基于混合嵌套网格方法的螺旋桨数值模拟

嵌套网格方法能够有效解决具有相对运动的复杂流动问题.基于直接切割方法、壁面距离法和逆映射方法,开发了一套混合嵌套网格方法,通过接口与混合网格并行求解器集成,使得求解器具备嵌套功能.该方法能够继承求解器的分区网格,在各物理时间步并行、自动化地装配混合嵌套网格,在各子迭代步传递插值信息,保证非定常流场高效求解.采用某型螺旋桨飞机模型,研究螺旋桨滑流对全机流场和气动性能的影响.结果表明:该混合嵌套网格方法可以真实有效地模拟螺旋桨滑流特性,在工程方面具有一定的实用价值.     

螺旋桨滑流对环形进气道性能影响的数值仿真北大核心

环形进气道位于螺旋桨后部,螺旋桨滑流对进气道性能在不同状态下产生不同的影响。利用动态重叠网格技术对螺旋桨滑流影响下的环形进气道性能进行了数值仿真研究,分析了影响机理,总结了影响规律。研究结果表明:地面静态时,滑流影响相对最小,螺旋桨增压作用使总压恢复系数增大约1.4%,畸变指数增大约2%;带风速状态下,前方来流绕过螺旋桨叶片根部,拉起低能流,滑流影响增强,使总压恢复系数增大约3%,畸变指数增大约4%-5%;侧滑状态下,双侧进气道性能相当,滑流影响最为显著,使总压恢复系数增大约3.3%,畸变指数增大约7%,负侧滑状态下的畸变略低于正侧滑状态。     

双层桨搅拌浸出槽固液两相流场的数值仿真

在石煤提钒搅拌浸出槽的研究中,针对双层桨搅拌浸出槽固液悬浮特性以及混合浸出效果进行了研究.由于实验成本大、操作困难,提出了数值仿真的方法.运用计算流体力学(CFD)软件FLUENT对石煤提钒搅拌浸出槽进行流场仿真,用GAMBIT建立流场实体模型,采用k-ε湍流模型以及多重参考系法(MRF)处理搅拌桨区.探讨了双层桨同向旋转和双层桨异向旋转两种情况下的搅拌效果,结果表明在相同的情况下,双层桨异向旋转时湍动能分布更为合理,并且能够缓解底部沉积,搅拌混合效果更好.仿真结果对于研究搅拌反应容器内部流场规律,进而对搅拌反应容器的结构优化和浸出率的提高具有一定参考价值.     

窄方腔软湍流热对流中角涡的三维发卡状 流动结构

通过直接数值模拟（Direct Numerical Simulation,DNS）求解三维窄方腔湍流Rayleigh Bénard（RB）热对流流场,讨论尺度比为1/4的三维窄方腔中的流动.三维方腔流场的流线图和速度场与二维流场一致,都反映出大尺度环流和角涡的软湍流流动特征.进一步观察三维流线图发现,在近底板附近流线的走向并不是沿着大尺度环流的方向.转换三维流线图的观察角度,可明显看到近底板附近流线是螺旋状的,并与角涡相连.分析整个流场的涡旋特征发现,在窄方腔热对流中沿底板棱边区域产生涡对与角涡连接形成三维发卡涡流动的结构.     

三维矢量场的流动拓扑结构抽取

提出一种基于关键点分类的三维矢量场流动拓扑结构抽取算法,可应用于三维曲线网格、结构化网格和分块网格中.在许多计算流体力学计算中,存在非滑移边界,这种边界上流体的速度为0.通过分析流场边界的表面摩擦场的拓扑,展示绕壁面流体的流动结构;使用图标定位关键点,可交互式地标记和显示涡核区域,并通过选择暗示螺旋流动的图标,沿着该关键点的实特征值对应的特征矢量方向积分流线来完成.测试结果清晰地展示了关键特征区域的流体流动特征.     

船用复合材料螺旋桨性能数值预报工具开发和应用

为进行船用复合材料螺旋桨性能的数值预报,用Python和MATLAB程序编程,通过有限元法和涡格法(Vortex Lattice Method,VLM)相结合的方法,开发考虑螺旋桨桨叶变形与流体之间相互影响的复合材料螺旋桨水动力性能预报工具.用网格算法生成结构化网格,进行变形和压力插值交换和迭代计算,解决复杂几何螺旋桨的快速精确建模问题以及结构变形计算与水动力性能预报之间的数据交换问题,实现船用复合材料螺旋桨的性能预报.     

基于DMD方法的矩形断面涡振模态分析

为探究涡激振动下,矩形断面绕流场的模态演化规律及涡振发生机理,基于雷诺平均SST k-ω模型对宽高比为5∶1的矩形断面的涡激振动进行了二维数值模拟研究.通过CFD/CSD交错迭代求解,结合动网格技术实现了二维流固耦合计算,并与风洞试验结果进行对比分析,验证了数值计算的准确性.随后,对流场的瞬时状态进行可视化分析,以z方向涡量值为基本物理量,基于动力学模态分解(DMD)方法对其静态与涡振态流场模态进行了对比分析.结果表明：在涡振发展的不同阶段,主导流场的模态频率不同,主模态频率会由静态涡脱频率向结构固有频率转变,此主模态的转变表征了流固耦合的内在机制;与静态矩形相比,涡振态矩形由于运动诱导涡的存在,导致其前缘涡与尾缘涡的相位差减小,前缘涡与尾涡而合并时前缘涡占据主导,使得在尾缘脱落的Karman涡相关性减弱,形成了涡振锁频现象.     

基于Fluent的全机数值模拟及并行计算

利用CFD商用软件Fluent对亚声速飞行飞机的三维绕流流场进行了数值模拟以及并行计算，得到了飞机附近的流场，实现了此软件在高性能并行计算机上的并行；并且通过对不同数量网格在不同结点数目机群上的计算结果进行分析比较，验证了此商用软件在并行平台上应用的有效性，也为进行大规模科学工程计算提供了技术参照。     

结构化多重网格粘性流场数值模拟

流体力学控制方程的数值求解过程中,当网格加密或者粘性效应强的时候,流场收敛非常缓慢.为了解决计算的效率问题,在结构网格的基础上采用多重网格技术,模拟了二维RAE2822超临界翼型的亚音速绕流及三维M6机翼跨音速流场,仿真结果表明,采用多重网格方法在二维,三维粘性流场的计算结果都与实验结果吻合良好,与不采用多重网格方法比较,在求解中获得了相当满意的加速收敛效果.还比较了两种不同循环方式:V循环,W循环的加速效率,为多重网格的工程应用奠下基础.     

旋转固体火箭发动机统一流场计算

为了进一步研究旋转对固体火箭发动机工作的影响,采用RSM湍流模型对内孔燃烧、内孔与端面同时燃烧管状装药旋转固体火箭发动机统一流场进行了仿真。采用UDF编程给出质量入口边界,获得了旋转条件下发动机内流场结构参数特点,并给予理论说明。计算结果表明,内孔燃烧装药发动机切向速度流场类似于典型的Rankine涡,端面和内孔同时燃烧装药发动机切向速度流场呈现出Rankine涡和由端面燃烧引起的强迫涡的复杂组合涡;在发动机前封头和喷管喉部涡核切向速度峰值非常大,使燃烧室前封头和喷管喉部工作环境显著恶化;旋转使发动机燃烧室压力沿径向逐渐增大,强迫涡附近的压力梯度远大于推进剂表面的压力梯度。