WENOPM6格式映射函数的全部设计要求,其中WENO-PM6是一种为了克服经典WENO-M格式潜在的精度丢失缺陷而提出的格式.新格式保留了WENO-PM6在低耗散和高分辨率方面的优势,同时,显著的减少了每个时间步映射过程中的数学运算操作数,进而在计算效率方面获得了明显的提升.理论分析表明,新格式在即使包含临界点的光滑区域也能够获得最佳收敛精度.对近似色散关系的研究表明,新格式的频谱特性也得到了显著的提升.对大量标准测试算例进行了模拟计算,包括精度测试、激波管问题、激波-熵波相互作用、爆炸波相互碰撞、二维黎曼问题、双马赫反射、前台阶流动、瑞利-泰勒不稳定性和开尔文-亥姆霍兹不稳定性问题等.与广泛认可的WENO-JS, WENO-M, WENO-PM6格式综合比较发现,新提出的WENO-ACM格式在高效率、低数值耗散和间断捕捉等方面都有显著的改进.最重要的是,与WENO-M和WENO-PM6格式相比, WENOACM将相对于WENO-JS格式的额外计算时间消耗分别减少了80%和90%以上.

摘要：氢是推动海上水、风、光、电资源清洁高效利用的理想媒介,构建深海氢能产业体系对保障能源的供应安全、实现“双碳”目标、促进能源领域企业转型升级具有重要意义。为了开展氢能等海上新能源的实验教学活动,加深学生对机械设计基础(含课程设计)、流体力学(含实验)、氢能及新型能源动力系统、氢能存储与利用等专业课程内容的掌握,该文设计了应用于海上氢气液化系统(liquid hydrogen floating production storage and offloading unit,FLH2)的浮式多孔介质通道内外流动实验装置,包括浮式通道内多孔介质流动阻力测试实验装置与浮式通道外降膜流动测试实验装置两个部分。该装置具有较好的实验教学效果,可提升学生的工程实践能力和研究海洋能源高效利用领域的创新能力,拓展学生在深海氢能储运方面的知识储备。

摘要：跨/超声速航空压气机内部流场十分复杂,存在激波、旋涡、湍流边界层及其之间相互干扰的问题,试验研究困难,设计难度高。发展先进的湍流模型,进行准确的流场计算,能够更好地研究压气机内复杂流动结构和演化机理,支撑试验研究,提升气动设计效率。高负荷跨/超声速压气机是先进航空涡扇发动机核心部件之一。压气机内部存在着复杂的涡系结构和典型的非定常效应,通过先进计算流体力学(CFD)的方法准确获得其气动性能,对压气机的设计和试验都起到了重要的支撑作用,对复杂流场结构物理本质的认识也起到了良好促进作用。

摘要：针对航空发动机薄壁结构在高速流动下热声响应问题,采用有限体积法进行流体计算,有限元法进行结构计算,耦合FEM/BEM法进行声场计算。针对高温合金GH188四端固支薄壁板,考虑航空发动机典型工况,计算在热声流联合作用下结构动力学响应。开展四端固支金属薄壁板热声试验,进行数值模拟对比验证,证明了仿真方法的有效性。计算高速流动下金属薄壁结构热声响应,通过薄壁板应力功率谱密度(PSD)与应变响应,与无流动下薄壁板热声响应进行对比分析,研究高速流动对薄壁板动力响应的影响。为之后开展高速流动下热声响应特性分析提供参考依据。

摘要：高超声速飞行器是当前世界航空航天研究的重点方向,其气动设计面临诸多技术挑战.本文围绕高超声速飞行器气动设计相关的高升阻比气动布局设计、高超声速绕流中的复杂物理效应及预示方法、气动特性天地相关性三大关键技术问题,从设计方法、预示方法、流动机理以及工程应用等方面回顾了研究进展.在气动布局设计方面,本文剖析了高升阻比乘波布局工程实现所面临的装填空间、操纵稳定性等技术难点及可期的解决方案;在复杂流动物理效应及预示方法方面,本文总结了边界层转捩/湍流、表面烧蚀、高温真实气体效应和稀薄气体效应等前沿科学问题在高超声速飞行器气动设计中的突出影响,并对相关的流动机理及预示方法进行了综述;在天地相关性研究方面,本文分析了当前面临的瓶颈,并提出与人工智能技术相结合是取得突破的可行途径.

摘要：因叶轮/扩压器转静间断,离心压气机级中必然存在引气腔并对级性能产生影响,中小型航空发动机/燃气轮机用半开式离心叶轮中背腔引气影响尤为突出。本文从简化及真实离心叶轮背腔流态研究、复杂流态调控方法、对级气动性能影响、叶轮/扩压器/背腔多维度耦合模拟方法等方面进行了综述,展示了背腔引气对风阻损失、轴向力平衡、油/气密封及冷却气输送等多方面重要影响,并对其可能的先进设计方法进行了分析与展望。

摘要：WENO-Z+格式的性能提升依赖于新增项的作用,该项的作用是在WENO-Z格式的基础上进一步增大欠光滑子模板上的权重.系数λ被设置用来调控该项的作用,以避免负耗散.本文指出了WENO-Z+格式的缺陷,其所采用λ的取值方式既不能充分发挥格式的潜力,也未完全消除负耗散;提出λ的值应随当地流场数据变化,方能充分发挥新增项在降低数值耗散、提高分辨率上的潜力.基于此,本文重新设计了λ的计算公式,该公式能自适应地调控新增项的作用:只在欠光滑子模板上的权重容易过度增大的地方削弱该项的作用,以避免负耗散;在其他地方则充分发挥新增项的作用,最大限度增大欠光滑子模板上的权重,提高格式的分辨率.将使用该系数公式的新格式命名为WENO-Z++,并对其数值性能进行了系统的研究.理论分析表明,新格式在间断处具有基本无振荡(essentially non-oscillatory,ENO)特性和更低的数值耗散.对近似色散关系(approximate dispersion relation,ADR)的研究表明,新格式有效地避免了因过度增大欠光滑子模板上的权重而带来的负耗散,其频谱特性也得到了显著提升.本文还推导了使新格式在极值点处也能保持最优阶的精度的参数设置.一系列求解Euler方程的数值试验表明,新格式的激波捕捉能力和对复杂流场结构的分辨率都显著优于原WENO-Z+格式.

摘要：非牛顿流体非定常流动问题是指流动过程中流体的物理性质随时间变化的复杂流动问题,为了改进传统分析方法在处理复杂流动问题上精度及效率不足的缺陷。本文从经典N-S方程入手,推导出了一种高效等几何求解方法,通过选择合适的等效流动参数,确定等价定常流动条件,将复杂非定常问题转化为一组等价的定常流动问题。最后以平板拖曳模型为例,得到了各时刻流体的速度分布,并与商业分析软件进行对比,通过不同的迭代步长的计算精度,来验证该方法的计算效率。该方法能帮助工程人员更好地理解流体的流动特性,为设计优化工艺过程和提高机器设备的效率提供重要的理论依据。

摘要：在经历了几十年的飞速发展后，计算流体力学（CFD）技术已经从根本上改变了飞机设计的流程。但受限于现有的相关基础学科和计算机软硬件水平，CFD技术还很少用于复杂流动现象模拟、大规模数据管理、多学科优化等方面。在此背景下，NASA重新审视了CFD技术的未来。