一、三维低速NS方程的并行计算（论文文献综述）
祝国旺[1]（2021）在《来流湍流对矩形钝体绕流非定常气动载荷影响机理的高精度大涡模拟研究》文中进行了进一步梳理湍流效应是结构风工程研究的重要课题。长期以来如何高精度地计算湍流风场对结构的作用荷载是计算风工程的关键瓶颈问题。受限于产生高精度、大范围来流湍流条件,目前国内外通过数值模拟方法研究高湍流强度及大积分尺度湍流对结构气动载荷的影响鲜有报道。本文实现了高精度通量重构算法与边界湍流生成算法的结合,获得了高度保真的大涡模拟湍流输运效果,系统地数值研究了来流湍流强度在6%～18.5%、湍流积分尺度在2～15倍特征尺度范围变化对国际标准矩形钝体模型绕流流场结构,及气动载荷的影响规律,并获得了相关机理。主要结论如下:（1）通过将边界入口湍流生成方法与高精度通量重构算法相结合,在有限网格体系下,通过不断提高通量重构的精度,同时获得高精度的边界生成湍流和高分辨率的输运湍流结构,保持良好的脉动相关性,并在能谱特性保持上实现量级的提升。（2）在相关可靠性校核的基础上,研究了固定湍流尺度条件下,低、中、高湍流强度对钝体气动载荷的影响。结果表明,高湍流强度来流,剪切边界层脱落涡不稳定性加剧,主要影响回流区的主涡大小和位置,同时增大了脱落涡频率和动能,引起再附流动中脉动风压的增大。在来流湍流尺度不变的条件下,增大湍流强度对模型整体气动载荷的效果是增加了主频段脉动幅值,而模态功率谱峰值频率基本不变。（3）湍流强度不变条件下,湍流积分尺度的增大导致模型上表面最大脱落涡的尺寸逐渐增大,增大到一定值后,模型上表面形成了大尺寸的脱落涡,并在矩形钝体表面出现了间歇性的强非对称性流动,引起了上下漩涡的汇聚,从而增大了模型表面单侧位置所受的脉动压力。在湍流强度一定的条件下,大湍流积分尺度来流使得模型表面更宽频范围的压力脉动幅值增加,而不是仅仅增加低阶模态主频段脉动幅值,这与单纯湍流强度增加的效果不同。（4）本研究形成了成套的高精度数值方法和模型,可以捕捉到细微湍流变化对流动的影响,为进一步解决高雷诺数条件下湍流风荷载的模拟瓶颈奠定了基础。
陈心源[2]（2020）在《基于物理过程的实时光学烟幕仿真和渲染》文中研究指明基于物理过程的烟雾动力学仿真和渲染是跨越计算流体力学和图形学的跨学科课题,其流体动力学计算的理论基础是不可压缩流体的Navier-Stokes方程,其光照渲染的理论基础是辐射传输理论。三维烟雾的流动非常复杂,烟雾内部密度分布非常不均匀,所以要想实时仿真烟雾,其难点在于高效地保持烟雾流体的不可压缩性,准确地模拟烟雾的湍流现象和光线在烟雾体内的吸收和散射现象。本文将首先基于理论推导不可压缩的Navier-Stokes控制方程,在控制方程的非守恒表示和守恒表示的基础上,研究基于粒子的烟雾仿真方法和基于网格的仿真方法,主要包括它们的数据结构,求解压力项的方法,计算对流的方法和其他内外力项的解算方法。针对基于网格的压力解算,本文研究了一种并行的超松弛迭代法,通过设定合适的松弛因子,能够大幅提升压力泊松方程的收敛速度;然后,对比分析了粒子方法和网格方法的优势和劣势,研究了用于烟雾仿真的混合方法;混合方法将粒子和网格混合在一起,让粒子系统和网格结构分别处理压力、对流和各种内外力的计算过程,降低了由半拉格朗日法对流带来的数值粘性耗散现象。接着,本文将研究可见光和红外下的烟雾渲染方法,使用了光线投射法进行了烟雾的体绘制渲染,并利用了多通道方法对光源的一次散射进行了建模。对于红外模型,本文还对等效辐射截面的计算方法进行了讨论。最后,根据以上一系列理论和方法,本文使用Direct3D12图形API和计算着色器搭建整个烟雾的计算和渲染的框架,并实现了网格方法和混合方法的流场计算模型,以及红外-可见光的烟雾渲染模型。利用一些技术上和算法上的优化手段,在保证仿真结果达到实时性的同时,提高了仿真的物理准确性和视觉真实性。最后将针对不同模型,不同参数的仿真结果进行对比,分析和评价。
周文丰[3]（2020）在《基于结构系综理论的Rayleigh-Bénard热对流相似解及传热标度律》文中认为Rayleigh-Benard（RB）热对流是在一个封闭腔体中,下壁加热,上壁冷却,四周壁面绝热,在上下温差驱动下形成的流动系统,其边界条件简单,但传热系数努塞尔数（Nu）和运动强度雷诺数（Re）与代表驱动力的上下板温差瑞利数（Ra）、流体物性普朗特数（Pr）和宽高比（Γ）的关系十分复杂。研究该系统的对流传热机制对环境、大气、地球物理等人类社会活动有重要的科学价值。长久以来,RB热对流研究沿用的是本世纪初Grossmann和Lohse建立的描述全局物理量关系的理论（GL理论）,该理论将RB系统简化为边界层（boundary layer）和中心流动（bulk region）,推出全局物理量的关系式,因此无法精确刻画复杂因素对全局换热系数的影响。本文应用佘振苏教授近年来提出的结构系综理论,结合同伦分析和壁射流相关理论,对湍流RB热对流各区域的流动结构耦合机制及其对整体热流的贡献开展了定量研究并构建了各流动区域的二维自相似模型。本文首先获得了大尺度环流以及角涡的自相似多层结构模型。完成了 RB热对流三维（Ra=1 × 107～5 × 109,Pr=0.08～50）和二维（Ra=5 × 107～1 × 1010,Pr=0.01～104）直接数值模拟,基于流动物理特征将流场划分为“大尺度环流”、“角涡”、“斜射流再附区”、“逆压剪切区”、“羽流发射区”等五个区域。基于数值模拟流动的几何相似性,对中等Ra数与Pr数情况下的角涡和大尺度环流,构建了同伦变换的几何相似变量,结合流场时均流函数,提出了角涡及大尺度环流的运动相似解,基于所得参数唯一地定义了流动的特征雷诺数。基于结构系综理论,构建了大尺度结构在近壁区的多层结构函数。从而,建立了可刻画任意二维大尺度涡结构从中心到壁面的完整相似解。此外,将Castaing等人[1]提出的“混合区理论”延拓到角涡流动,在给定角涡尺度标度rcr～Ra0.085情况下,精确刻画了角涡特征雷诺数ReCr～Ra0.25与传热系数Nucr～Ra1/3关于Ra数的标度律关系。进一步,提出了大尺度环流诱发斜射流再附壁面的“壁射流”机制并获得了流动自相似解。发现了以壁射流局部动量率作为近壁流动的特征量归一化最大速度与特征高度所满足的自相似标度关系式。通过分离变量法,推导出壁射流传热系数指数衰减律Nuimp=Numaxexp（-x#）。通过热量输运的动力学平衡以及角涡的标度关系,获得了 Nu数与Ra数的标度关系,Numax～Ra0.2925。基于结构系综理论的对称性分析,给出了逆压梯度边界层的速度和温度剖面随流向变化的解析表达式和羽流发射区的温度分布。基于湍流普朗特数流向与Ra数不变性假设,导出了热流与摩阻以及动量和热量输运涡尺度比值的关系式。根据羽流发射的平衡机制,确认局部传热系数标度律Nu～Ra0.369。由区域空间占比的加权平均局部热流准确计算出全局Nu数与Ra数的定量关系,继而成功推广到其他几何工况下的对流传热过程。最后,应用结构系综理论刻画速度和温度边界层的Pr数效应。研究确认了速度边界层的应力长序函数的两层结构与Pr数无关,还发现随着Pr数减小,压力梯度的作用将逐渐减弱,特征涡尺度减小而粘性底层厚度在增厚。对于温度边界层,应力长满足三层结构,且随着Pr数增大,导热底层以及温度缓冲层厚度增加。应用结构系综理论的参数分析方法,获得了热卡门系数的流向变化规律以及Pr数效应,其结果与计算数相吻合。综上所述,本研究将结构系综理论推广到有热流存在的湍流热对流并提出了二维大尺度分离流动和传热的相似解,给出精确刻画湍流热对流局部平均速度和热流的相似理论。
谈宇航[4]（2020）在《非均匀流场中弹性桨流固耦合振动响应分析》文中认为螺旋桨在实际运行时,船尾非均匀流场在螺旋桨表面作用的非定常脉动力会使螺旋桨发生较强振动,并产生较大噪声,严重影响舰船各方面性能。为研究弹性桨在非均匀来流中的振动响应特性,基于CFD/FEM双向流固耦合方法,考虑到船尾伴流场的影响进行仿真研究。通过总结螺旋桨水动力和振动响应相关研究方法,针对弹性桨在流场中的振动响应问题,提出了采用CFD/FEM流固耦合数值方法结合ANSYS＿Workbench仿真平台的CFX-Transient Structural耦合模块展开相关研究的方案。首先,研究总结了弹性旋转结构CFD/FEM双向流固耦合数值计算的方法和仿真技巧,包括仿真模型的建立方案、网格划分的方法、耦合求解器的设置技巧以流场湍流模型的选取,并确定采用SST k-ω湍流模型进行流场仿真。然后以MAU型四叶螺旋桨为对象,通过流固耦合仿真研究桨叶弹性对螺旋桨性能的影响。首先对螺旋桨干湿模态进行了仿真,螺旋桨湿模态较干模态频率下降较大,但振型相似;弹性桨耦合水动力推力和扭矩与试验值误差较刚性桨误差分别从4.09%和9.28%降低到2.81%和4.09%,表明耦合仿真水动力性能预报更准确;桨叶弹性对桨叶表面压强分布影响较小,但考虑弹性带来的结构响应不可忽略;研究进一步分析了桨叶位移响应,响应幅频曲线峰值与螺旋桨湿模态固有频率对比发现,该型螺旋桨在一阶固有频率处振动响应较大。最后以E1619型七叶大侧斜桨为对象,研究非均匀伴流场对大侧斜桨的振动响应影响。研究选取了“十字”型伴流场和“牛角”型伴流场进行大侧斜桨流固耦合仿真,由于不同类型伴流场对称性不同,螺旋桨脉动力和结构响应中轴、叶频及其倍频呈现不同的幅值高低特征;非均匀伴流中螺旋桨位移响应除叶频和轴频相关响应外,在低阶固有频率处也有较明显振动响应。通过对“牛角”型伴流场刚性桨和弹性桨模型的脉动激励对比发现,考虑耦合效应的弹性桨脉动力低频线谱峰与刚性桨模型相比,除轴频叶频相关线谱峰外,还有刚性桨模型激励中没有的低频弹性线谱峰（一阶固有频率峰）,此外,桨叶弹性与非定常湍流作用产生的低频宽带力较刚性桨模型提高一个量级。研究还分析了不同伴流场的流场速度分布特征,尤其是叶梢高流速区域流场分布特征。
王晗[5]（2020）在《基于GPU加速的间断伽辽金法在电磁学和流体力学中的应用》文中提出间断伽辽金法是一种高精度的数值求解算法,吸收了有限体积法单元独立、并行度高以及有限元法任意高阶基函数的特点。为了充分发挥其高并行度的优势,使得间断伽辽金法的实用价值更高,本文将针对电磁学和流体力学领域研究间断伽辽金法的GPU并行计算技术,并开发相应的求解器。本文以通用的守恒律方程出发,推导出间断伽辽金法的基本公式,并在四面体非结构网格上推导了四面体体积坐标的偏导、积分、数值积分,导出了两种基于体积坐标的基函数。之后采用CUDA GPU并行编程模型,设计了基于数组结构体的并行数据结构以及间断伽辽金GPU并行计算通用的算法框架,在这个框架下,结合了网格生成、导入、结果输出模块。本文开发了使用公式法生成间断伽辽金计算矩阵的时域电磁学求解器和使用数值积分法生成间断伽辽金计算矩阵的流体力学求解器。时域电磁学求解器可以使用一阶和二阶基函数来求解含有理想导体边界、吸收边界的时域电磁问题。流体力学求解器则采用Roe数值通量离散对流通量,以一种近年研究较多的直接间断伽辽金（DDG）来离散粘性通量,实现无粘流和粘性流的求解计算。通过谐振腔和平面波算例,本文验证了GPU并行的DGM时域电磁学求解器的正确性。经过测试,GPU并行版本能够实现相对于CPU单核串行版本达到一阶19倍、二阶159倍的加速比,大幅提高了计算效率。通过圆柱、小球、NACA0012、ONERA M6、DLR-F6等算例,本文验证了GPU并行DGM流体力学求解器在流体力学领域的无粘流、定常流、非定常流上的正确性,同时,经过测试,在无粘流和粘性流计算上,GPU并行版本能够实现相对于多核CPU OpenMP并行版本最高分别达100倍和148倍的加速比,大幅提高了流体力学仿真的效率。
包芸,习令楚[6]（2020）在《高雷诺数湍流风场大涡模拟的并行直接求解方法》文中研究表明在环境流体力学中,风场是风沙流、风雪流等自然环境特性问题研究的动力源和基础.通常采用壁湍流模型进行风场大涡模拟（large eddy simulation, LES）计算,但受到计算规模的限制使得高雷诺数风场的模拟计算难以实现.并行计算技术是解决大规模高雷诺数风场大涡模拟的关键技术之一.在不可压湍流风场的LES模拟中,压力泊松方程的并行计算技术是进行规模并行计算的困难点.根据风场流动模拟计算的特点,采用水平网格等距而垂直于地面网格非等距,在解决规模并行计算中求解压力泊松方程的难点问题时,利用FFT解耦三维泊松方程使其变为垂向的一维三对角方程,并利用可并行的三对角方程PDD求解技术,可建立三维泊松方程的直接并行求解技术.结合其它容易并行的动量方程计算,本文建立风场LES模拟的并行直接求解方法 （parallel direct method-LES, PDM-LES）.在超级计算机上对新方法进行并行效率测试,并行计算效率达到90%.新的方法可用于进行湍流风场大涡模拟的大规模并行计算.计算结果表明,湍流风场瞬时速度分布近壁面存在条带状的拟序结构,平均场的速度分布符合速度对数律特性,风场湍流特性基本合理.
张月[7]（2020）在《两组分气体多尺度流动的离散统一动理学方法研究》文中提出两组分混合气体多尺度流动广泛存在于温室气体埋存、页岩气开采、航天器再入等领域,是环境、能源以及航空航天等领域急需解决的共性科学问题。由于涉及到尺度效应和不同组分之间相互作用,两组分气体多尺度传输机理较为复杂,理论分析和实验方法在研究这类问题时面临挑战。随着计算技术和计算机性能的提升,求解介观动理学模型方程成为研究这类问题的有效手段,其中近年来提出的离散统一动理学格式（Discrete Unified Gas Kinetic Scheme,DUGKS）是一种具有渐近保持性的数值方法,能够高效模拟多尺度流动。目前DUGKS的相关研究均是针对单组分气体的多尺度输运问题,还缺乏对两组分气体的系统研究。本文正是基于上述背景,发展了两组分气体DUGKS,研究了两组分气体多尺度传输问题。本文工作包含以下几个方面:首先,基于多组分气体单松驰模型方程,发展了用于研究Maxwell分子组成的两组分气体的DUGKS。由于每种组分碰撞不守恒,两组分气体DUGKS对碰撞项的半隐式处理不仅体现了组分间相互作用,而且保证了该格式的渐近保持（Asymptotic Preserving,AP）性质。通过数值实验,我们验证了该格式在模拟两组分气体多尺度高速流动、管道流以及剪切流动的有效性。其次,为了克服单松驰模型的缺陷,正确恢复所有的输运系数,基于多组分气体Mc Cormack模型,发展了适用于线性流动的两组分气体DUGKS。与单松驰模型相比,Mc Cormack模型能够使用不同的分子作用势来描述分子之间更复杂的相互作用。通过模拟两组分气体多尺度线性剪切流动和传热问题,验证了DUGKS的准确性。得益于DUGKS的AP性质,在模拟近连续流动时DUGKS的计算效率远优于经典的直接模拟蒙特卡洛方法。再次,结合上述发展的针对两组分气体线性流动DUGKS,研究了两组分气体平板振动Couette流动。通过与单组分气体工况对比,分析了气体稀薄程度、平板振动频率、组分质量比和摩尔浓度对混合气体渗透深度、速度振幅以及剪切应力振幅的影响。结果表明,组分质量比约为2的混合气体的流动特性与单组分气体情形接近,而组分质量比高达32.8的混合气体受摩尔浓度的影响很大:在高频振动流域,当轻组分浓度较大时,不同于单组分气体的单调变化趋势,混合气体的速度和剪切应力振幅在平板间非单调地变化,在距离振动平板约一个分子平均自由程距离处存在极小值点。最后,在一维振动剪切流动的基础上,研究了两组分气体振动方腔流中的共振与反共振现象。研究发现,振动方腔流中的反共振现象使得混合气体阻尼力小于一维情形的结果。特别地,研究结果表明:当两组分质量比约为2时,混合气体发生共振与反共振对应的Strouhal数（代表上板振动频率）与单组分气体情形相近,且对摩尔浓度不敏感;当两组分质量比达到32.8时,随着轻组分浓度的增大,混合气体中共振与反共振现象对应的Strouhal数与单组分气体结果的偏差逐渐增大,特别是当轻组分浓度远大于重组分时,在近连续流域混合气体不再发生共振与反共振现象。总之,本文基于两种动理学模型方程分别发展了两组分气体DUGKS,并通过数值模拟验证了DUGKS在模拟两组分混合气体多尺度流动的有效性。基于已构建的格式,本文系统研究了两组分气体多尺度的一维和二维振动剪切流动问题。本文的工作为深入研究两组分混合气体的多尺度传输机理提供了必要的手段。
曾旺[8]（2020）在《大气剪切流中风机气动特性数值研究》文中进行了进一步梳理随着世界能源危急的加剧,风力发电技术得到了持续快速发展。大气边界层（Atmosphere Boundary Layer,简称ABL）风场具有剪切流和湍流两个基本特征,这会显着影响风机的机械载荷和输出功率,机械载荷对风机的使用寿命和安全性至关重要,输出功率直接影响风机的经济性。随着风机的大型化,风速的垂向梯度更加显着,准确预报湍流大气边界层中的风机气动特性成为亟待解决的问题。在大气边界层的数值模拟中,虽然雷诺平均方法（RANS）得到了广泛的运用,但是由地表粗糙度、科氏力、大气热效应等引起的湍流、剪切流等复杂物理变化依然很难准确捕捉。基于RANS方法及模型尺度风机的研究,与实际大气湍流中实尺度风机的气动特性依然存在较大差异。由于计算机水平的限制,实尺度下的风机气动特性研究变得更加困难。本文针对大气剪切流中大型水平轴风机的气动特性进行系统性研究。采用大涡模拟方法（LES）来捕捉大气边界层中复杂的湍流与剪切流。为了减小计算消耗,采用致动线方法（ALM）计算风机的扰动影响,这将大大减小风机叶片附近所需的网格量,并选取合适的高斯宽度来保证计算精度。为了验证计算方法和数值模型的可靠性,对中性大气边界层进行空场数值模拟,对算例进行收敛性、稳定性、网格独立性、时间步独立性分析。在数值验证之后,模拟了由不同表面覆盖物引起的一系列湍流剪切流,并系统分析了不同高度处的时均速度分布、湍流强度和无量纲风剪切等,研究大气边界层中的湍流剪切特性。最后,将实尺度的5MW水平轴风机的ALM数值模型添加到上述大气剪切流中,研究了不同湍流状态下风机的载荷特性、功率特性,并分析了风机的尾流速度场和涡量场。结果表明,在大气剪切流特性方面,地表粗糙高度较大时,水平平均速度剖线的斜率较小,并显着增强了风剪切和湍流强度。湍流强度大体上随高度的增大而减小,在转子高度附近达到最大,进一步证实了湍流对风机的影响不可忽略。在风机性能方面,风机的载荷和功率随入流风速的增大而增大,风速对风机的发电功率起决定性作用。在风速U<5m/s时,湍流和剪切会略微增大转子载荷和功率,但增幅基本可以忽略,对载荷波动和功率波动的影响很小,在U>5m/s时,湍流和剪切会显着减小风机的载荷和功率,同时粗糙度的增大会导致载荷波动和功率波动的增强。由此可见湍流和风剪切对风机性能基本没有好处,应尽量降低风场的湍流剪切水平。通过变尖速比（TSR）计算可知,湍流和剪切没有使实际TSR显着偏移最佳TSR,载荷和功率的降低不是由TSR的改变导致的。在冰面环境（粗糙度约为0.0001m）中,风速对载荷波动和功率波动的影响很小,粗糙度较大时,风速增大将导致载荷波动和功率波动的增强。由此可见风速较高的海面或平坦地面是风机高效稳定运转的最佳场所。从尾流分析来看,风速和粗糙度均会增强尾流的湍动水平和紊乱程度,尾流的演化长度主要受风速影响,与粗糙度无关,风速较大时尾流的演化长度较大。
勾文进[9]（2019）在《自由面流动模拟的改进MPS方法与异构并行加速》文中进行了进一步梳理自由面流动现象广泛存在于自然与工程问题中。自由面流动呈现出高度非线性且常带有自由面的破碎、翻卷、融合等复杂现象,理论研究难以进行,实验方法耗资巨大且周期较长,数值方法是研究自由面流动问题的有力手段。移动粒子半隐式方法（Moving Particle Semi-implicite method,MPS）是一种拉格朗日描述的粒子方法,它避免了网格方法在界面捕捉或追踪上的数值耗散,可以很好地模拟大变形的自由面问题。但MPS方法在实际应用中存在压力计算不稳定和计算量较大的问题,严重影响了其压力计算的可靠性并限制了其在工程中的广泛应用。因此,开发一套能够比较稳定、准确地进行压力计算的三维并行MPS方法具有重要的实用意义。本文首先介绍了 MPS方法的理论基础,通过溃坝问题和射流断裂问题分别验证了 MPS方法在自由面问题模拟上的可行性和本文使用的表面张力模型的准确性。首次将带表面张力模型的MPS方法应用于液体火箭发动机雾化模拟,实验结果与模拟结果定性比较表明,MPS方法能够成功模拟雾化的三种模态,验证了 MPS方法在雾化模拟中的适用性。为提高MPS方法压力计算的稳定性,综合分析和考虑压力泊松方程（PPE）的方程性质、张力不稳定性和NS方程的求解精度三方面因素对压力计算稳定性的影响并提出对应的解决方案。为提高PPE求解的边界条件精度,对比多种自由面判定算法的准确度并从中选取了最有效的光源方法作为后续计算的自由面判定方法。引入Dynamic Stabilization（DS）算法和Particle Shifting（PS）算法分别处理MPS方法中广泛存在的张力不稳定问题和NS方程求解精度较差问题。静水压差算例模拟结果表明,PS算法和DS算法能有效改善MPS方法的压力计算不稳定问题,其中DS算法得到了比较好的模拟结果。液滴旋转算例模拟结果表明,DS算法能有效克服张力不稳定问题从而提高计算的稳定性,而PS算法能改善计算过程中的粒子分布情况。二维溃坝算例表明,结合各项改进方案的MPS-DS-PS方法计算得到的压力比原始MPS方法的结果更稳定、精确。为提高MPS方法的计算效率并实现大规模三维计算,开发了基于Graphic Processing Units（GPU）异构加速的MPS方法并进行了加速比分析。三维溃坝算例计算结果表明,程序显式计算部分加速比较高,隐式求解部分限制了整体加速比,程序整体加速比可达到16倍以上。将开发的GPUMPS方法应用于高能燃料-冷却剂相互作用（FCI）问题的模拟,成功模拟了射流的穿透过程,穿透深度的瞬态模拟结果与实验较为吻合。模拟了直流撞击式喷嘴雾化问题,分析了不同射流速度和撞击角度对雾化特性的影响。为解决单GPU显存容量限制问题,开发了多GPU加速的MPS程序。计算域的划分采用结合背景网格的区域划分策略,各节点间的通信借助MPI（Message Passing Interface）库实现。三维溃坝算例计算结果表明,开发的多GPU MPS程序具有较强的强可扩展性和弱可扩展性。模拟了上千万粒子规模的带三个障碍物的展示算例,证明了程序的实用性。模拟了旋流液膜雾化问题,成功捕捉到了液膜破碎成液丝、液丝断裂成液滴的过程,典型旋流破碎过程图像与实验结果较为吻合。
毛超利[10]（2019）在《复杂可压缩系统中颗粒曳力特性直接数值模拟研究》文中进行了进一步梳理可压缩两相反应系统广泛存在于能源和天体物理学等领域之中,特别是最近被广泛关注的爆轰推进技术。该系统的一大显着特点即是多尺度、多场和多物理过程的强烈耦合特性。在典型的爆轰发动机中,该系统的尺度在几纳米的激波厚度尺度到几米甚至几十米的设备尺度之间变化,其物理过程涉及流体动力学,流场,电磁场,能量场,密度场和化学反应等。同样地,针对上述问题,科学界采用了三种手段（理论,实验和数值模拟）的有机结合进行研究。其中,伴随着计算机硬件和算法的快速发展,数值模拟手段作为理论分析和实验测量的重要补充,发挥着越来越举足轻重的作用。本文基于直接数值模拟技术,发展了适用于全解析可压缩两相流动的弱可压缩和全可压缩大规模并行计算平台,并耦合了能够解析颗粒边界层的经过本文大量二次开发的虚拟点内嵌边界方法对颗粒边界进行追踪。采用上述方法,本文对弱可压缩流域颗粒曳力的马赫数效应和形状效应以及颗粒异相化学反应对颗粒受力和传热系数之间的影响进行了直接数值模拟研究,对全可压缩流域具有恒定平均速度的可压缩湍流与颗粒的相互作用,激波/爆轰波与颗粒之间的相互作用进行了探索。研究内容主要包含以下四个部分。第一部分,本文开发了基于五阶迎风格式和虚拟点内嵌边界算法的弱可压缩直接数值模拟平台。针对传统经典问题的直接数值模拟检验了本文算法的精度和准确性。在该平台上,本文先是开展了颗粒曳力的马赫数效应和形状效应研究。结果表明,一是,在弱可压缩流域,伴随着马赫数的增加,颗粒所受曳力增加,这是由于颗粒边界层厚度相应增加的缘故;二是,只有当处于涡脱落流域,流线型颗粒才具有减阻作用。接着,本文在该数值平台上耦合了组分输运方程以及气相和异相化学反应,揭示了焦炭颗粒燃烧速率在1700K附近发生转折背后的物理机理,探索了异相和气相化学反应的发生对颗粒与气相之间曳力和传热系数影响,结果表明,当有化学反应发生时,颗粒所受曳力以及与周围气相之间的换热系数显着增大。第二部分,基于全可压缩全尺度直接数值模拟大规模并行计算平台,本文研究了具有恒定平均流量的强可压缩湍流与固定颗粒之间的相互作用。对于颗粒附近的流动结构,本文观察到的结果与不可压缩情况大不相同。可以发现,颗粒前缘处激波并没有被湍流破坏,也就是说,即使湍流强度（u’/u）达到30%,仍能清晰地看到颗粒上游侧驻定的弓形激波结构。因此,颗粒周围的波结构与层流入口的波结构没有太大区别。还需要指出的是,在不可压缩的情况下,即使雷诺数低于临界值,非常微弱的来流湍流也会导致颗粒尾迹延长或分离,而在目前的工作中,本文没有观察到这种现象。模拟结果还表明,随着湍流强度的增大,相对于不可压缩情况,可压缩情况下阻力系数的相对增大幅度较小。阻力的主要贡献仍然来自于压力。由于弓形激波依然出现在颗粒的上游,它与入射湍流的相互作用导致了这样的结果。颗粒受力系数的另外两个分量由于颗粒周围的压力波动而产生高频脉动。在入口湍流与弓形激波相互作用后,湍流中的特征长度尺度减小。这与正激波-湍流相互作用研究结果相似。然而,流向和横向雷诺应力的变化要视情况而定。由于湍流沿流动方向持续衰减,且弓形激波强度随离颗粒的距离而变化,在不同流向位置的切片上激波压缩引起的变化是不同的。这些结果均表明,有限尺寸颗粒对周围可压缩湍流的调制要复杂得多。第三部分,本文开展了针对激波与颗粒相互作用过程的直接数值模拟研究。首先,通过理论推导,本文得出了两个重要结论,一是,一个激波和颗粒干涉时间尺度内,粘性力对曳力的贡献可以忽略。二是,对于常用的金属颗粒（颗粒与气体密度比大于1000）,激波与颗粒相互作用过程中,颗粒运动可以忽略。针对上述理论推导进行的直接数值模拟结果表明,大颗粒满足第一条结论,但是,对于小颗粒（直径小于100μm）,引入粘性带来的差异达到10%左右;构造非稳态曳力模型时,粘性力贡献不可忽略。这是因为颗粒边界层厚度与颗粒直径之间的理论关系式只在颗粒直径比较大时才成立。此外,在激波与颗粒相互作用过程中,虽然颗粒运动是可以忽略的,但是颗粒在这个过程中获得速度是不可以忽略不计的。此外,基于激波和颗粒群相互作用的直接数值模拟数据,本文分析了颗粒群内部流动的脉动状态以及诱发流动不稳定性的主导因素,提出了能够预测颗粒群颗粒所受曳力峰值分布范围的数学模型,即在满足线性关系的平均值模型上叠加一个标准高斯分布模型,平均值模型中的斜率和截距均是入射激波马赫数和颗粒群空隙率的函数,标准高斯分布模型中的标准差是入射激波强度和颗粒群空隙率的函数。第四部分,本文初步开展了爆轰波在单个颗粒表面进行反射和衍射的直接数值模拟计算。首先,对爆轰波特性的分析表明,爆轰燃烧是一个非常不稳定的物理过程,其锋面是一个包含复杂三波结构的包络结构。也由于爆轰波锋面具有上述的复杂性,它与颗粒的碰撞过程比激波和颗粒的碰撞过程复杂的多。这造成了三波点轨迹的非线性和波动特性,以及颗粒曳力的测不准特性。对爆轰波在单个颗粒表面上衍射以及发射的直接数值模拟结果的分析表明,较强的反射波与同向较弱横向波相遇,不会形成马赫干,而是发生三波结构合并;较弱横向波或经过衰减的反射波与横向波碰撞形成马赫干和三波结构;两个较强的衍射马赫干/激波碰撞（聚焦）形成新的马赫干和三波结构。因此,相向传播的两波碰撞是形成爆轰波马赫干的充分条件。
二、三维低速NS方程的并行计算（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、三维低速NS方程的并行计算（论文提纲范文）
（1）来流湍流对矩形钝体绕流非定常气动载荷影响机理的高精度大涡模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究现状 |
| 1.2.1 实验研究现状 |
| 1.2.2 数值模拟研究现状 |
| 1.2.3 来流湍流条件生成方法的研究现状 |
| 1.2.4 高精度离散方法的研究现状 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 第2章 控制方程和高精度通量重构算法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.2 大涡模拟模型 |
| 2.3 高精度离散方法 |
| 2.3.1 一维情况 |
| 2.3.2 高精度通量重构算法的二维和三维拓展 |
| 2.4 湍流强度和湍流积分尺度计算 |
| 2.4.1 湍流强度的计算 |
| 2.4.2 湍流积分尺度的计算 |
| 2.5 随机湍流生成方法 |
| 2.5.1 随机湍流生成算法 |
| 2.5.2 湍流生成算法与高精度算法相结合 |
| 2.6 基于GPU并行计算的高精度大涡模拟程序:HiFiLES介绍 |
| 2.6.1 HiFiLES程序的介绍 |
| 2.6.2 本文对HiFiLES的发展 |
| 2.7 本章小结 |
| 第3章 湍流输运的高精度大涡模拟 |
| 3.1 模型参数设置 |
| 3.1.1 计算域和参数 |
| 3.1.2 网格划分的离散精度 |
| 3.2 入口随机湍流生成 |
| 3.2.1 入口湍流条件的生成 |
| 3.2.2 DSRFG算法的GPU加速 |
| 3.3 不同离散精度下的湍流输运 |
| 3.3.1 不同离散精度流场分析 |
| 3.3.2 不同离散精度的湍流输运衰减 |
| 3.4 网格加密与提高离散精度对比 |
| 3.4.1 网格加密 |
| 3.5 均匀来流下BARC模型绕流的高精度大涡模拟 |
| 3.5.1 模型介绍 |
| 3.5.2 网格划分 |
| 3.5.3 不同离散精度结果对比 |
| 3.5.4 均匀来流下BARC绕流问题的流场分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 来流湍流强度对BARC模型气动载荷的影响机理研究 |
| 4.1 来流湍流条件下BARC模型气动载荷验证 |
| 4.1.1 计算模型和设置 |
| 4.1.2 湍流输运参数验证 |
| 4.1.3 湍流入口条件下BARC钝体表面气动力校核 |
| 4.2 不同湍流强度来流入口设置 |
| 4.3 不同湍流强度来流下的流场分析 |
| 4.3.1 瞬时流场分析 |
| 4.3.2 平均流场分析 |
| 4.3.3 展向相关性分析和极值风压系数 |
| 4.4 POD分解 |
| 4.4.1 POD分解简介 |
| 4.4.2 不同湍流来流强度下模型表面压力系数的POD分解 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 来流湍流积分尺度对BARC模型气动载荷影响机理研究 |
| 5.1 来流湍流积分尺度设置 |
| 5.2 不同湍流积分尺度来流下的流场分析 |
| 5.2.1 瞬时流场分析 |
| 5.2.2 平均流场分析 |
| 5.2.3 展向相关性分析和极值风压系数 |
| 5.3 湍流积分尺度对压力系数影响的POD分解 |
| 5.3.1 湍流积分尺度扩展 |
| 5.3.2 POD分解 |
| 5.4 大湍流强度和大湍流尺度来流下模型表面脱落涡合成演变对比 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 工作总结及研究展望 |
| 6.1 本文主要工作和结论 |
| 6.2 本文的创新点 |
| 6.3 后续研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的研究成果 |
| 致谢 |
（2）基于物理过程的实时光学烟幕仿真和渲染（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 拉格朗日方法 |
| 1.2.2 欧拉方法 |
| 1.2.3 混合方法 |
| 1.2.4 总结 |
| 1.3 本文主要内容和结构 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 论文结构 |
| 第二章 烟雾流体的物理过程建模 |
| 2.1 流体动力学的控制方程组 |
| 2.2 烟雾的流体力学模型 |
| 2.3 烟雾流体的数据结构 |
| 2.3.1 基于粒子的数据结构 |
| 2.3.2 基于网格的数据结构 |
| 2.4 基于网格的烟雾流体仿真方法 |
| 2.4.1 流场的差分格式和网格结构优化 |
| 2.4.2 压强修正与实时解算 |
| 2.4.3 流场边界条件处理 |
| 2.4.4 对流项计算 |
| 2.4.5 外力项计算 |
| 2.4.6 降低流场的涡量消失现象 |
| 2.4.7 粘滞力的解算方法 |
| 2.5 使用粒子进行流体仿真计算 |
| 2.5.1 光滑粒子核函数 |
| 2.5.2 基于压力预测修正的不可压缩SPH |
| 2.5.3 SPH的粘滞力计算 |
| 2.5.4 其他外力的计算 |
| 2.6 混合粒子与网格的烟雾流体仿真方法 |
| 2.6.1 用粒子计算网格的对流项 |
| 2.6.2 降低数值误差带来的“人工”粘性耗散 |
| 2.6.3 使用粒子加强湍流 |
| 2.7 仿真结果的对比和分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 基于物理过程的烟雾光照渲染 |
| 3.1 使用体绘制渲染光学烟雾 |
| 3.2 可见光烟雾的光照渲染 |
| 3.3 红外烟雾的光照与自发辐射渲染 |
| 3.4 烟雾的光照渲染的基本流程 |
| 3.5 烟雾的光照计算的数值过程与结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 实时光学烟雾仿真的实现 |
| 4.1 基于Direct3D的烟雾渲染框架 |
| 4.2 基于网格方法与混合方法的烟雾仿真模型 |
| 4.2.1 基于网格方法的烟雾仿真模型的实现 |
| 4.2.2 基于混合方法的烟雾仿真模型的实现 |
| 4.3 光照模型的实现 |
| 4.4 可见光烟雾在不同参数下的对比分析 |
| 4.5 红外烟雾在不同参数下的对比分析 |
| 4.6 本章小节 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（3）基于结构系综理论的Rayleigh-Bénard热对流相似解及传热标度律（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 认识湍流 |
| 1.1.1 湍流理论与湍流模拟 |
| 1.1.2 湍流射流以及大尺度分离结构的传热以及同伦 |
| 1.2 湍流热对流系统研究 |
| 1.2.1 Rayleigh-Bénard热对流实验与数值模拟 |
| 1.2.2 Rayleigh-Bénard热对流理论研究 |
| 1.3 结构系综框架下的湍流认识 |
| 1.3.1 结构系综理论框架 |
| 1.3.2 结构系综理论的成果 |
| 1.4 结构系综观点性下Rayleigh-Bénard热对流研究 |
| 1.5 本文章节框架介绍 |
| 第二章 直接数值模拟方法 |
| 2.1 控制方程与边界条件 |
| 2.1.1 控制方程 |
| 2.1.2 控制参数 |
| 2.2 数值计算方法与计算平台 |
| 2.2.1 数值计算方法 |
| 2.2.2 计算平台 |
| 2.3 网格与参数设置和数据统计 |
| 2.3.1 网格与参数设置 |
| 2.3.2 平均场数据库 |
| 2.4 结果展示及比较验证 |
| 2.4.1 瞬时场及统计平均场定性分析 |
| 2.4.2 Nu数、热流与边界层分布 |
| 2.4.3 方程平衡性验证 |
| 2.5 小结 |
| 第三章 大尺度结构的自相似多层结构模型 |
| 3.1 角涡的构成与特征 |
| 3.1.1 角涡的边界层及主流区特征 |
| 3.1.2 角涡的滑移面特征 |
| 3.2 角涡主流区的同伦相似解模型 |
| 3.2.1 同伦的定义 |
| 3.2.2 角涡同伦模型的边界与中心函数 |
| 3.2.3 角涡同伦模型的相似变量 |
| 3.2.4 角涡同伦模型的相似解 |
| 3.2.5 同伦模型参数的Ra数效应 |
| 3.3 角涡边界层的多层结构相似解 |
| 3.3.1 速度边界层的结构系综理论 |
| 3.3.2 角涡速度边界层的结构系综理论以及参数演化 |
| 3.3.3 与Falkner-Skan边界层的对比 |
| 3.3.4 角涡温度边界层 |
| 3.4 相似模型的验证 |
| 3.5 角涡的标度律分析 |
| 3.5.1 Re_(cr)数与温度边界层厚度λ_(θ _cr)标度律 |
| 3.5.2 运动-传热耦合标度律模型 |
| 3.6 大尺度环流的同伦模型 |
| 3.6.1 大尺度环流的同伦相似解 |
| 3.6.2 基于同伦模型的压力预测 |
| 3.6.3 同伦高阶相似解 |
| 3.7 小结 |
| 第四章 基于结构系综理论的二维局部流动自相似解 |
| 4.1 风剪切区斜射流模型 |
| 4.1.1 斜射流动力学相似性 |
| 4.1.2 斜射流传热分布及标度律 |
| 4.2 羽流发射区边界层相似解及传热标度律 |
| 4.2.1 羽流发射区温度边界层解 |
| 4.2.2 羽流发射区传热标度律模型 |
| 4.3 逆压梯度剪切区边界层相似解及传热标度律 |
| 4.3.1 大尺度环流耦合的边界层相似解 |
| 4.3.2 基于湍流普朗特数不变性的传热标度律 |
| 4.4 整体传热标度律模型 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 基于结构系综理论的速度和温度边界层Pr数效应研究 |
| 5.1 二维和三维流场的Pr数效应 |
| 5.1.1 平均流场特性分析 |
| 5.1.2 统计量分析 |
| 5.2 流向平均速度剖面与温度剖面的Pr数效应 |
| 5.2.1 流向平均速度剖面分析 |
| 5.2.2 流向平均温度剖面分析 |
| 5.3 局部区域内速度剖面与温度剖面的Pr数效应 |
| 5.3.1 剪切区速度剖面分布 |
| 5.3.2 羽流发射区温度剖面分布 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 主要完成工作与结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 未来工作的展望 |
| 参考文献 |
| 附录A SED应力长测量过程 |
| 附录B 大尺度分离结构参数确定程序 |
| 博士期间发表和完成的论文 |
| 致谢 |
（4）非均匀流场中弹性桨流固耦合振动响应分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 螺旋桨噪声研究 |
| 1.2.2 螺旋桨流固耦合振动研究 |
| 1.3 主要研究方案及研究内容 |
| 1.3.1 研究方案 |
| 1.3.2 研究内容 |
| 第二章 流固耦合数值方法研究 |
| 2.1 流固耦合理论 |
| 2.2 弹性旋转结构流固耦合仿真方法研究 |
| 2.2.1 CFD/FEM流固耦合数值方法简介 |
| 2.2.2 弹性旋转结构耦合仿真前处理流程 |
| 2.2.3 湍流模型比较和选取 |
| 2.3 本章小结 |
| 第三章 船用螺旋桨流固耦合性能分析 |
| 3.1 螺旋桨建模及模态分析 |
| 3.1.1 螺旋桨模型 |
| 3.1.2 螺旋桨模态分析 |
| 3.2 流场建模及水动力验证 |
| 3.2.1 建立流场计算模型 |
| 3.2.2 水动力验证 |
| 3.3 流固耦合仿真分析 |
| 3.3.1 流固耦合水动力分析 |
| 3.3.2 桨叶弹性对桨性能的影响分析 |
| 3.3.3 弹性桨振动响应分析 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 七叶大侧斜桨振动响应及伴流场影响分析 |
| 4.1 大侧斜桨模型及固有模态计算 |
| 4.1.1 E1619螺旋桨模型 |
| 4.1.2 E1619螺旋桨干湿模态仿真计算 |
| 4.2 大侧斜桨流固耦合仿真分析 |
| 4.2.1 流场模型及水动力验证 |
| 4.2.2 大侧斜桨流固耦合响应分析 |
| 4.3 伴流场对大侧斜桨的振动响应影响分析 |
| 4.3.1 伴流场输入 |
| 4.3.2 “十字”型伴流场耦合仿真响应分析 |
| 4.3.3 “牛角”型伴流场耦合仿真响应分析 |
| 4.3.4 “牛角”型伴流中的螺旋桨脉动激励特征分析 |
| 4.3.5 不同伴流下大侧斜桨流固耦合的结果差异讨论 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结和展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 主要创新点 |
| 5.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的学术论文与科研成果 |
| 详细摘要 |
（5）基于GPU加速的间断伽辽金法在电磁学和流体力学中的应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究工作的背景与意义 |
| 1.2 间断伽辽金及其并行技术的国内外研究进展 |
| 1.3 本文的主要贡献与创新 |
| 1.4 本论文的结构安排 |
| 第二章 间断伽辽金数值方法基础 |
| 2.1 伽辽金法空间离散 |
| 2.2 基函数 |
| 2.2.1 四面体体积坐标 |
| 2.2.2 电磁学中采用的基函数 |
| 2.2.3 流体力学采用的基函数 |
| 2.3 数值积分 |
| 2.4 时间离散 |
| 2.4.1 显式Leap-Frog时间格式 |
| 2.4.2 显式Runge-Kutta时间格式 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 GPU并行计算框架设计 |
| 3.1 英伟达GPU及 CUDA编程模型 |
| 3.1.1 GPU硬件模型 |
| 3.1.2 CUDA编程模型 |
| 3.1.3 CUDA并行的硬件实现 |
| 3.1.4 CUDA软件层次 |
| 3.2 并行求解器框架设计 |
| 3.2.1 数据结构设计 |
| 3.2.2 总体流程设计 |
| 3.2.3 核函数和线程映射 |
| 3.3 总结 |
| 第四章 GPU并行的DGM在电磁学中的应用 |
| 4.1 Maxwell方程组及其离散 |
| 4.1.1 体积分项离散 |
| 4.1.2 面积分项离散 |
| 4.1.3 矩阵形式 |
| 4.2 边界条件 |
| 4.2.1 理想导体边界条件(PEC) |
| 4.2.2 理想磁导体边界条件(PMC) |
| 4.3 核函数设计 |
| 4.4 数值算例 |
| 4.4.1 矩形谐振腔 |
| 4.4.2 平面波 |
| 4.4.3 加速比 |
| 4.5 总结 |
| 第五章 GPU并行的DGM在流体力学中的应用 |
| 5.1 Navier-Stokes方程及其离散 |
| 5.1.1 Navier-Stokes方程 |
| 5.1.2 控制方程无量纲化 |
| 5.1.3 体积分项离散 |
| 5.1.4 对流通量 |
| 5.1.5 粘性通量——直接间断伽辽金 |
| 5.2 边界条件 |
| 5.2.1 远场边界条件 |
| 5.2.2 壁面边界条件 |
| 5.2.3 对称面边界条件 |
| 5.3 核函数设计 |
| 5.4 数值算例 |
| 5.4.1 无粘流模拟 |
| 5.4.2 基于DDG的粘性流模拟 |
| 5.4.3 加速比 |
| 5.5 结论 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 后续展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间取得的成果 |
（6）高雷诺数湍流风场大涡模拟的并行直接求解方法（论文提纲范文）
| 引言 |
| 1 大涡模拟控制方程和亚网格模式 |
| 2 不可压流动LES模拟的并行直接求解方法 |
| 2.1 不可压流动LES的并行直接求解方法 |
| 2.2 并行计算规模和计算效率 |
| 3 三维风场的规模并行计算 |
| 4 结论 |
（7）两组分气体多尺度流动的离散统一动理学方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号对照表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 两组分气体多尺度流动 |
| 1.3 两组分气体动理学模型的研究现状 |
| 1.4 多尺度数值方法的研究现状 |
| 1.5 本文研究内容和全文安排 |
| 2 基于单松驰(AAP)模型的两组分气体离散统一动理学格式 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于单松驰模型构建两组分气体非线性流动的DUGKS |
| 2.3 两组分气体多尺度流动数值算例 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 基于McCormack模型的两组分气体离散统一动理学格式 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于McCormack模型构建两组分气体线性流动的DUGKS |
| 3.3 两组分气体多尺度流动数值算例 |
| 3.4 AAP模型与McCormack模型数值比较 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 两组分气体振动Couette流动的数值研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 问题描述 |
| 4.3 不同稀薄程度和振动频率的渗透深度 |
| 4.4 两组分混合气体的速度振幅分布 |
| 4.5 两组分混合气体的剪切应力振幅 |
| 4.6 本章小结 |
| 5 两组分气体振动方腔流数值研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 问题描述 |
| 5.3 振动平板上剪切应力振幅分布 |
| 5.4 不同稀薄程度和振动频率的阻尼力 |
| 5.5 共振和反共振 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 全文总结及展望 |
| 6.1 全文总结 |
| 6.2 创新点和意义 |
| 6.3 研究展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录1 基于Mc Cormack模型求解组分宏观量 |
| 附录2 攻读博士学位期间发表的学术论文 |
| 附录3 攻读博士学位期间参加的学术会议 |
| 附录4 攻读博士学位期间参与的科研项目 |
（8）大气剪切流中风机气动特性数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 湍流剪切流中风机研究现状 |
| 1.2.1 大气边界层研究现状 |
| 1.2.2 地表环境研究现状 |
| 1.2.3 大气剪切流中风机特性研究现状 |
| 1.3 本文的创新点 |
| 1.4 本文的主要工作 |
| 第二章 数值研究方法 |
| 2.1 计算流体力学概述 |
| 2.2 基本控制方程 |
| 2.3 大涡模拟方法 |
| 2.4 致动线方法 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 空场大气边界层数值模拟 |
| 3.1 数值模型 |
| 3.1.1 计算域与网格划分 |
| 3.1.2 边界条件和算例配置 |
| 3.2 数值验证 |
| 3.2.1 风速廓线的收敛性和稳定性 |
| 3.2.2 网格独立性和时间步独立性 |
| 3.3 风速廓线与风剪切结果分析 |
| 3.3.1 水平风速廓线 |
| 3.3.2 风剪切 |
| 3.4 湍流结果分析 |
| 3.4.1 速度波动 |
| 3.4.2 湍流强度 |
| 3.4.3 湍动能 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 湍流剪切流中风机气动特性数值模拟 |
| 4.1 风机参数与数值模型 |
| 4.1.1 风机参数 |
| 4.1.2 计算域与网格划分 |
| 4.1.3 边界条件和算例配置 |
| 4.2 风机载荷与功率结果分析 |
| 4.2.1 与FAST结果的比较 |
| 4.2.2 风速对风机性能的影响 |
| 4.2.3 地表粗糙度对风机性能的影响 |
| 4.2.4 不同TSR下的功率特性分析 |
| 4.3 尾流分析 |
| 4.3.1 风速对尾流的影响 |
| 4.3.2 地表粗糙度对尾流的影响 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 全文总结 |
| 5.2 后期展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文 |
（9）自由面流动模拟的改进MPS方法与异构并行加速（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 主要符号表 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 MPS方法的发展及现状 |
| 1.3 MPS方法的压力不稳定问题 |
| 1.4 无网格粒子方法并行计算研究进展 |
| 1.4.1 并行计算平台 |
| 1.4.2 粒子法并行计算进展 |
| 1.5 本文研究内容 |
| 2 MPS方法验证及应用 |
| 2.1 MPS方法 |
| 2.1.1 粒子相互作用模型 |
| 2.1.2 核函数 |
| 2.1.3 粒子数密度 |
| 2.1.4 梯度模型 |
| 2.1.5 散度模型 |
| 2.1.6 拉普拉斯模型 |
| 2.1.7 粒子作用模型的距离 |
| 2.1.8 边界处理 |
| 2.1.9 压力泊松方程的推导 |
| 2.1.10 离散方程的求解 |
| 2.1.11 表面张力模型 |
| 2.2 MPS方法算例验证 |
| 2.2.1 溃坝模拟 |
| 2.2.2 射流断裂模拟 |
| 2.3 基于MPS方法的雾化模拟 |
| 2.3.1 引言 |
| 2.3.2 典型雾化现象模拟 |
| 2.3.3 不同雾化模态的模拟 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 MPS方法压力求解改进 |
| 3.1 改进方法 |
| 3.1.1 DS算法 |
| 3.1.2 PS算法 |
| 3.1.3 边界处理 |
| 3.1.4 计算流程图 |
| 3.2 数值验证 |
| 3.2.1 自由面判定 |
| 3.2.2 静水压差模拟 |
| 3.2.3 液滴旋转模拟 |
| 3.2.4 溃坝问题模拟 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 MPS方法的单GPU并行加速 |
| 4.1 GPU及CUDA编程模型 |
| 4.1.1 GPU介绍 |
| 4.1.2 CUDA编程模型介绍 |
| 4.2 并行设计要点 |
| 4.3 邻域粒子搜索方法 |
| 4.4 计算环境及硬件 |
| 4.5 加速比分析比较 |
| 4.5.1 准确性验证 |
| 4.5.2 加速比分析 |
| 4.6 高能燃料-冷却剂相互作用问题 |
| 4.6.1 引言 |
| 4.6.2 不同流体粒子作用模型 |
| 4.6.3 模拟分析比较 |
| 4.7 MPS方法GPU加速的双股射流撞击雾化模拟 |
| 4.7.1 计算模型 |
| 4.7.2 GPU加速MPS方法验证 |
| 4.7.3 撞击角度的影响 |
| 4.7.4 射流速度的影响 |
| 4.8 本章小结 |
| 5 MPS方法的多GPU并行加速 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 区域划分 |
| 5.3 动态负载均衡 |
| 5.4 区域通信 |
| 5.4.1 再分区通信 |
| 5.4.2 计算时通信 |
| 5.5 计算流程 |
| 5.6 性能分析 |
| 5.6.1 弱可扩展性分析 |
| 5.6.2 强可扩展性分析 |
| 5.7 带障碍物溃坝问题模拟 |
| 5.8 旋流液膜雾化问题模拟 |
| 5.8.1 计算模型 |
| 5.8.2 典型旋流破碎过程与实验结果对比 |
| 5.8.3 旋流液膜雾化过程分析 |
| 5.8.4 雾化特性计算 |
| 5.9 本章小结 |
| 6 总结与展望 |
| 6.1 工作总结 |
| 6.2 工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间的科研成果 |
（10）复杂可压缩系统中颗粒曳力特性直接数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| abstract |
| 术语表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 爆轰波应用背景 |
| 1.3 爆轰波研究方法介绍 |
| 1.3.1 理论分析 |
| 1.3.2 实验研究 |
| 1.3.3 数值模拟 |
| 1.4 粗糙/热损壁面管道内爆轰波 |
| 1.5 爆燃转爆轰机理研究 |
| 1.6 两相爆轰燃烧研究 |
| 1.6.1 可压缩湍流和颗粒的相互作用 |
| 1.6.2 激波与颗粒干涉 |
| 1.6.3 爆轰波和颗粒干涉 |
| 1.7 本文研究内容和章节安排 |
| 第二章 数理模型和数值方法 |
| 2.1 控制方程 |
| 2.2 数值格式 |
| 2.3 虚拟点内嵌边界方法 |
| 2.3.1 三线性插值算法 |
| 2.3.2 反距离权重插值算法 |
| 2.4 本文对内嵌边界方法的发展改进 |
| 2.4.1 基于STL思想适用复杂几何边界的虚拟点内嵌边界方法 |
| 2.4.2 适用流固耦合传热边界的虚拟点内嵌边界方法 |
| 2.4.3 适用异相燃烧传质边界的虚拟点内嵌边界方法 |
| 2.5 湍流场的本征正交分解(POD) |
| 2.6 小结 |
| 第三章 数值方法验证 |
| 3.1 爆轰波问题 |
| 3.1.1 一维爆轰波 |
| 3.1.2 二维爆轰波 |
| 3.2 斜激波问题 |
| 3.3 斜爆轰问题 |
| 3.4 超音速来流横掠圆柱 |
| 3.5 超音速来流横掠圆球 |
| 3.6 小结 |
| 第四章 处理复杂几何和异相燃烧传质边界的虚拟点内嵌边界方法 |
| 4.1 弱可压缩流体横掠非圆形固体中的传热问题 |
| 4.1.1 描述弱可压缩流体的数理模型 |
| 4.2 虚拟点内嵌边界方法和弱可压缩求解器耦合的评估 |
| 4.2.1 精度差异的影响评估 |
| 4.2.2 空间收敛速度检测 |
| 4.3 弱可压缩流体横掠非规则截面柱体中的流动和换热问题 |
| 4.3.1 椭圆圆柱尾涡特性研究 |
| 4.3.2 流体与非圆截面柱体间强制对流换热问题 |
| 4.3.3 高速流体横掠钝形截面柱体中的换热过程 |
| 4.4 焦炭颗粒燃烧的全解析直接数值模拟研究 |
| 4.4.1 方法和设置简述 |
| 4.4.2 与实验结果对比 |
| 4.4.3 输运和化学反应之间相互竞争分析 |
| 4.4.4 化学反应对气固相间质量,动量和能量交换的影响 |
| 4.5 小结 |
| 第五章 可压缩湍流与颗粒(群)相互作用的直接数值模拟研究 |
| 5.1 计算设置 |
| 5.2 工况设置 |
| 5.3 结果分析 |
| 5.3.1 颗粒周围流场结构 |
| 5.3.2 颗粒受力 |
| 5.3.3 颗粒前端弓形激波强度 |
| 5.3.4 弓形激波和入口湍流之间的相互作用 |
| 5.4 小结 |
| 第六章 平面激波和颗粒(群)干涉的微观尺度直接数值模拟研究 |
| 6.1 计算设置 |
| 6.2 激波和颗粒干涉中的时间尺度 |
| 6.3 数值结果分析 |
| 6.3.1 激波与单颗粒干涉 |
| 6.3.2 激波与双颗粒组合干涉 |
| 6.3.3 激波与颗粒群的相互作用 |
| 6.4 小结 |
| 第七章 平面爆轰波和颗粒干涉的微观尺度直接数值模拟研究 |
| 7.1 计算细节 |
| 7.2 计算结果和讨论 |
| 7.2.1 爆轰波绕射单颗粒 |
| 7.3 小结 |
| 第八章 全文总结与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 本文工作的创新点 |
| 8.3 展望 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
四、三维低速NS方程的并行计算（论文参考文献）
- [1]来流湍流对矩形钝体绕流非定常气动载荷影响机理的高精度大涡模拟研究[D]. 祝国旺. 中国科学技术大学, 2021(09)
- [2]基于物理过程的实时光学烟幕仿真和渲染[D]. 陈心源. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [3]基于结构系综理论的Rayleigh-Bénard热对流相似解及传热标度律[D]. 周文丰. 北京大学, 2020
- [4]非均匀流场中弹性桨流固耦合振动响应分析[D]. 谈宇航. 中国舰船研究院, 2020(02)
- [5]基于GPU加速的间断伽辽金法在电磁学和流体力学中的应用[D]. 王晗. 电子科技大学, 2020(07)
- [6]高雷诺数湍流风场大涡模拟的并行直接求解方法[J]. 包芸,习令楚. 力学学报, 2020(03)
- [7]两组分气体多尺度流动的离散统一动理学方法研究[D]. 张月. 华中科技大学, 2020(01)
- [8]大气剪切流中风机气动特性数值研究[D]. 曾旺. 上海交通大学, 2020(09)
- [9]自由面流动模拟的改进MPS方法与异构并行加速[D]. 勾文进. 浙江大学, 2019(02)
- [10]复杂可压缩系统中颗粒曳力特性直接数值模拟研究[D]. 毛超利. 浙江大学, 2019