求解声波动方程的隐格式有限体积法

为研究声传播问题,提出一种声波动方程的隐格式有限体积法,该方法将格点型有限体积法与Newmark格式相结合.模拟平面波的传播过程,对比分析隐格式有限体积法和文献中显格式有限体积法的精度、稳定性及计算消耗等方面的性能.数值结果表明:当λ/Δx≥10时,两种算法均能得到满足精度要求的解;采用无条件稳定的隐格式算法,当满足ω0Δt≤0.3时,预测声压的相对峰值误差1%;当采用相同时间、空间步长时,隐格式算法精度高于显格式算法;隐格式算法对吸收边界的处理精度高于显格式算法,但对全反射边界的处理精度低于显格式算法;两种算法内存消耗比较接近,显格式算法的CPU耗时较少.     

结构声耦合对膨胀腔水消声器声学性能的影响

水消声器可以有效降低管路系统水噪声,为更加准确的预测水消声器传递损失,利用结构声耦合数值模型分析消声器内部声场,研究不同部位结构声耦合效应对充水膨胀腔消声器声学性能的影响规律.计算厚径比为1的充水膨胀腔消声器传递损失,并与刚性条件下的数值结果及理论结果进行比较,以验证方法的正确性;对比二维轴对称模型与整体计算模型的计算结果,验证基于二维轴对称模型分析的可行性.数值研究表明:本方法可以有效的预测水消声器传递损失;随着水消声器腔壁厚度的减小,弹性结构与流体的耦合程度增加,结构声耦合效应对水消声器的声学性能影响增加;周向腔壁的结构声耦合效应会造成膨胀腔消声器的传递损失曲线向低频方向移动;端部腔壁的结构声耦合效应会使消声器传递损失曲线出现反共振峰、共振峰,这与膨胀腔端板结构的固有模态相关;膨胀腔壁的结构声耦合作用使腔内声压在较低频段内出现三维高次波,增加消声量;管路结构声耦合效应对水消声器声学性能的影响不大.     

预测消声器声学性能的时域非结构有限体积法

为了探讨时域有限体积方法(FVM)在消声器声学性能预测中的应用,采用交错非结构FVM求解线性声波动方程,并进行数值色散分析给出相应的稳定性判据,运用吸收边界条件改进时域脉冲法,并用于预测消声器的声学性能.利用该方法模拟外插管消声器传递损失,结果与商业软件SYSNOISE有限元计算结果、文献实验结果均吻合良好,证明该方法预测抗性消声器声学性能的准确性.分析2种出口管位置蒸汽消声器的声学性能,验证了该方法的正确性及对大网格数模型的良好适用性.     

基于LES开缝V形钝体性能研究

为了研究开缝宽度对中缝式V形钝体性能的影响,采用大涡模拟(LES)方法研究不同开缝宽度V形钝体尾流场.首先,模拟标准钝体流场,通过与文献数值模拟结果及实验结果比较,验证方法的正确性.然后,保持钝体张角为60°,阻塞比为0.33不变,分别研究缝宽比为0.1、0.2、0.3及0.4开缝钝体性能.大涡模拟得到的尾流场与文献观察到的实验现象一致.钝体回流区随缝宽比增加先增加后减小;阻力损失随缝宽比增加而减小,并均小于标准钝体.数值模拟表明,中缝流对流场的影响仅局限于钝体尾部一定区域内.过大的开缝宽度将使钝体性能极具恶化.综合比较,缝宽比为0.2时钝体回流区最大,比标准钝体增长24.3%,总压损失系数降低49.6%.     

热障涂层活塞热应力分析的格点型有限体积法

为研究热障涂层(thermal barrier coating,TBC)活塞热应力问题,将二维格点型有限体积法(cell vertex FVM,CVFVM)推广用于三维复合材料热力性能研究.利用交错网格技术,通过将物性参数和待解变量分别定义在单元中心和节点上,将物性参数的空间变化引入离散过程,从而避免数值不连续问题.采用CV-FVM数值模拟普通活塞热应力场,计算结果与ANSYS计算结果吻合良好.数值模拟TBC活塞热应力场,分析活塞TBC区域的热力性能,结果表明:活塞的最大温度位于燃烧室与活塞顶面的交界区域;应力最大值位于粘结层与陶瓷层的分界面附近;周向应力对活塞的整体应力水平起主要影响.数值结果表明CV-FVM能够作为TBC活塞热力性能研究的数值预测工具.     

三维各向异性功能梯度材料的有限体积法

为了研究三维各向异性功能梯度材料的线弹性问题,发展一种弹性结构的有限体积方法,该方法采用四面体网格,对不规则形状问题的适用性强．空间上采用交错非结构有限体积法进行离散,位移、速度、加速度定义在节点上,应力、材料属性定义在单元中心上且在单元内均匀分布,时间上采用欧拉格式进行离散．数值结果表明, 本方法计算结果与其他数值方法结果吻合良好,计算速度快且内存消耗少,可以有效模拟三维各向异性功能梯度材料的弹性问题．     

功能梯度热障涂层热应力的有限体积法研究

为了研究功能梯度热障涂层(TBC)热应力问题,改进了交错格点型有限体积方法(SCV-FVM)。运用交错网格技术,待解变量定义在单元节点上,物性参数定义在单元中心上。计算功能梯度圆盘的应力场,结果与理论解吻合良好,验证方法的正确性。通过与有限元结果及高阶功能梯度理论(HOTFGM)结果对比发现,SCV-FVM可以有效避免物性参数变化引起的人工数值不连续。研究功能梯度TBC热应力问题,分析涂层厚度变化对热应力场的影响,通过与ANSYS计算结果对比验证数值模拟的正确性。