平板间方柱绕流的格子Boltzmann方法模拟

为研究平板间方柱绕流上下平板对置于其中的方柱绕流所产生的影响,采用格子Boltzmann方法对二维平板间低雷诺数(Re=100)方柱绕流问题进行了数值模拟研究.分析了3种不同阻塞比下,平板边壁对方柱的升、阻力系数、Strouhal数和尾涡流场的影响.结果表明:平板对方柱绕流特性有明显的影响,随着阻塞比的增加,阻力系数和Strouhal数均增大,与无边壁相比阻力系数可增加达30%,而升力系数却随之减小.计算结果与相关实验数据相吻合,验证了格子Boltzmann方法对钝体绕流非定常问题模拟的有效性。     

用格子Boltzmann方法模拟方柱绕流

基于格子Boltzmann方法的原理和对边界条件处理的便捷性,分别对单方柱和并列双方柱绕流进行了研究.对于单方柱绕流,分别研究了不同雷诺数和阻塞比对它的影响,给出了不同雷诺数下单方柱绕流的流线图和涡量图,以及平均阻力系数和最大升力系数随雷诺数的变化曲线,得到单方柱产生卡门涡街的临界雷诺数,也给出了不同阻塞比下单方柱绕流...     

槽流场中被动粒子运动的格子Boltzmann数值模拟

建立了槽流层流场中被动粒子作对流扩散运动的格子Boltzmann模型;数值模拟了被动粒子的纯扩散运动以及在Poiseulle流中的对流扩散运动;给出了粒子纯扩散运动的浓度分布以及对流扩散运动时的扩散系数;说明了扩散系数与流体平均速度的平方成正比,该结果与Taylor扩散理论相一致。文中给出了Pe数与浓度分布的关系,所得结论对工程应用有指导意义。     

用格子Boltzmann方法模拟圆柱绕流的振荡边界层

提出了一种用于模拟圆柱绕流的振荡边界层流动的新方法——旋转系统平均法。该系综由一些相同的系统组成,每个系统除使用不同的网格外,具有相同的流动。经模拟圆柱绕流的振荡边界层发现,流体质点的流动具有平行于振荡方向离开圆柱、竖直于振荡方向流向圆柱的特点,同时也发现在紧邻圆柱出现的被称为二次流的4个涡旋流动现象。数值模拟结果符合经典的理论结果。该方法也可用于其他圆柱绕流问题。     

用格子Boltzmann方法模拟圆柱绕流的振荡边界层

提出了一种用于模拟圆柱绕流的振荡边界层流动的新方法--旋转系统平均法.该系综由一些相同的系统组成,每个系统除使用不同的网格外,具有相同的流动.经模拟圆柱绕流的振荡边界层发现,流体质点的流动具有平行于振荡方向离开圆柱、竖直于振荡方向流向圆柱的特点,同时也发现在紧邻圆柱出现的被称为二次流的4个涡旋流动现象.数值模拟结果符合经典的理论结果.该方法也可用于其他圆柱绕流问题.     

基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性

基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB),利用MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,验证计算模型与求解方法的正确性,从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明,进口流速为5×10_^-5m/s时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的三个连续阶段。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,各断面的平均流速最大降幅升高,恢复率降低。基于颗粒受力平衡分析,由于球形硅微粉转动惯量较低,易于脱离含水介质表面;非球形硅微粉多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。     

基于格子Boltzmann的喷印OLED散点墨滴沉积仿真分析

为解决喷印OLED发光层制备中基板污点、涂布不均等问题引起的Mura缺陷,建立基于BGK-LBM（单松弛格子Boltzmann方法）的三维数值模型,对喷印OLED像素槽附近墨滴落点偏差引起的散点沉积缺陷进行仿真分析。先研究不同墨滴尺寸以不同撞击速度撞击不同接触角平板后的最大铺展半径,再以最大铺展半径为参考研究不同润湿性梯度下的像素槽外墨滴的铺展回流。结果表明：对于微米级直径的OLED喷印墨滴,尺寸越大、墨滴撞击速度越大、像素坑内接触角越小其最大铺展半径越大;而针对存在落点偏差的散点,当最大铺展半径大于或等于散点的落点偏差时,将在足够的像素槽基板内外接触角差值引起的润湿性梯度牵引下重新进入像素槽内;撞击速度还影响其回缩阶段的回缩速度,撞击速度越小回缩越慢,因而墨滴会存在受到润湿性梯度的影响而被牵引向润湿度高的一侧;只有当像素槽内外接触角造成的润湿性梯度足够时,在撞击铺展后边缘进入像素槽边界处的墨滴才能被牵引重新流入像素槽内,散点沉积缺陷即得到抑制。本文提出的最大铺展半径可以用来拓宽像素槽外墨滴的有效落点范围,作为喷印OLED制备中打印精度控制的参考,用于指导生产。     

多孔介质内流体流动的大涡格子Boltzmann方法研究

为研究多孔介质内流动随Re数变化的特点,采用结合Smagorinsky亚格子模型的格子Boltzmann方法(LES-LBM)对多孔介质内流动进行了数值模拟.结果表明：多孔介质内的单相流动在高Re数时会表现出复杂的非线性现象;LES-LBM克服了传统LBGK方法模拟高Re数流动时容易产生数值不稳定的缺点,能清晰地描述出多孔介质内流动存在的3个区域,即低速时的线性达西区、过渡区和高速时的非线性二次区;不同Re下的流线图还说明微观的惯性作用最终导致了多孔介质宏观上的非线性现象,多孔介质流动呈现明显的多尺度特征.进一步分析计算结果可以证明：LES-LBM方法能准确地验证Darcy-Forchhimer阻力方程,Darcy-Forchhimer总阻力随Re数增加而增加,随孔隙率增加而减小,并且小孔隙率下的Forchhimer阻力占总阻力比例小于大孔隙率时的比例.     

基于格子Boltzmann方法的倾斜方腔自然对流模拟

采用格子Boltzmann方法对二维封闭方腔自然对流换热进行研究. 通过数值模拟得到在不同Ra数和倾斜角θ下,封闭方腔内的流场、温度场的变化情况. 再根据流场、温度场分析Ra数、倾斜角θ对封闭方腔自然对流换热的影响. 结果表明,Ra数的增大会增强自然对流换热,而倾斜角的增加使得自然对流换热增减交替,当倾斜角为90°时,自然对流换热最弱.     

基于LBM-LES模拟的离合器摩擦副流致运动效应

为了研究离合器摩擦副流致运动效应,将大涡模拟(LES)的壁面自适应局部涡粘模型引入到介观模型中的二维单相自由面格子Boltzmann方法(LBM)中,建立了压力润滑条件下的润滑油与摩擦元件LBM-LES流固耦合数值模拟体系。通过设定不同润滑油喷口与摩擦元件的相对位置,不同的喷油流量以及不同的油温,模拟了摩擦元件在与润滑油相互作用下的轴向运动过程,得到了不同喷油口位置、喷油流量和油温下的摩擦元件轴向运动规律,并根据数值模拟结果提出了一种槽式喷油口,有效抑制了摩擦元件的流致运动效应,为湿式多片离合器性能改进提供了理论依据。     

基于格子Boltzmann方法后台阶流动特性的研究

格子玻尔兹曼方法（LBM）是近几十年来发展的一种介观尺度的数值模拟方法,具有良好的处理复杂边界的能力和并行计算能力。利用LBM对后台阶流动进行了数值模拟,得到了不同雷诺数下后台阶流动的特性。研究结果表明,在低雷诺数情况下,台阶后再附着点与分离点的距离随着雷诺数的增加而变大;在高雷诺数情况下,台阶后再附着点与分离点的距离随着雷诺数的增加而增加,增长幅度逐渐降低,当Re=8 000时,再附着点与分离点之间的距离趋于稳定,并达到峰值;随着雷诺数的继续增大,这个距离开始减小,最终趋于一个定值。对于高雷诺数下的后台阶流动,采用LES⁃LBM的方法进行模拟,与前人的实验数据吻合得很好,表明LBM⁃LES模型对高雷诺数后台阶流动进行模拟具有较高的精确性。     

低雷诺数下近自由液面圆柱流致振动数值模拟与机理

采用嵌入格子-玻尔兹曼方法和自由液面模型的XFlow软件对低雷诺数Re=100下近自由液面圆柱垂向流致振动问题开展数值模拟与机理研究。根据圆柱涡脱落特性和圆柱周围液面形态将浸没比h~*∈[0,5]和弗劳德数Fr∈[0.3,2]的参数空间划分为6种不同的流态,研究不同流态下圆柱振动特性和振动-涡脱落-自由液面耦合作用。结果表明,圆柱振幅和振动频率都随自由液面的靠近而降低,而当自由液面非常靠近圆柱时,尾迹状态从绝对不稳定性转为对流不稳定性,圆柱与自由液面之间形成的射流状流动附着在圆柱表面上,抑制了涡脱落过程,导致圆柱不再振动。     

圆柱绕流涡致振动的平面湍流数值模拟

为了研究工程中存在的湍流涡致振动问题,应用平面湍流k-ε模型和重整化群k-ε模型,结合分块耦合方法及任意拉格朗日欧拉法（ALE）数值模拟了圆柱绕流涡致振动,求解基于非交错网格系统, 其中包含满足连续性方程的压力泊松方程解法.计算了湍动能、湍流耗散率、湍流黏性系数及柱面涡量的变化情况.结果表明,当雷诺数为5 000～2×105时计算所得的阻力系数与实验数据吻合良好.研究发现,在涡致振动情况下的湍流耗散率比固定圆柱涡脱落情况下小得多,湍流黏性系数与雷诺数呈对数律增长.     

方柱绕流横向驰振及涡致振动数值模拟

对Re=250下弹性支撑方柱绕流进行数值模拟.流场计算采用基于任意拉格朗日欧拉（ALE）描述的不可压流体N S方程，对流项与扩散项分别采用三阶迎风紧致格式与四阶紧致格式进行差分离散，利用分块耦合生成正交性较好的结构化网格，模型简化为弹簧阻尼质量系统，柱体运动采用经典龙格库塔方法求解.模拟了方柱的驰振和涡致振动，捕捉到了驰振到涡致振动的转变，捕获了涡致振动的“锁定”、“拍”、“相位开关”等现象.验证了该计算方法的可行性，计算结果为工程实际提供了依据.     

基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法（CFD-DEM）为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。     

基于磁致伸缩效应的三相五柱变压器振动特性仿真与实验研究

为深入研究三相五柱变压器在直流偏磁条件下的振动特性,首先基于激光多普勒效应,对取向硅钢片磁-弹耦合特性进行测量,获得磁致伸缩曲线.其次提出适用于大型三相电力变压器的直流偏磁实验方案,将两台变压器相并联,并在中性点引入直流激励,测量变压器励磁和振动特性.基于磁-机械场的耦合理论进行有限元仿真,得到三相变压器铁心磁场和振动...     

脉动流诱导振动的双向热流固耦合强化传热机制

脉动流诱导振动换热管强化传热技术是实现过程换热设备节能降耗的一种有效途径。基于热流固双向耦合理论,研究了脉动流诱导振动换热管的边界变形运动与近壁脉动流动的双向耦合作用对流固共轭耦合传热特性的影响。结果表明:脉动流诱导振动边界变形运动与近壁脉动流动的热流固双向耦合作用能有效强化近壁壳程流体的传热,且其热流固双向耦合作用和强化传热强度随脉动流的脉动频率加快而增加。研究发现热流固双向耦合作用是通过传热驱动力温差的增大和近壁壳程流体产生的内涡流所诱发的微对流来强化壳程流体的传热,当脉动流频率为50 Hz时,可使换热管的壳程传热系数增加24.3%,强化传热效果明显。     

超磁致伸缩薄膜磁-机械特性的弱耦合与强耦合模型的比较研究

随着微机械制造工艺和材料工业的发展,超磁致伸缩薄膜材料的研究与应用成为近年来磁致伸缩应用领域一个新的研究热点．建立超磁致伸缩薄膜的磁一机械特性模型,对于指导器件的设计、仿真具有重要意义．薄膜尺寸非常小,用有限元方法进行单元剖分时会产生严重的网格变形,降低计算精度,这里选用无单元Galerkin方法有效地解决了这一问题．本文对弱耦合模型和强耦合模型进行了分析,对强耦合方法进行了有效的改进,并应用数值计算方法对两种模型进行了比较。     

下游圆柱涡致振动的升阻力特性及涡脱落模态分析

采用分块耦合方法结合任意拉格朗日欧拉法数值求解非定常二维不可压缩NS方程和Poisson
方程，分析了下游圆柱涡致振动的涡脱落模态以及升阻力特性。圆柱振荡频率比值为0.30～1.49。分析了
各种模态之间相互转化的跃迁点、升力与振幅间相位和模态间转化的关系，以及初始涡量形成的差异与模
态间转化的关系，研究了当涡脱落向下游移动时的演化和重组现象。研究发现，涡的横向和流向间距以及
涡街的大小随频率比的变化而变化；存在3种典型的涡脱落模态，即2P、2S 和 P+S模态，各种模态之间相
互竞争从而促进了流体与结构间相互作用的发展。