动网格技术在非稳态空化流计算中的应用

该文基于对钝锥头航行体的空化流动的实验观测,利用商业软件FLUENT[1]考核了分块网格模型对降低动网格方法误差影响、提高空化流计算精度的可行性和有效性。通过与实验的对比表明,采用分块网格模型能够使基于动网格方法的非稳态空化流计算很好的捕捉到空泡生长,回射,翻卷,脱落,溃灭这一过程,并获得较为准确的航行体的运动轨迹和所受的水动力。进而分析了流场涡结构与空泡演化的机理。     

平面运动机构试验的数值模拟

获取水动力导数是预报船舶操纵性的关键,平面运动机构试验是主要的测量方法.该文通过商业软件FLUENT提供的动网格功能对DTMB5415模型的平面运动机构试验进行了数值模拟,忽略了自由面兴波,计算得到的侧向力及转首力矩的变化与实验结果吻合良好,为使用CFD预报船舶操纵性提供了相关经验.     

非理想体系多离子非稳态扩散模型及数值模拟

在众多工程领域中均存在扩散现象。大多数扩散模型均是采用经典的Fick定律,仅考虑理想溶液中离子浓度梯度对扩散的驱动,未考虑多离子溶液环境对扩散的影响。溶液中离子间的静电作用导致溶液偏离理想状态,使得各离子浓度不能完全有效发挥,实际的扩散现象得不到合理的解释。基于广义线性扩散通量方程,引入Guntelberg修正的活度系数表征理想溶液与实际溶液中离子浓度的偏差,结合质量平衡方程,建立了适用于非理想体系的多离子非稳态扩散模型。采用已有试验数据与模型结果进行了对比分析,验证了所建模型的正确性和有效性。选用有限元软件Comsol Multiphysics对所建模型进行数值求解,结果表明:溶液非理想性特征对离子扩散具有显著的阻滞作用。当离子价位一定时,初始浓度越高对离子扩散阻滞效果越明显;在源浓度一定的情况下,离子价位越高对扩散阻滞效果越强。     

FPSO甲板上浪的数值模拟

FPSO在其生命周期内遭受的上浪风险很大,严重的上浪可导致结构的损坏。本文建立了三维数值水池,对规则波下固定FPSO的甲板上浪进行了数值模拟。得到了甲板和甲板室上的冲击载荷和上浪水在甲板上的水位高度以及波浪沿船首爬升、变形、破碎的过程。水池采用动边界造波,自由面由VOF方法来捕捉,在水池后段的动量方程中添加了源项以消除后端壁面的波浪反射。     

非均匀地质体内渗流场数值模拟分析

基于饱和-非饱和渗流理论,针对复杂层状地质体内不同渗透特性介质的空间分布情况,以克立格插值建立模型,并对水流在其内部的动态变化进行数值模拟,分析了地质体内压力水头的分布变化规律,进而得到水流在非均匀地质体内的渗透变化规律。数值模拟结果表明:均匀地质体内压力水头连续分布,非均匀介质体内的压力水头在不同渗透性介质的交界面处出现转折,渗流速度的方向也随着介质的不同分布发生改变。     

圆形封闭水箱非稳态数值模拟

采用数值方法对圆形封闭水箱内放置两根加热管的二维流动传热进行了非稳态数值模拟,探讨了Ra数从104到107四种情况和封闭水箱的加热管不同摆放位置下的流动和换热;对流场和温度场进行了分析,讨论了不同情况下加热管平均努赛尔数(Nuavg)的变化情况。数值模拟结果表明,随着Ra数增大水箱内的流动表现出了很大变化,决定了传热是导热或者是对流;两个水平加热管在水箱存在最佳的放置距离,这样可以使自然对流情况下的换热达到最好。     

基于数值模拟的低水头闸坝工程下游冲刷动力研究

针对低水头闸坝工程长期面临下游河床冲刷问题,通过不同工况参数分析,构建闸室断面水工模型。同时,基于Fluent平台构建数值模型,采用边界设置以及动网格宏函数控制流体突变,从而改进模型。结果表明,粒径与冲刷流量对冲刷坑深度以及范围有直接影响;对下游冲刷坑流速进行分布数值模拟,二次开发模型能准确反映实际冲刷情况,相对误差0.092%,优于原有模型。研究成果可为水利工程的建设与维护提供技术参考。     

波纹板内流体流动特性的数值模拟

以室温下的水为介质，以涡量一流函数为理论基础，运用代数变换法生成适体坐标，通过有限差分对波纹板板内流场进行了数值模拟；并以Re=500为例，求出其板内流体的速度场和压力场，进而对同一周期内和不同周期的速度场和压力场进行分析，给出了速度和压力分布变化曲线图，得出了不同雷诺数下流动阻力损失变化曲线与阻力关联式，为波纹板的强化传热研究提供了有利的参考。     

弱可压缩流体流动模型及数值求解

介绍了小马赫数下弱可压缩流体流动的模型 ,对该模型的数值求解方法也作了较为详尽的叙述。讨论了紊流模型模拟涡流的方法。简要介绍了水力机械内部流场的计算实例。     

二维甲板上浪问题数值模拟研究的新方法

甲板上浪问题一直是强非线性问题研究领域的热点,它是造成海洋浮式结构物损坏的重要因素.该文完整的阐述了用于研究甲板上浪问题的数值模拟解决方案,并对二维浮动物体的运动响应、甲板上浪进行了考察.模拟在二维数值波浪水池中完成,入射波由冲箱运动生成,水池远端采用海绵层吸收反射波浪,自由液面采用VOF方法捕捉,物体的运动为与波浪的耦合运动.最后将模拟得到的运动响应与试验进行了对比,同时对上浪载荷也进行了分析.     

弱可压缩流体流动模型及数值求解

 介绍了小马赫数下弱可压缩流体流动的模型,对该模型的数值求解方法也作了较为详尽的叙 述。讨论了紊流模型模拟涡流的方法。简要介绍了水力机械内部流场的计算实例。     

圆柱型灌水器迷宫式流道内部流体流动分析与数值模拟

要想设计出高性能的滴灌灌水器必须对其内部流动机理有一个全面的了解,迷宫式流道狭窄且边界极为复杂,原型试验在技术和经济上都比较困难,常规手段难以满足流场测试要求,基于计算流体动力学理论的数值仿真研究流道内部流体流动问题是一种行之有效的方法。通过对迷宫式流道内部流体流动特性的分析,构建了表征迷宫式流道内部流动的数学物理模型;对所选取的目前中国农业灌溉领域最为典型的三种圆柱型灌水器,借助FLUENT6．1CFD流场软件分析平台实现了流道内部流速分布、涡量分布、紊流强度分布等流动特性的可视化,为新型灌水器流道研制提供一定理论基础。     

基于流固耦合的平板闸门动水关闭过程数值模拟

闸门动水关闭是一个复杂的物理过程,在此过程中的水动力特性及闸门本身结构特性易受到多种因素的综合影响.针对平板闸门动态关闭过程,采用动网格技术、RNG k-ε紊流模型及VOF自由水面处理技术三者相结合的方法建立了三维非定常水气两相流模型,在此基础上,进一步结合流固耦合方法针对不同因素综合影响下闸门的形变、等效应力的变化规...     

一体化泵站流动特性数值模拟分析

为探究一体化泵站在不同流量工况下泵站内部流动特性,基于不可压缩流体的连续性方程和雷诺时均N-S方程,采用计算软件CFD对一体化泵站进行数值模拟。通过不同特征工况下,分析了一体化泵站内部流动相关特性及水力性能影响。结果表明:小流量工况下,入水口流速平缓,集水池内流线上下扩散严重,多处出现漩涡,水泵效率偏低,随流量稍增,两水泵效率偏差增大;大流量工况下,水泵效率下降快,流线向管道Ⅰ偏流。从而在过小或过大流量工况下,会对一体化泵站的高效与经济运行产生一定影响。     

中间渠道内非恒定流数值模拟

利用平面二维非恒定流数值模型，来研究中间渠道内非恒定流问题，该模型基于任意三角形计算网络，采用隐式求解自由表面的剖开算子法，离散求解控制方程，有效地处理了非线性混合算子和计算自由表面的困难，避免人工滤波措施，提高了计算精度和计算稳定性，并在三峡通航工程方寒比较中得到应用。计算结果表明，该模型能较好地反映中间渠道内水充特征，与分析模拟船闸不同运动方式下渠道内水流波动特性，达到优化运行方案，改善渠道内     

非定常浅水流动中热水对流—扩散过程的数值模拟

本文从深度平均的连续、动量和热输运方程出发,应用深度平均的k-ε湍流模式,对非定常浅水明渠流动中侧向排入热水形成的速度场和温度场作了数值模拟。在定常情况下,本文的计算结果表明:当水深较浅或热水排放动量较大时,放弃“刚盖假设”对于提高预计精度是必要的。非定常情况的计算结果与采用准定常假设的计算结果作了比较。这一比较表明:即使以最大主流速度定义的Strouhal数很小,在憩流前后的一段时间内,流动非定常性对速度场和温度场的影响仍是显著的。     

岸边溢洪道过流体形的数值模拟分析

以某大型水电站溢洪道中槽为研究对象,应用数值模拟对其体形进行分析.通过与1:40物理模型试验成果的对比表明,数值模拟能较好地对溢洪道泄流能力、分流墩后水面爬高现象、溢流堰压力特性、掺气坎空腔形态、挑流鼻坎压力特性等主要水力学参数进行模拟,且可信度较高,计算结果验证了溢流堰体形、掺气坎及挑流鼻坎体形基本可行.通过计算还表明,标准k-ε双方程紊流模型不能重现掺气设施空腔回水;VOF模型虽能对泄槽底板气相分布进行定性模拟,但不能对与掺气相关的水力参数(通气井风速、空腔负压等)进行定量计算,通气井尺寸设计需参照物理试验成果.     

弯肘型尾水管非定常涡旋流动数值模拟

本文采用有限体积法求解用代数雷诺应力模型封闭的雷诺平均N—S方程组，对湖北清江隔河岩水电站l号发电机组的尾水管，在部分负荷工况运行时的非定常涡旋流动进行了数值分析。结果表明，在水轮机部分负荷运行，特别是负荷为40％左右时，尾水管内形成了明显的旋转涡带。数值模拟得到的尾水管中压力脉动的频率，与湖北中试所在隔河岩进行测试的结果基本一致。     

具有复杂计算域的三维非静压流动数值模拟

建立了基于非结构化网格的表层静压假设的三维流动非静压数值模型。模型中采用半隐式分步法求解Navier-Stokes控制方程。运用满足自由表面运动学边界条件的水位演化方程来计算自由表面,动量方程中的对流项和水平扩散项采用Semi-Lagrangian方法离散。模型能有效求解正压的、斜压的、静压和非静压三维流动问题,并具有质量守恒、无条件稳定等优点。通过孤立波在缓变底坡上的传播和渤海潮流运动两个算例对模型进行检验,通过数值计算结果和实测结果的比较,验证了模型能够准确的模拟具有强三维流动特性的自由表面流动问题的能力和具有良好的复杂边界适应性。     

轴流式水轮机模型飞逸过程三维湍流数值模拟

通过作者建立的非稳态过程三维湍流数值模拟方法,模拟了轴流式水轮机模型飞逸过程,并进行了其三维数值湍流计算,获得了机组到达最大转速时所需时间、最大飞逸转速值、飞逸过程内特性流场演变规律以及转速、流量、力矩与测点静压随时间变化的曲线。计算结果表明,所得最大飞逸转速与试验值非常接近,误差在1.5%以内;所得力矩及流量等外特性参数变化过程均符合高比转速水轮机理论特性;当转速增大到某一数值之后,尾水管水力稳定性急剧恶化是引起机组振动的主因。