CFD软件及源程序辅助工程流体力学课程教学的探索与实践

工程流体力学课程具有较强的理论性,涉及的知识面也较宽广,给该门课程的教与学带来较大的影响。文章针对工程流体力学课程的这些特点,结合多年来的教学实践,将CFD软件和源程序的强大数值模拟功能,引入工程流体力学课程辅助教学中,通过利用CFD软件和源程序进行数值模拟教学这一环节,探讨流体力学课程对接科研成果的教学模式。实践证明,这一模式获得了较好的教学效果。     

Numerical prediction of inner turbulent flow in conical diffuser by using a new five-point scheme and DLR k-ε turbulence model

The internal turbulent flow in conical diffuser is a very complicated adverse pressure gradient flow.DLR k-ε turbulence model was adopted to study it.The every terms of the Laplace operator in DLR k-ε turbulence model and pressure Poisson equation were discretized by upwind difference scheme.A new full implicit difference scheme of 5-point was constructed by using finite volume method and finite difference method.A large sparse matrix with five diagonals was formed and was stored by three arrays of one dimension in a compressed mode.General iterative methods do not work wel1 with large sparse matrix.With algebraic multigrid method(AMG),linear algebraic system of equations was solved and the precision was set at 10-6.The computation results were compared with the experimental results.The results show that the computation results have a good agreement with the experiment data.The precision of computational results and numerical simulation efficiency are greatly improved.     

用DHR k-ε模型与AMG法对渐扩管内紊流数值预测

机械和矿山工程中广泛使用锥形渐扩管。用基于DHR型k-ε紊流模型及其壁面函数.BFC(边界拟合坐标变换)法与代数多重网格方法(简称AMG方法)及一种新五点格式相结合的数值方法,对总扩散角为8,°扩散度为4的锥形渐扩管内充分发展的不可压粘性紊流场进行了数值仿真预测,并将计算结果与实验结果和Point-SOR方法的计算结果进行了比较。结果表明,在相同的计算条件及数值求解精度下,用这种数值方法可以提高对该种紊流的数值计算效率,并且计算结果与实验结果较好符合。     

非正交同位网格在波壁紊流数值模拟中的应用

生成了非正交同位网格系统。采用标准k-ε紊流模型结合壁面函数法,对二维具有单、双正弦波壁形状紊流场进行了数值模拟。压力与速度的耦合求解采用基于非正交同位网格的SIMPLE算法,模拟二维正弦波壁附近的紊流场,计算结果与实验结果较好符合。     

Si-BM/IFR/ABS复合材料制备及其性能

利用硅烷偶联剂KH550对勃姆石(BM)表面进行处理,制备疏水性勃姆石(Si-BM),再与膨胀型阻燃剂(IFR)及丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)混合造粒,制备Si-BM/IFR/ABS复合材料,对Si-BM/IFR/ABS复合材料的阻燃性能和力学性能进行研究。结果表明:KH550与BM通过接枝反应改善了其在复合材料中的相容性,但不改变BM本身的晶体结构。Si-BM作为协效阻燃剂,不仅能提高材料的阻燃性能,而且能提高材料的力学性能。当添加Si-BM质量分数1.0%时,Si-BM/IFR/ABS复合材料的拉伸强度为34.409 MPa,冲击强度为3.95 kJ/m~2,极限氧指数由27.0%升高至30.0%,UL-94垂直燃烧达到V-0级,此时,复合材料的非牛顿指数最小。Si-BM/IFR/ABS体系复合材料的复数黏度随角频率增大而减小。     

具有指定边界网格间距和正交性的BFC网格生成方法

边界拟合曲线坐标(BFC)网格生成的质量直接影响流场的数值模拟精度和收敛速度,而如何选取生成BFc网格的Possion方程右端调节因子P和Q,则关系到生成的BFC网格质量.本文提出了一种可以同时实现控制网格正交性和控制边界网格间距的BFC网格生成的新方法.该方法可任意控制生成的网格边界间距大小,同时,生成的BFC网格还具有边界及内部较好的正交性.应用实例的计算结果表明,该方法能够对复杂边界的单连通域或多连通域生成较理想的BFc网格,网格分布能够适应流动参数的变化.     

基于FLUENT和集群对扩压器流场的并行数值模拟及分析

在边界条件和初始条件相同的情况下,分别改变锥形扩压器的扩散角及渐扩管的长宽比,基于FLUENT软件和高性能集群对扩压器内流速的衰减特性及扩压性能进行了数值模拟及分析. 研究结果表明:在渐扩管长宽比一定的情况下,渐扩管效率随着扩散角的增大先增大后减小;在扩散角不变的情况下,渐扩管效率随着渐扩管长宽比增大而增大. 因此,用适当的扩散角或增大渐扩管长宽比的方法可得良好的压力恢复. 关于并行计算,当核数目不变时,随着网格数量的增加,并行效率呈增加趋势但增大的幅度越来越小;当网格数不变时,随着核数目的增加,并行计算效率呈减小的趋势. 本预测结果可为扩压器的优化设计及工程应用提供参考.