《三維可壓縮平面混合層轉捩過程聲特性的數值模擬分析》是依託北京航空航天大學，由李沁擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：三維可壓縮平面混合層轉捩過程聲特性的數值模擬分析
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：李沁
- 項目類別：面上項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本研究擬採用數值模擬與物理分析的方法，對三維可壓縮平面混合層轉捩過程的聲特性進行數值模擬。首先發展並採用頻譜、群速度最佳化的方法以及格式加權技術，構造在耗散、色散和群速度方面具有較好特性的、能夠基本無波動描述激波的高階差分格式，進一步發展適用於聲學計算的特徵邊界條件和邊界區域緩衝技術；通過數值模擬，開展聲場的頻率、強度、方向性、聲源位置、緻密性等方面的研究，給出轉捩的聲場特性，探討噪聲聲源與發卡渦、流向渦等典型轉捩流動結構的關係，研究聲與流動結構的非線性相互作用，並開展對聲類比方法中聲源生成項的分析。通過研究，可以獲得對轉捩過程聲特性、噪聲產生的機理以及流動-聲相互作用等的認識。
結題摘要
在本項目中，我們分析、發展了高階格式線性和非線性最佳化技術，構造適合於聲學計算同時能夠進行激波捕捉的新四階和五階格。在此基礎上，研究、發展了氣動聲學計算相關技術，對二維混合層複雜旋渦合併和旋渦誘導小激波的聲學特性、三維亞-亞聲速混合層轉捩和亞-超聲速混合層的聲場開展了研究。在方法研究、計算和分析三方面，我們具體完成如下研究內容： a. 通過研究頻寬最佳化技術，並提出類似Adams & Shariff的方法；套用該方法我們提出了四階和五階精度的線性頻寬最佳化格式；通過分析加權技術中的光滑度量構造，提出了兩種基於變差的光滑度量，發展了基於變化p指數的重線性化技術，並指出基於絕對光滑指標的算法需要歸約並提出相應歸約函式的具體形式。 b. 經過理論分析，我們提出了高階格式色散關係過沖的發生準則，討論臨界條件發生時的行為；我們研究了由逆耗散引起的兩類穩定性問題，尤其是在低波數範圍發生的逆耗散，得到穩定性判則並討論了兩類穩定性的關係。作為理論的套用，我們給出關於Weirs & Martín三階格式逆耗散問題的修正。 c. 通過分析格式的耗散關係和利用重線性化技術，提出了一類對稱型的三階非線性格式，格式具有與NND格式相當的格線模板。由於格式的線性形式具有很好的耗散特性，同時重線性化技術的使用使格式在光滑區儘量採用線性形式，從而理論上提升了計算對旋渦等結構的分辨和保持能力；另一方面，格式的非線性機制使格式在非光滑區退化為類NND格式，實現耗散和穩定機制。 d. 比較研究了聲學計算的邊界條件，套用並研究發展了聲學計算的海綿區阻尼技術和人工粘性技術。 e. 通過數值模擬，我們研究了二維亞-亞聲速混合層複雜旋渦合併的聲特性，內容包括四種模式：單渦、旋渦對並和兩種三渦合併模式。研究包括流體力學和聲學兩部分，提出了一種聲源的確定方法，結果驗證了頻譜演化規律；我們還研究了亞-超聲速混合層旋渦誘導小激波問題的聲特性，分析了聲音產生的原理，給出了詳細的聲場特性。實現了Lighthill聲類比，並開展聲類比結果與直接數值模擬結果的定性比較。 f. 通過數值模擬，我們研究了三維亞-亞聲速混合層的聲特性，研究了“H”型轉捩過程的流體力學和聲學特徵；我們還研究了亞-超聲速混合層的聲特性，發現類似小激波的結構，並分析了該情況下流場的流體力學和聲學特徵。
