研究成果:
一、粘性流體力學方面:
(1)1967年他與國外學者同期獨立提出擴散拋物化Navier-Stokes (DPNS)方程組,同年合作提出求解DPNS方程組的空間推進算法,并用于計算高速非平衡繞流工程項目。DPNS方程組亦稱拋物化NS或薄層NS方程組,在航空航天能源動力等的流體工程計算中得到廣泛應用,DPNS方程已成為與著名Euler方程并列的流體力學基本方程,空間推進算法亦在流體工程計算中得到應用。
(2)提出描述對流擴散非線性競爭過程的擴散拋物化理論,為Navier-Stokes(NS)方程組及其離散方程和流體運動穩(wěn)定性方程組的簡化提供了統(tǒng)一的力學簡化理論。
(3)提出剪切流及其線性化和非線性擾動流存在同一對流擴散競爭尺度結構的尺度結構不變性理論,由此導出廣義Orr-Sommerfeld穩(wěn)定性方程和擴散拋物化穩(wěn)定性方程(DPSE),DPSE亦稱拋物化穩(wěn)定性方程(PSE),在可壓縮流穩(wěn)定性計算中得到了廣泛應用;提出DPSE和DPNS方程數(shù)學性質的特征次特征分析,證實DPSE和DPNS方程組并未拋物化而僅為擴散拋物化的數(shù)學性質。
(4)近幾年又提出數(shù)值計算中耦合擴散拋物化(DP)理論的算法:按照DP理論,網絡間距在所有方向大于耗散尺度的區(qū)域控制方程為Euler方程組,在部分方向大于部分方向為耗散尺度大小的區(qū)域為DPNS方程組,網格間距在所有方向為耗散尺度大小的區(qū)域為NS方程組;故可聯(lián)解Euler,DPNS和NS方程組計算高雷諾數(shù)繞流流動,稱作物理分區(qū)或離散流體力學算法;合作證實了該算法正確有效與物理直觀相符且節(jié)省機時。
(5)提出粘性項只保留剪切粘性項的廣義擴散拋物化NS方程理論和算法研究獲得1997年中國科學院自然科學一等獎。DPNS(即PNS)方程被寫入多部流體力學和計算流體力學專著;Euler,DPNS和NS方程被許多氣動計算軟件選作三組基本控制方程。
二、激光與氣流介質相互作用現(xiàn)象研究:
(1)對氣流化學激光性能的分析計算,1979年他提出氣流用連續(xù)介質方程描述、激光能級粒子隨機熱運動效應用氣體動力學(GK)方程描述的半氣體動力學(SGK)模型,獲得與激光強度有關的非線性增益飽和關系,比線性增益(激光能級粒子速度分布假定為麥克斯韋分布)即常用的速率方程模型的適用范圍更寬廣。合作把SGK模型較系統(tǒng)地應用于計算氣流HF/DF化學激光等的性能(包括強度、功率、效率等)。他利用SGK模型預言了氣流化學激光增益的反常飽和規(guī)律、合作算出反常飽和譜線形,理論結果均得到超聲速HF化學激光的實驗證實。
(2)近年來合作把SGK模型由氣流化學振一轉躍遷激光拓廣到氣流化學電子態(tài)躍遷激光,分析計算了氣流化學氧碘激光(COIL)的性能,增益反常飽和規(guī)律和反常飽和譜線形等。該項研究成果于1988年在氣流化學激光國際會議上做了大會邀請報告,獲得1999年中國科學院自然科學二等獎,并被寫入“激光技術物理”(1993)教科書中。
三、兩相流研究:
1986年他引入兩相流固有的小參數(shù),提出包含該小參數(shù)的混合相和相馳豫方程組理論。該文發(fā)表在《中國科學》上。
四、計算流體力學研究:
對流運動微分方程的有限差分近似(格式)和積分方程的有限體積格式,提出高格式精度的數(shù)值攝動方法;該法通過修正空間差分項系數(shù)或界面通量的數(shù)值,即把系數(shù)和通量的數(shù)值攝動展開成網格間距的冪級數(shù),并利用運動方程中諸項之間的關系求出冪級數(shù)的系數(shù),由此獲得高精度攝動有限差分(PFD)格式和攝動有限體積(PFV)格式。他(包括他豫=與合作者)具體構造了對流擴散方程,不可壓和可壓縮NS方程組等的PFD格式和PFV格式;PFD格式具有使用最少的基點(對一、二和三維問題分別使用三、五和七個基點)、邊界和內點PFD格式精度一致等優(yōu)點。PFV格式具有使用最少控制單元(使用控制單元與一階迎風格式使用單元相同),邊界和內點PFV格式一致,非結構與結構網格、變步長與等步長的PFV格式一致等優(yōu)點。合作證實了所構造PFD和PFV格式的高精度、高效、魯棒性好的優(yōu)良性能。馮康院士稱該法“真正把分析方法引入格式之中”,美K.R.Rajagopal教授稱該法是“計算流體力學和傳熱傳質學領域的重大進展”。PFD方法被稱作
高智-陳國謙方法寫入講義,PFV方法比PFD方法適用范圍廣且簡單,被《十•五》氣動計算軟件開發(fā)項目選作實用算法,正著手轉入氣動計算軟件平臺。
五、對湍流研究:
(1)合作導出均勻各向同性湍流的譜線形為Gauss線性。提出二維無粘-粘性干擾湍流邊界層理論,經典湍流邊界層,湍流邊界層分離三層理論是該理論的特例,由此導出擴散拋物化Reynolds平均NS方程和擴散拋物化κ-ε方程。
(2)他和莊逢甘院士合作建議把湍流尺度間相互作用的近程規(guī)律用于湍流的統(tǒng)計平均分析,由此提出湍流的多尺度方程組。在湍流運動可用非定常NS方程組描述的前提下、給出近程尺度范圍的合理估計、導出近程湍流應力、近程湍流熱傳導諸公式,并引入尺度間共振互作用的概念,導出共振湍流應力、共振湍流熱傳諸公式,給出不可壓縮和可壓縮湍流、不包含任何尺度即大小尺度方程組計算了典型不可壓縮湍流,初步數(shù)值地證實近程湍流應力諸公式正確、有效,初步證實多尺度模型是湍流計算的一個有效途徑。
六、合作研究過管道流量自動調節(jié)、再入大氣飛行軌道、再入大氣物理現(xiàn)象、邊界元算法和WENO格式等。
論文專著:
1. 高雷諾數(shù)流動理論、算法和應用的若干研究進展 高智 周光坰 力學進展 2001年 第03期
2. 湍流計算的多尺度模型與尺度間相互作用規(guī)律 高智 2003空氣動力學前沿研究研討會
3. 湍流計算的多尺度模型與尺度間相互作用規(guī)律 高智 自然科學進展 2003年 第11期
4. 有二次渦的激波邊界層干擾流動的DPNS和NS方程計算 申義慶 高智 王汝權 空氣動力學學報 2000年 第04期
5. 攝動有限差分方法研究進展 高智 力學進展 2000年 第02期
6. 同位非結構和結構網格攝動有限體積法(PFV)求解二維Navier-Stokes方程組 高智 代民果 李桂波 柏威 應用數(shù)學和力學 2005年 第02期
7. 攝動有限差分(PFD)方法的數(shù)值計算 朱力立 胡利民 高智 水動力學研究與進展A輯 2003年 第06期
8. Navier-Stokes(NS)方程組差分計算中的物理和網格尺度效應及NS方程組的簡化 高智 申義慶 空氣動力學學報 2001年 第01期
9. 化學反應與飽和模型對化學氧碘激光性能的影響 胡利民 申義慶 高智 強激光與粒子束 2004年 第11期
10. NS方程激波計算的攝動有限差分方法 申義慶 高智 楊國偉 空氣動力學學報 2006年 第03期
11. 粘性流動有限差分計算的新策略 高智 申義慶 中國科學A輯 1999年 第05期
12. 氣流化學激光理論研究的若干進展 高智 胡利民 力學進展 2003年 第02期
13. 一個基于非均勻網格上的二階基本無振蕩差分格式 申義慶 高智 力學學報 2003年 第02期
14. 強粘性層流理論及在粘性流計算中的應用 高智 空氣動力學學報 2001年 第04期
15. 二維拋物化穩(wěn)定性方程的特征和次特征 李明軍 高智 應用力學學報 2002年 第03期
16. 耦合離散流體理論的差分格式及其應用 申義慶 高智 計算力學學報 2000年 第04期
17. 攝動有限體積法重構近似高精度的意義 高智 向華 申義慶 計算物理 2004年 第02期
18. 超聲速化學氧碘激光(SCOIL)性能計算的半氣體動理學(SGK)模型 高智 胡利民 申義慶 中國科學G輯 2004年 第01期
19. 對流擴散方程的變步長攝動有限差分格式 高智 李明軍 朱力立 第十一屆全國計算流體力學會議 2002
20. 利用流體運動大小尺度方程組計算二維槽道湍流 申義慶 楊國偉 高智 第十二屆全國計算流體力學會議 2004
21. 不可壓和可壓縮湍流的多尺度方程組 高智 莊逢甘 近代空氣動力學研討會
22. 高分辨率有限緊致格式 申義慶 楊國偉 高智 中國力學學會學術大會'2005 2005
23. λ算法在軸對稱情況的改進 彭世謬 余少志 高智 計算物理 1993年 第04期
24. 簡化Navier-Stokes方程組及其數(shù)學性質 王汝權 劉學宗 焦履瓊 高智 力學學報 1980年 第03期
25. CMP流場的數(shù)值模擬及離心力影響分析 高太元 李明軍 胡利民 高智 力學學報 2008年 第06期
26. 同位網格攝動有限體積格式求解浮力驅動方腔流 代民果 高智 力學學報 2006年 第06期
27. 小鈍頭錐無粘平衡、非平衡繞流流場的數(shù)值分析 周正瑾 高智 馬文駒 空氣動力學學報 1982年 第01期
28. CMP潤滑方程的Chebyshev加速超松弛法求解 高太元 李明軍 高智 自然科學進展 2007年 第12期
29. 流體運動穩(wěn)定性方程組橢圓特性的分析與應用 李明軍 高智 應用數(shù)學和力學 2003年 第11期
30. 簡化Navier-Stokes方程組及無粘和粘性邊界層聯(lián)合求解 高智 力學學報 1982年 第06期
31. 對流擴散方程的變步長攝動有限差分格式 李桂波 李明軍 高智 水動力學研究與進展A輯 2005年 第03期
32. 對流擴散方程的攝動有限體積(PFV)方法及討論 高智 柏威 力學學報 2004年 第01期
33. 流動化學激光的運動論研究 高智 鄂學全 中國科學A輯 1982年 第01期
34. 氣體激光中的對流效應 高智 物理學報 1984年 第09期
35. 分析充滿粘性液體的二維文杜里毛細管道中長氣泡分裂的邊界元方法 盧文強 高智 陳緒明 科學通報 1989年 第03期
36. 超聲速氧碘化學激光的性能分析 胡利民 高智 強激光與粒子束 2002年 第04期
37. N-S方程及其簡化形式在圓柱繞流分離點鄰域的數(shù)學性質 彭世镠 高智 航空學報 1995年 第05期
38. HF化學激光放大器的交叉弛豫動力學研究 范安輔 高智 周昕 中國科學A輯 1998年 第08期
39. 粘流-無粘干擾流動(IF)理論 高智 力學學報 1990年 第01期
40. 簡化Navier-Stokes(SNS)方程在二維層流邊界層分離點鄰域的特性 田紀偉 高智 中國科學A輯 1992年 第03期
41. 簡化Navier-Stokes方程的一般理論 陳國謙 陳耀松 高智 中國科學A輯 1990年 第12期
42. 對流擴散方程的四階指數(shù)型差分格式 陳國謙 楊志峰 高智 計算物理 1991年 第04期
43. 二維斜入射定常駐點流解析解——干擾剪切流動理論的一個應用 李桂波 高智 非定常空氣動力學研討會 2007
44. Navier-Stokes(NS)方程組差分計算中的物理和網格尺度效應及NS方程組的簡化 高智 申義慶 第十屆全國計算流體力學會議 2000
45. 干擾剪切流動(ISF)和邊界層流動及ISF理論在計算流體力學(CFD)中的應用 高智 力學進展 2008年 第01期
46. 壁判據(jù)用于計算流體力學(CFD)可信度評估 高智 空氣動力學學報 2008年 第03期
47. 雙曲守恒型方程的二階攝動有限差分格式 申義慶 高智 楊頂輝 空氣動力學學報 2003年 第03期
48. 高雷諾數(shù)流動的控制方程體系和擴散拋物化Navier-Stokes方程組的意義和用途 高智 力學進展 2005年 第03期
49. 湍流不同尺度間的近程和共振作用規(guī)律及應用 高智 應用數(shù)學和力學 2004年 第08期
50. 強粘性剪切流穩(wěn)定性方程組的簡化及計算判據(jù) 李明軍 高智 工程數(shù)學學報 2004年 第06期
52. 對流擴散方程的四階緊湊迎風差分格式 陳國謙 高智 計算數(shù)學 1992年 第03期
53. 二維剪切流的粘性-無粘湍流干擾理論 高智 中國科學A輯 1992年 第06期
54. 非平衡氣流與化學激光的增益飽和效應 范安輔 高智 物理學報 1993年 第03期
55. 輻射非平衡流的運動論研究及對氣流激光的應用 高智 力學學報 1982年 第01期
56. 穩(wěn)態(tài)CO激光的解析理論 高智 孫文超 物理學報 1980年 第07期
57. 氣流激光的增益、強度和功率理論 高智 趙庶陶 力學學報 1980年 第02期
58. 連續(xù)波化學激光中的非均勻加寬效應 鄂學全 高智 應用激光 1982年 第01期
59. 連續(xù)波化學激光的非均勻加寬效應 鄂學全 高智 光學學報 1983年 第06期
60. 非平衡、非絕熱氣體中的波 高智 盧文強 物理學報 1983年 第06期
61. 橫流放電CO_2激光的理論分析 高智 林烈 孫文超 物理學報 1979年 第06期
62. 氣流與化學激光的增益飽和 高智 中國科學A輯 1984年 第11期
63. 三維簡化Navier-Stokes方程的最優(yōu)形式 王汝權 高智 空氣動力學學報 1985年 第04期
64. 簡化Navier-Stokes方程組(SNSE)的幾個精確解 高智 力學學報 1985年 第03期
65. 兩相流的相弛豫理論 高智 中國科學A輯 1985年 第05期
66. 測量氣流速度的新方法——激光譜線測量 嚴海星 高智 中國激光 1986年 第09期
67. 激光譜線測速原理討論 高智 力學學報 1986年 第03期
68. 渡越加寬對非均勻加寬線型和線寬的影響 李英洪 高智 光學學報 1987年 第04期
69. 湍流普適平衡區(qū)的能譜 錢儉 高智 力學學報 1987年 第02期
70. 論簡化Navier-Stokes方程組(SNSE) 高智 中國科學A輯 1987年 第10期
71. 流體力學基本方程組(BEFM)的層次結構理論和簡化Navier-Stokes方程組(SNSE) 高智 力學學報 1988年 第02期
72. 層流射流流動的簡化Navier-Stokes方程(SNSE)解 高智 力學學報 1988年 第05期
73. 簡化Navier-Stokes方程的層次結構及其力學內涵和應用 高智 中國科學A輯 1988年 第06期
74. 對流體力學的研究方向和若干近期工作的幾點看法 高智 中國科學基金 1988年 第03期
75. 激光拉曼散射在氣體動力學測量中的應用 趙庶陶 高智 力學與實踐 1980年 第04期
76. 簡化Navier-Stokes方程的基本形式 陳國謙 陳耀松 高智 水動力學研究與進展A輯 1990年 第03期
77. 氣流與化學激光中的碰撞和非均勻加寬效應——理論分析模型 高智 物理學報 1981年 第12期
78. 關于氣體激光中的流動效應問題 高智 力學學報 1981年 第03期
79. 連續(xù)波快速流化學激光的一般分析模型 高智 趙烈 鄂學全 中國激光 1980年 第Z1期
80. 對流擴散方程的迎風變換及相應有限差分方法 陳國謙 高智 力學學報 1991年 第04期
81. 對流-擴散相互作用結構的不變性 高智 力學學報 1992年 第06期
82. 高雷諾數(shù)流動的離散流體力學分區(qū)算法 申義慶 高智 楊頂輝 第十一屆全國計算流體力學會議 2002