有界压缩VOF算法在界面流问题中的应用

通过在界面标识方程中引入人工压缩项,采用基于非结构网格的高分辨率有界格式,编程实现了一类适合模拟复杂界面流问题的VOF(Volume of Fluid)方法.这类VOF方法可以自动处理界面的拓扑演化,无须进行实时的界面重构,提高了计算效率.应用这种基于有界压缩思想的界面流模拟方法,对三维Rayleigh Taylor不稳定性问题进行了并行模拟.计算结果与相关文献的数据吻合较好,证明了算法的可靠性.研究了密度差和Reynolds数对界面演化的影响,分析了在不同Atwood数下鞍点结构演化规律的异同,对于Reynolds数小于282的界面流问题黏性起着很明显的作用,而Atwood数的影响限于低密度差的界面流动问题,即Atwood数小于0.90的情形.     

平面激波与气泡界面相互作用过程的数值研究

对在空气中的平面激波与He气泡和SF6气泡相互作用过程进行了数值计算。利用大涡模拟(LES)方法,使用具有三阶精度的Third-Order MUSCL算法对气泡的发展与变形过程进行了模拟,然后与文献中的实验结果进行了比较。结果发现:无论激波通过低密度界面还是高密度界面,都会有射流结构和涡的产生,但产生的机理并不相同;对于密度低的界面,气泡会演化为两个对称的"气泡"结构,并产生两个独立的涡和持续时间较短的射流;而对于密度高的界面,气泡会演化为"尖钉"结构。     

大型复杂工程中总承包商与分包商合作创新的演化博弈研究

针对大型复杂工程合作稳定性问题,从知识共享角度切入,引用知识溢出系数、知识吸收率、收益分配系数、补偿系数等因素构造总承包商与分包商合作创新演化模型,并进行M atlab数值仿真模拟,判断策略的演化稳定性.研究发现:演化结果与系统的初始状态密切相关,增大知识吸收能力和补偿金将会有效地促使企业合作创新行为朝着合作的方向演化...     

正弦波动来流条件下复杂结构建筑表面风压分布

对正弦波动来流条件下三维复杂结构建筑物表面风压分布进行了风洞实验测量和数值模拟研究.通过对风洞动力系统的变频调节,实现了正弦来流的周期和振幅变化.采用Realizable k-ε(模型和SIMPLE算法进行了数值模拟.结果显示:来流的正弦波动对建筑表面的风压分布具有显著的影响,与定常平均来流对比,风压系数变化平均达15%.局部最大值达45%;正弦来流对屋面各测点风压系数的影响程度随正弦来流周期的减小而增大,随来流振幅的增加而增大;受影响较大的测点出现在屋面迎风侧流动分离区.     

直接接触换热器中分散相单个气泡的传热机理研究

基于能量微分方程和质量守恒定律,通过对分散相单个气泡在连续相溶液中的直接接触换热理论分析,建立了分散相单个两相气泡在液体连续相中直接接触换热的传热和气泡生长数理模型.得出了单个气泡在其表面上的平均瞬时换热系数和换热的努谢尔特准则数计算公式,并推导出气泡生长速率的计算关联式.此外,对气泡生长速率的主要影响因素进行分析得出:气泡的生长速率是随速度U和温差ΔT的增加而增大,且增加的速率在前期较快,随后逐渐减慢;气泡的生长速率是随初始半径的增加,先增大后减小的.     

振荡流中圆柱体横流涡激振动特性数值分析

为了探究振荡流效应对涡激振动的影响,本文对振荡流中圆柱体的横流涡激振动进行了数值模拟。对数值模型进行了验证分析,对KC数为25和50 2种振荡流下的涡激振动进行模拟,得到了圆柱体流体力、位移和涡量云图。结果表明:振荡流能激发圆柱体的多模态振动,且KC数越大多模态特性越明显;在锁定区间主导模态的幅值明显高于其他模态;锁定区间随着KC数的增大有变宽趋势;流向改变前脱落的漩涡再次经过圆柱体时会增加圆柱体的受力。     

不均匀加热与节流对平行通道不稳定性的影响

为研究反应堆内轴向热流不均匀分布、径向不均匀加热和入口节流对密度波不稳定的影响,利用RELAP5/MOD4.0程序对强迫循环平行通道系统进行数值模拟. 由程序中的非平衡非均相模型和半隐式数值格式所得计算结果与实验数据符合较好. 对比轴向热流线性分布及余弦分布工况下的流动不稳定边界,并做出积分热流沿通道长度的变化曲线以分析其机理,还获取了径向不均匀加热与入口节流工况下系统和通道的临界相变数. 结果表明:轴向热流不均匀分布时系统的稳定性取决于沸腾边界的位置以及积分热流沿通道的分布. 与轴向热流均匀分布相比,轴向热流线性增大或减小分别使系统稳定性增强或减弱;入口过冷度较低时,轴向热流余弦分布提高系统稳定性;入口过冷度较高时,系统稳定性可能增强也可能减弱. 与轴向热流余弦分布相比,峰值偏向入口或出口分别会降低或提高系统稳定性. 径向不均匀加热对系统稳定性影响较小. 增大径向入口节流不均匀性时系统稳定性有减小的趋势,增大任一通道入口节流系数均可提高系统的稳定性.     

毛细管内气-液Taylor流动换热特性数值模拟

采用动网格技术,对恒壁温边界下,竖直上升毛细管(管径为1mm)内充分发展状态的气-液Taylor流动进行数值研究,分析入口雷诺数、气泡体积分数对Taylor流动的换热阻力特性的影响.模拟结果表明,由于Taylor气泡的存在,液柱区域的摩擦阻力因子高于单相流动,模拟结果与经验公式吻合较好.液柱表观努赛尔特数随气泡体积分数的增大而增大,基本不随入口雷诺数的变化而改变.在恒壁温边界下,Taylor气泡及液膜区域对整体传热的贡献较小.液柱区域内循环可以提高加强核心区域与近壁面区域的热量交换,加快换热过程,提高Taylor流动的传热效果.内循环对换热的强化作用随着液柱长度的增大而降低.     

变攻角火箭深弹空泡形态及阻力特性研究

利用Fluent软件对火箭深弹在不同攻角状态下的空泡形态及阻力特性进行研究。通过数值模拟的方式分析空化数及攻角对火箭深弹超空泡形态以及阻力特性的影响。研究结果表明,攻角越大,空泡的不对称性越明显,空泡的稳定性越差;火箭深弹的阻力系数、升力系数及力矩系数均随攻角增加而增大。火箭深弹攻角变化的仿真结果与水洞实验结果基本一致。     

水下爆炸三维数值模拟特征参量敏感性分析

为探究水下爆炸三维数值模拟时网格尺寸和计算水域大小对计算精度的影响,并给出可平衡三维水下爆炸数值模拟精度与效率的参数设置,基于LS-DYNA水下爆炸三维自由场计算模型,以水下爆炸冲击波峰值、气泡脉动特性以及水域运动特性为衡量指标,在50～300 kg炸药爆炸质量下,分别分析了网格尺寸、水域大小对数值模拟精度的影响。研究结果表明：网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心点到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径时,软件可较为准确地模拟水下爆炸冲击波及第1次气泡脉动全过程。综合考虑计算精度与计算效率,建议进行水下爆炸数值模拟时,网格尺寸不大于1倍装药半径、炸药中心到水域边界距离不小于4倍气泡最大膨胀半径。     

圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.     

通气超空泡形态及其稳定性实验研究

通过在水洞中开展的系列实验对通气超空泡形态及其稳定性进行了研究．研究表明，重力对通气过程和关气过程所形成的通气超空泡影响不同，但超空泡轴线变形量都以非线性方式增长．当重力影响较小时，在相同空泡数下，通气超空泡与自然超空泡在形状和尺度上基本相似，并且两者的长细比都随着空泡数的增大而减小．通气超空泡形态不稳定主要有3种表现形式：气泡振荡、空泡界面波动以及空泡界面扭动，它们特点各异，对空泡产生的影响也不同．     

多气泡耦合作用下非球状特性数值研究

为了研究多个气泡相互耦合作用时其表现出的运动特性,采用基于势流理论的边界元方法对多气泡间耦合作用进行数值模拟。将数值解与Rayleigh-Plesset方程解析解对比,使得数值模型的有效性和收敛性得以验证;然后,建立3个气泡的数值模型,研究无量纲参数气泡间距d对气泡运动和形态的影响。等间距布置3个气泡,当d=1.8时,中间的气泡在抑制作用下呈现"圆柱状",随着气泡间距的增大,其最终趋于"球形",且气泡上、下2个气泡射流速度增大;不等间距布置3个气泡,距离远的气泡最先发生射流,射流完成时该气泡已开始回弹。     

纳米复合掺杂对高温二元熔融盐传热性能影响北大核心

为探索纳米氧化硅颗粒的添加对二元熔融盐传热流动的影响,对圆管中掺杂纳米氧化硅颗粒的二元熔融盐流动传热进行了数值模拟。设计了9组工况,计算得到了温度和速度分布以及各工况下的Nu数,计算结果与传热关联式进行了对比,分析了比热容、导热系数、粘度三个参数对传热的影响。结果表明,传热关系式适用于熔融盐基纳米流体,当掺杂的纳米氧化硅颗粒使得熔融盐具有一个较高的比热容和粘度时增强传热效果更好。纳米熔盐的比热容、导热系数和粘度分别提高了15%、5%、5%时,管内传热的Nu数最大可以提高6.7%。Nu数随着Re数的增大而增大,当Re数增大到一定程度时,Nu数对Re数增大的响应灵敏度有所降低。     

回转体微气泡减阻影响因素理论研究

为了研究影响回转体微气泡减阻率大小的因素,运用Fluent 6.3软件对某回转体微气泡减阻模型进行了数值计算,分析了喷气速度与来流速度的比值、喷气角度、气泡尺度及空隙率分布等因素对减阻率的影响程度和规律,初步揭示了微气泡减阻的机理,研究了饱和喷气量的形成原因.结果表明,微气泡可使回转体局部摩擦阻力减少80%,总阻力减少约30%;微气泡减阻率的高低主要由喷气速度与来流速度之比、近壁面处空隙率的大小及分布所决定,而与喷气角度以及一定范围内的气泡尺度关系不大;喷气流量增大,摩擦阻力下降,粘压阻力增加,当摩擦阻力减少量与粘压阻力增加量相当时,达到饱和气量.在喷气流量未达到饱和值时,总阻力随气流量的增大而减少.     

不同底坡有流流场中单个气泡运动的三维数值模拟

为了对不同水底地形和不同来流情况下,单个气泡上升并与自由表面相互作用的运动进行三维数值模拟,采用了VOF中的PLIC界面重构方法。结果表明：有无来流及来流大小对水平底面的气泡上升运动几乎没有影响。从不同水底坡度和不同来流速度耦合下气泡运动发现,流速和底坡的耦合能有效增大气泡上升速度和自由表面抬升高度,并增大气泡变形。底坡坡度或速度越大,气泡相应物理量增幅也越大,变形更明显。     

二维涡旋空间孤子在Kerr型自聚焦介质中的传输及相互作用

针对二维涡旋空间孤子在Kerr型自聚焦介质中的演化进行了研究,利用拉普拉斯变换简化了演化方程,对已经求出的分析解给出了振幅的取值范围.用数值模拟的方法分析了普通孤子和涡旋孤子传输的特点,分别分析了拓扑荷的值和振幅对涡旋孤子相互作用的影响,发现当拓扑荷m=1时,涡旋孤子之间的相互作用较弱,并以此为例分析了振幅对两涡旋孤子相互作用的影响,发现选取合适的振幅范围可以抑制两涡旋孤子的相互作用.     

降雨条件下非饱和土边坡渗流-应力耦合分析

以广西兴业县某滑坡为研究对象, 利用Geo-Studio 软件对非饱和土边坡渗流场、应力场、变形场进行直接耦合数值模拟分析, 进而总结出了非饱和土边坡稳定性及滑移面的演化规律。结果表明: 边坡浅层土体对降雨响应剧烈, 孔隙水压力、体积含水量与降雨强度呈正相关性, 基质吸力、有效应力锐减, 引起抗剪强度下降, 不利于边坡稳定; 浅层土体受降雨影响, 最大剪应力增大, 坡顶、坡脚处位移变幅较大, 易产生破坏失稳, 与实际情况吻合; 稳定系数最小值出现在降雨之后的一段时间, 而非降雨期间, 表现出一定的滞后性。数值模拟所得滑移面位置与现场调查结果相近, 验证了本文方法的可靠性。     

HEV型静态混合器翼片结构优化研究

运用FLUENT软件,对4种不同翼片长度的HEV型静态混合器内液液两相流动的流速场和压力降进行数值模拟,并计算混合不均匀度系数值.结果表明:随着翼片长度由0. 33D(模型一)增大为0. 59D(模型四),翼片后方形成漩涡的影响区域不断增大,混合器出口处混合不均匀度系数值逐渐减小,至0. 01以下,混合效果增强;但同时,混合器出口压力降逐渐增长至模型一的2. 3倍.因此,对翼片的结构进行了改进.改进结果表明:新结构混合器出口处混合不均匀度系数为0. 028,混合效果良好,且新结构混合器压降是模型四压降的1/2左右,与模型一的压降相当.     

颗粒在脉动气流场中受力和分选的数值模拟

运用网格模型理论和计算流体力学方法研究了气流脉动频率、脉动速度振幅以及固体体积分数对颗粒绕流阻力系数的影响.结果表明:固体体积分数小于0.1%时,阻力系数与单颗粒无限绕流时基本一致;体积分数大于1%时,阻力系数显著增大;脉动速度振幅增大,阻力系数近似线性增加,而脉动频率对阻力系数影响不大.在此基础上,建立了脉动气流场中颗粒阻力系数的修正关联式.基于湍流模型和离散相模型相耦合的方法,结合阻力系数修正公式与随机轨道模型,数值模拟了变径脉动气流场中6~3mm细粒煤的分选过程,各密度级重产物分配率均方根误差为4.87%.