超音速绕流中若干问题的研究
批准号:
12071298
项目类别:
面上项目
资助金额:
51.0 万元
负责人:
屈爱芳
依托单位:
学科分类:
混合型方程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
屈爱芳
中文摘要
超音速气体绕楔形流是流体力学数学理论中一个长期悬而未决的基本问题,诱导出了偏微分方程和纯数学研究中大量极富挑战性的问题。本项目主要研究:1、高维定常超音速绕流中强波的相互作用解的存在性及稳定性,探索波的连续反射现象及耗散机制;2、定常高维高超音速极限流绕三维楔面问题的Radon测度解理论。本项目研究要克服的典型难点包括强非线性波的相互作用及双边反射的耗散机制、高维拟线性双曲方程组特征边值问题、支撑在曲面上的Dirac测度的刻画等。这些研究涉及特征分解、Glimm格式、波前跟踪等方法以及微分几何、几何测度论等知识和理论的应用和发展。本项目的研究不仅有助于帮助人们更深入地理解一些物理现象,同时也将有助于促进高维守恒律方程组数学理论的发展。
英文摘要
The problem of supersonic flow onto solid wedges is a longstanding fundamental problem in mathematical fluid mechanics, which leads to a large number of challenging problems in the study of partial differential equations and pure mathematics. The main problems of this project are as follows: 1. The existence and stability of solutions of strong wave interactions in multi-dimensional steady supersonic flow around solid bodies, and exploring the continuous reflection phenomenon and dissipation mechanism of the flow field; 2. Radon measure solution theory of steady multi-dimensional hypersonic limit flow passing a three-dimensional wedge. The main difficulties lie in the interaction of strong nonlinear waves and the dissipation mechanism of bilateral reflections of the waves, the study of the characteristic boundary value problem of multi-dimensional quasilinear hyperbolic equations, and the study of the Dirac measure supported on a surface. The methods we use involve characteristic decomposition, Glimm scheme, wave-front tracking method, differential geometry, geometric measure theory, etc. The research of this project not only contributes to the in-depth understanding of some physical phenomena, but also promotes the development of mathematical theory of multi-dimensional conservation laws.
超音速气体绕流问题是流体力学数学理论中长期未解决的基本问题之一,涉及偏微分方程及纯数学研究中诸多极具挑战性的理论与难点。其中,高超音速流(马赫数大于5)具有重要的应用背景,是当前国际前沿研究的重点领域。然而,由于流场方程强非线性、多尺度结构奇性等难点,相关的数学理论研究进展仍然十分有限。.在物理与工程应用中,牛顿正弦平方律和牛顿-布斯曼压力律至今仍常用于近似高超音速飞行器的升力和阻力,它们是通过无穷薄激波层的物理模型推导而来的,长期以来缺乏严格的数学基础,其核心难点在于该问题涉及欧拉方程中包含物理边界质量集中奇性等复杂多尺度结构的测度解研究,而数学上尚未建立相关的理论基础。.围绕这一难点,本项目在数学理论上取得了如下重要进展:系统研究了理想高超音速欧拉流绕二维有限长/无限长楔形、三维楔面及带攻角锥面的流动问题中无穷薄激波层的数学刻画,提出了适用于任意维数和一般状态方程的欧拉方程组初边值问题的Radon测度解定义,并通过严格的构造方法证明了解的存在性。这一研究不仅从数学角度验证了牛顿正弦平方律及牛顿-布斯曼压力律并进行了推广,为这些物理理论提供了严格的数学支撑,同时也为高超音速极限流中的复杂薄激波层数值模拟提供了一种高效的降尺度计算方法,揭示了欧拉方程组Radon测度解在高超音速流研究中的必要性与重要性。.本项目将这一理论深入推进至非定常欧拉方程组测度值解的(奇异)黎曼问题研究中,不仅发现了新的波结构现象,还成功将该理论应用于多个具有重要理论与应用价值的研究方向,包括活塞问题、多相流问题等流固耦合问题以及相变问题的研究。研究结果表明,双曲方程(组)特定初边值问题可转化为初值问题进行研究,为多尺度结构问题的研究开辟了新途径。与此同时,这些应用问题的研究也为双曲守恒律测度值解理论提供了清晰的物理背景,为其进一步发展注入了新的动力,形成了理论与应用相互促进的良性循环。
高超音速楔形流薄激波层多尺度结构的数学理论研究
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批准号:12571239
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项目类别:面上项目
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资助金额:43.00万元
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批准年份:2025
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负责人:屈爱芳
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依托单位:
超音速绕流及线性退化双曲组中若干问题的研究
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批准号:11571357
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项目类别:面上项目
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资助金额:45.0万元
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批准年份:2015
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负责人:屈爱芳
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依托单位:
国内基金
海外基金