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基于KMC方法的离解氧原子在硅基防热材料表面催化复合模型研究
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作者 李芹 杨肖峰 +1 位作者 董威 杜雁霞 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第1期223-229,共7页
为了精确模拟化学非平衡气流在高速飞行器表面的多相催化反应过程,进而提高气动热的预测精度,基于反应动力学机理和硅基材料表面的微观物性参数,发展了一种用于模拟多步催化反应过程的运动学蒙特卡罗(KMC)模型,用于求解高焓离解气体在... 为了精确模拟化学非平衡气流在高速飞行器表面的多相催化反应过程,进而提高气动热的预测精度,基于反应动力学机理和硅基材料表面的微观物性参数,发展了一种用于模拟多步催化反应过程的运动学蒙特卡罗(KMC)模型,用于求解高焓离解气体在硅基材料表面的复合速率。模型将吸附、ER/LH复合、热解附四种微观反应过程考虑在内,并从碰撞频率和反应系数两个角度给出各反应的相对概率,作为KMC随机选取下一反应发生的依据。采用该模型计算的表面反应结果表明,LH复合反应具有明显的空间效应,该效应在高壁面温度条件下更明显,导致KMC模型预测的氧原子覆盖率低于基于均匀吸附表面假设的宏观模型的结果,且壁面温度越高相差越大。此外,研究发现ER和LH复合反应速率均随壁面温度的升高先增加后减小。KMC模型可以为宏观CFD计算提供更精确的催化壁面边界条件,用于气动热的精细化预测,为飞行器热防护系统的设计提供理论支撑。 展开更多
关键词 气动热 多相催化 界面物理 运动学蒙特卡罗方法
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基于翅片超表面钝体的流致振动俘能特性研究 被引量:1
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作者 张野 王军雷 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第10期2199-2216,共18页
超表面结构对钝体气动力特性有显著影响.为了增强普通圆柱的流致振动俘能特性,在圆柱表面装配不同高度和不同数量的翅片超表面并研究其对流致振动俘能特性的影响.搭建流致振动俘能实验平台并制作压电俘能器,实验分析了不同俘能器的俘能... 超表面结构对钝体气动力特性有显著影响.为了增强普通圆柱的流致振动俘能特性,在圆柱表面装配不同高度和不同数量的翅片超表面并研究其对流致振动俘能特性的影响.搭建流致振动俘能实验平台并制作压电俘能器,实验分析了不同俘能器的俘能特性.基于Tamura和Shimada提出的涡驰耦合模型(Tamura-Shimada模型),推导单自由度(single-degree-of-freedom,SDOF)压电俘能器流−固−电耦合理论模型,并研究了俘能器的气动力参数对其俘能特性的影响.建立计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)模型,仿真分析了不同钝体的旋涡脱落模式和流场特性.实验结果表明翅片超表面能够显著改变钝体的动力学响应:抑制涡激振动从而降低俘能特性或从涡激振动转变为驰振从而显著增强俘能特性.当风速超过相应驰振起振风速后,俘能器出现驰振特征并表现为稳定的极限环振荡(limit cycle oscillation,LCO).理论模型能够较为准确地预测俘能器的电压响应.通过仿真分析可知,翅片超表面能够显著改变钝体后方的旋涡强度,导致其动态响应发生变化,最终影响其俘能特性.此外,研究了不同接口电路对压电俘能器输出功率的影响,与标准直流(direct current,DC)电路相比,自供能同步电荷提取(self-powered synchronous charge extraction,SP-SCE)电路不仅可以提升压电俘能器的输出功率同时也可以提供更加稳定的功率输出,消除了阻抗匹配的要求,保证了高性能压电俘能器在实际应用中的灵活性. 展开更多
关键词 翅片超表面 流致振动 俘能 气动力 接口电路
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Influence of Metal Material Properties on Heat and Mass Transfer into Thermal Protection Surface with Phenomenological Catalytic Model 被引量:1
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作者 LI Qin YANG Xiaofeng +1 位作者 DONG Wei DU Yanxia 《Journal of Thermal Science》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第3期993-1006,共14页
Surface heterogeneous catalysis in a high-enthalpy dissociated environment leads to a remarkable enhancement of aerodynamic heating into the thermal protection surface of hypersonic aircraft.To more accurately predict... Surface heterogeneous catalysis in a high-enthalpy dissociated environment leads to a remarkable enhancement of aerodynamic heating into the thermal protection surface of hypersonic aircraft.To more accurately predict this catalytic heating,a kinetic catalytic model was constructed.This model involved four elementary reactions,the rates of which were determined on mean-field approximation and surface steady-state reaction assumption.By coupling this model into the viscous wall boundary condition of computational fluid dynamics(CFD)solver,the influences of metal material catalytic properties on heat and mass transfer into thermal protection materials were numerically investigated.Numerical results showed that atomic oxygen recombination catalyzed by surface material accounts for a major contribution to aerodynamic heating and thus variation in recombination rates from different materials leads to the significant difference in surface heat fluxes.From a comparative analysis of various materials,the catalytic activity increases from the inert platinum(Pt)to nickel(Ni)and finally to the active copper(Cu).As a result,the catalytic heating on Cu surface was more than twice of that on Pt surface.Further parametrical research revealed that the proper layout of inert material at the nose of aircraft could prevent stagnation catalytic heating from thermal damage by carrying near-wall dissociated atoms from the stagnation zone downstream.The material-relied heterogeneous catalysis mechanism in this study provides some technical support for the thermal protection system design of hypersonic aircraft. 展开更多
关键词 aerodynamic heating chemical non-equilibrium flow heterogeneous catalysis phenomenological model high-temperature interface effects
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高超声速飞行器表面吸附特性对多相催化过程影响的数值模拟 被引量:5
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作者 李芹 杨肖峰 +1 位作者 董威 杜雁霞 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第11期1352-1361,共10页
针对表面催化效应对高超声速飞行器气动热影响显著且难以准确预测的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,建立了含物理/化学吸附、Eley-Rideal(ER)和Langmuir-Hinshelwood(LH)复合的有限速率四步表面多相催化模型.基于该模型进行... 针对表面催化效应对高超声速飞行器气动热影响显著且难以准确预测的问题,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,建立了含物理/化学吸附、Eley-Rideal(ER)和Langmuir-Hinshelwood(LH)复合的有限速率四步表面多相催化模型.基于该模型进行了高超声速圆柱绕流数值模拟,分析了物理和化学吸附位覆盖率对高焓空气流场表面催化反应速率和气动热的影响.结果表明:所发展的催化模型可有效提升气动热预测精准度;受各吸附、复合反应过程的交叉影响,表面覆盖率对气动热的影响是非线性的.所建模型基于真实的物理过程,能够反映材料催化属性的差异,可为高超声速飞行器热防护系统的轻量化、低冗余设计提供理论支撑. 展开更多
关键词 表面催化反应 化学非平衡 物理吸附 气动热 高超声速 界面物理
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机翼对后置螺旋桨性能影响的研究 被引量:2
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作者 韩俊豪 王云 张国喜 《南昌航空大学学报(自然科学版)》 CAS 2014年第4期55-59,共5页
运用旋转坐标系对RANS方程进行求解,分析机翼对后置式螺旋桨的影响规律。研究结果表明:与无机翼相比,在相同情况下,机翼可以增加螺旋桨的推力和扭矩,但对推力的影响更为明显;机翼尾部的下洗流改变了螺旋桨附近流场,使流动方向偏向螺旋桨... 运用旋转坐标系对RANS方程进行求解,分析机翼对后置式螺旋桨的影响规律。研究结果表明:与无机翼相比,在相同情况下,机翼可以增加螺旋桨的推力和扭矩,但对推力的影响更为明显;机翼尾部的下洗流改变了螺旋桨附近流场,使流动方向偏向螺旋桨;螺旋桨前后压强均比无机翼时大,而且螺旋桨出口压强增大更为明显;流经螺旋桨的质量流量净增量在有机翼时更大。计算结果可以为工程应用提供参考。 展开更多
关键词 螺旋桨 机翼 滑流 气动干扰 旋转坐标系
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综合压力畸变指数的计算软件设计及验证 被引量:1
6
作者 屈霁云 马明明 《航空发动机》 2009年第5期11-14,共4页
设计了专用软件计算稳态压力畸变指数,同时利用该软件绘制了气动界面总压图谱,并利用某风洞试验数据验证了该软件的准确性;设计了数字滤波器对动态压力数据进行处理,研究了滤波器截止频率、数据取样时间对动态压力畸变指数的影响。应用... 设计了专用软件计算稳态压力畸变指数,同时利用该软件绘制了气动界面总压图谱,并利用某风洞试验数据验证了该软件的准确性;设计了数字滤波器对动态压力数据进行处理,研究了滤波器截止频率、数据取样时间对动态压力畸变指数的影响。应用所设计的稳态压力绘图和畸变计算软件及动态压力数据处理方法,对某型飞机飞行时发动机进口气动界面的综合压力畸变指数进行了计算。 展开更多
关键词 畸变指数 稳态压力 动态压力 气动界面 图谱 数字滤波器 截止频率 取样时间
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气动设计集成系统后处理用户界面的开发
7
作者 崔美肖 高超 马振琨 《航空计算技术》 2013年第4期102-104,共3页
气动设计集成系统借助C++Builder平台实现了FASTRAN的自动化批处理,大大提高了计算效率,是一个专业性很强的系统。系统分为前置处理、流动解算、后处理三个模块。针对后处理模块对用户界面进行了开发,以显示压力分布云图为例,阐述了CFD-... 气动设计集成系统借助C++Builder平台实现了FASTRAN的自动化批处理,大大提高了计算效率,是一个专业性很强的系统。系统分为前置处理、流动解算、后处理三个模块。针对后处理模块对用户界面进行了开发,以显示压力分布云图为例,阐述了CFD-VIEW图形自动生成的过程。首次应用于运载火箭的研发,因而具有重要的现实意义。 展开更多
关键词 气动设计 集成系统 后处理 用户界面
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某型发动机空气流量计算影响因素研究 被引量:9
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作者 王红 马明明 《燃气涡轮试验与研究》 2010年第3期22-26,共5页
本文采用不同方式计算了若干条件下某型发动机特定状态的空气流量,重点讨论了内圈总静压径向不均匀性、总静压周向不均匀性、最外转静压作为气动界面平均静压和近壁面流动对空气流量计算结果的影响,获得了有价值的结果修正数据,对气动... 本文采用不同方式计算了若干条件下某型发动机特定状态的空气流量,重点讨论了内圈总静压径向不均匀性、总静压周向不均匀性、最外转静压作为气动界面平均静压和近壁面流动对空气流量计算结果的影响,获得了有价值的结果修正数据,对气动界面的总静压测点布局和空气流量的准确计算具有一定的工程指导意义。 展开更多
关键词 空气流量 气动界面 测点布局 附面层
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编队飞行风洞实验研究 被引量:5
9
作者 刘志勇 陶洋 +2 位作者 史志伟 耿玺 尹协振 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2016年第4期20-25,共6页
在1m非定常风洞中开展了两机编队飞行试验研究。前机采用尾支撑转接垂直叶型支杆与坐标架连接,可以实现相对位置(纵向、侧向和垂向间距)的精确改变;后机通过尾支撑连接到风洞的主支撑机构上,可以实现迎角的变化。采用内式六分量应变天... 在1m非定常风洞中开展了两机编队飞行试验研究。前机采用尾支撑转接垂直叶型支杆与坐标架连接,可以实现相对位置(纵向、侧向和垂向间距)的精确改变;后机通过尾支撑连接到风洞的主支撑机构上,可以实现迎角的变化。采用内式六分量应变天平测量后机的气动力受前机尾涡流影响的变化情况,对后机的绕流场进行了PIV测量。试验中使用了2组模型,一组是简化的翼身组合体模型,另一组是翼身融合体飞翼布局模型。结果表明:当前机翼尖涡靠近后机翼面时,后机的升阻比变化较明显;当前机翼尖涡靠近后机翼尖时,后机可获得最大升阻比;前机迎角增大时,后机的升阻特性有较明显变化;当后机的迎角大于8°时,其升阻比基本不受前机影响。 展开更多
关键词 编队飞行 翼尖涡 气动力 试验 多体干扰 尾涡
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临近空间桨梢小翼螺旋桨布局气动增效研究 被引量:5
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作者 许成杰 杨旭东 朱敏 《航空计算技术》 2011年第5期61-64,共4页
基于雷诺平均Navier-Stokes控制方程和非结构网格旋转/静止滑移面技术,开展了临近空间螺旋桨桨梢小翼构型气动布局与增效作用机理研究,采用静止与旋转域的多块网格布局策略及转/静滑移面技术,发展了高效的螺旋桨流场与性能分析方法;通... 基于雷诺平均Navier-Stokes控制方程和非结构网格旋转/静止滑移面技术,开展了临近空间螺旋桨桨梢小翼构型气动布局与增效作用机理研究,采用静止与旋转域的多块网格布局策略及转/静滑移面技术,发展了高效的螺旋桨流场与性能分析方法;通过开展上翘小翼、上下翘小翼等多种桨梢小翼螺旋桨布局研究,初步建立了基础参数的性能影响规律,研究表明:桨梢小翼螺旋桨布局是临近空间工况环境提高气动效率的一种合理可行的技术途径。 展开更多
关键词 螺旋桨桨梢小翼构型 Navier—Stokes方程 气动效率 转/静滑移面 非结构网格
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铝硅准二元玻璃硬度和抗碎裂性演化的结构起源 被引量:2
11
作者 丁志松 王兵兵 +3 位作者 王振涛 乔昂 顾少轩 陶海征 《硅酸盐学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期894-901,共8页
为探究准二元铝硅玻璃硬度和抗碎裂性随组分变化的结构起源,采用激光加热气动悬浮技术,制备了组分为x Al_(2)O_(3)·(100-x)SiO_(2)(30≤x≤63,摩尔分数)的系列玻璃样品。利用显微维氏硬度仪对玻璃的硬度、抗碎裂性进行了详细表征... 为探究准二元铝硅玻璃硬度和抗碎裂性随组分变化的结构起源,采用激光加热气动悬浮技术,制备了组分为x Al_(2)O_(3)·(100-x)SiO_(2)(30≤x≤63,摩尔分数)的系列玻璃样品。利用显微维氏硬度仪对玻璃的硬度、抗碎裂性进行了详细表征。结果表明:随着Al_(2)O_(3)含量增加,玻璃硬度逐渐升高,于x=63时硬度最大(8.94GPa);而玻璃的抗碎裂性随Al_(2)O_(3)含量的增加呈现非线性变化,并于x=63时出现最大的抗碎裂性(19.49 N)。结构解析发现:随着Al_(2)O_(3)含量增加,原子堆积密度和平均场键能密度的升高是导致玻璃硬度上升的原因;存在分相的玻璃中相界面可有效提升玻璃的抗碎裂性能,而单相均匀玻璃中Al含量的提升亦会明显提升玻璃的抗碎裂性,这两者之间的协同和相互竞争是准二元铝硅体系玻璃抗碎裂性出现非线性变化的结构根源。莫来石相区组分的玻璃结构类似,抗碎裂性未发生明显的变化。 展开更多
关键词 铝硅酸盐玻璃 气动悬浮技术 硬度 抗碎裂性 相界面
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基于机器学习的界面多相催化效应动力学蒙特卡罗模化 被引量:1
12
作者 李芹 王梓伊 +4 位作者 杨肖峰 董威 刘磊 杜雁霞 桂业伟 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2022年第12期116-126,共11页
高焓气动环境表面多相催化效应对高超声速飞行器气动热有显著影响,对该效应多尺度特征的表征建模是飞行器热防护系统轻量化、低冗余设计的重要前提.采用动力学蒙特卡罗方法,建立了可用于宏观流场计算的界面多相催化介观模型,并通过径向... 高焓气动环境表面多相催化效应对高超声速飞行器气动热有显著影响,对该效应多尺度特征的表征建模是飞行器热防护系统轻量化、低冗余设计的重要前提.采用动力学蒙特卡罗方法,建立了可用于宏观流场计算的界面多相催化介观模型,并通过径向基函数神经网络算法,训练形成了基于机器学习的吸附演化动力学精确解析的界面多相催化代理模型,实现了催化复合系数的快速精准预测.研究表明,基于机器学习的界面催化代理模型获得的复合系数预测值与动力学蒙特卡罗方法相一致,同时计算时间大幅缩短至常规宏观方法耗时.通过与宏观非平衡流场求解器耦合,所建立的界面催化模型可快速获得多尺度界面多相催化效应下的表面气动加热热流.基于机器学习方法对微细尺度的计算结果进行模化并用于宏观计算,在解析界面多相反应演化动力学的同时,提升了计算效率,为工程适用的飞行器复杂高温效应跨尺度建模提供了理论依据. 展开更多
关键词 化学非平衡 气动热 界面多相催化 动力学蒙特卡罗 机器学习 径向基函数神经网络
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集中参数非线性结构的气动弹性模拟方法 被引量:2
13
作者 高博 王奔 +1 位作者 张忠 郭静 《强度与环境》 CSCD 2019年第3期34-38,共5页
本文基于固定界面模态综合法建立非线性结构模型,基于ZONA方法及最小状态法获得非线性结构的非定常气动力,最后开展了间隙非线性结构的气动弹性仿真,分析了不同初始扰动及飞行速度下结构的气动弹性响应,该成果可用于其他形式集中参数非... 本文基于固定界面模态综合法建立非线性结构模型,基于ZONA方法及最小状态法获得非线性结构的非定常气动力,最后开展了间隙非线性结构的气动弹性仿真,分析了不同初始扰动及飞行速度下结构的气动弹性响应,该成果可用于其他形式集中参数非线性结构的气动弹性仿真分析,具有一定的研究价值。 展开更多
关键词 集中参数非线性 气动弹性 非定常气动力 固定界面模态综合法
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用于晶体生长的地基无容器悬浮技术 被引量:1
14
作者 曹慧玲 郭云珠 +4 位作者 马晓亮 卢慧甍 解旭卓 周伯儒 尹大川 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第19期1-6,共6页
空间微重力环境下几乎无对流和沉降,可为晶体生长提供一个相对稳定和均一的理想环境,易于得到尺寸较大的高质量单晶。但是,空间结晶实验成功率低,费用昂贵,实验机会受限。因此,研发各种空间微重力环境地基模拟技术具有重要意义。目前可... 空间微重力环境下几乎无对流和沉降,可为晶体生长提供一个相对稳定和均一的理想环境,易于得到尺寸较大的高质量单晶。但是,空间结晶实验成功率低,费用昂贵,实验机会受限。因此,研发各种空间微重力环境地基模拟技术具有重要意义。目前可用于晶体生长的地基无容器悬浮技术主要有空气动力悬浮、静电悬浮、电磁悬浮、液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术等。这些地基模拟技术可实现晶体的无容器悬浮生长,避免器壁对晶体生长的不良影响,提高晶体质量,为解决X射线单晶衍射技术中的瓶颈问题提供新途径,还可为在地基进行结晶动力学和机理研究提供简单易行的方法。从技术原理、优势、缺陷及在结晶(特别是蛋白质结晶)中的应用4个方面对这些技术逐一进行了介绍和评述。重点介绍了液体界面悬浮、超声悬浮和磁场悬浮技术这3种用于蛋白质晶体生长的较为成熟的地基无容器悬浮技术。 展开更多
关键词 晶体生长 地基模拟技术 无容器悬浮 空气动力悬浮 静电悬浮 电磁悬浮 液体界面悬浮 超声悬浮 磁场悬浮
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Multi-domain Spectral Immersed Interface Method for Solving Elliptic Equation with a Global Description of Discontinuous Functions 被引量:1
15
作者 JIANG Yongsong LIANG An +1 位作者 SUN Xiaofeng JING Xiaodong 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第3期297-310,共14页
This paper presents the extension of the global description approach of a discontinuous function, which is proposed in the previous paper, to a spectral domain decomposition method. This multi-domain spectral immersed... This paper presents the extension of the global description approach of a discontinuous function, which is proposed in the previous paper, to a spectral domain decomposition method. This multi-domain spectral immersed interlace method(IIM) divides the whole computation domain into the smooth and discontinuous parts. Fewer points on the smooth domains are used via taking advantage of the high accuracy property of the spectral method, but more points on the discontinuous domains are employed to enhance the resolution of the calculation. Two that the domain decomposition technique can placed around the discontinuity. The present reached, in spite of the enlarged computational discontinuous problems are tested to verify the present method. The results show reduce the error of the spectral IIM, especially when more collocation points are method is t:avorable for the reason that the same level of the accuracy can be domain. 展开更多
关键词 computational aerodynamics immersed interface method immersed boundary method Chebyshev spectral method domain decomposition method
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A second-order numerical method for elliptic equations with singular sources using local flter
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作者 Jiang Yongsong Fang Le +2 位作者 Jing Xiaodong Sun Xiaofeng Francis Leboeuf 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2013年第6期1398-1408,共11页
The presence of Dirac delta function in differential equation can lead to a discontinuity,which may degrade the accuracy of related numerical methods.To improve the accuracy,a secondorder numerical method for elliptic... The presence of Dirac delta function in differential equation can lead to a discontinuity,which may degrade the accuracy of related numerical methods.To improve the accuracy,a secondorder numerical method for elliptic equations with singular sources is introduced by employing a local kernel flter.In this method,the discontinuous equation is convoluted with the kernel function to obtain a more regular one.Then the original equation is replaced by this fltered equation around the singular points,to obtain discrete numerical form.The unchanged equations at the other points are discretized by using a central difference scheme.1D and 2D examples are carried out to validate the correctness and accuracy of the present method.The results show that a second-order of accuracy can be obtained in the fltering framework with an appropriate integration rule.Furthermore,the present method does not need any jump condition,and also has extremely simple form that can be easily extended to high dimensional cases and complex geometry. 展开更多
关键词 Computational aerodynamics Immersed boundary method Immersed interface method Kernel flter Singular source
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