基于SPH方法的低韦伯数下三维液滴碰撞聚合与反弹数值模拟研究

光滑粒子流体动力学方法（SPH方法）作为纯拉格朗日粒子方法,可以有效避免网格法在模拟大变形过程中带来的网格扭曲等缺陷,适合模拟含大变形的液滴碰撞聚合与反弹过程。该文基于Ott和Schnetter提出的修正SPH方法,利用有限差分与SPH一阶导数相结合的方法处理粘性项中的二阶导数问题,进行Couette流算例验证,数值解...     

双股液体射流撞击雾化的SPH方法数值模拟

双股液体射流撞击雾化过程存在复杂的界面运动,传统网格法很难处理。运用SPH方法对双股液体射流撞击雾化问题进行三维数值模拟;根据实际的双股液体射流撞击雾化过程提出了合理的简化模型;弱可压缩状态方程中参考压强采用了新的计算公式;利用有限差分与SPH一阶导数相结合的方法处理粘性项中的二阶导数;对人工应力提出了新的参数值选择方案。将数值仿真结果与文献实验结果进行对比,二者比较吻合,表明SPH方法很适合解决射流撞击雾化等复杂的界面运动问题。     

修正的SPH方法模拟强制旋转动边界问题研究

采用移动最小二乘(movingleastsquares,MLS)修正的光滑粒子流体动力学(smoothedparticlehydrodynamics,SPH)算法模拟了一个强制旋转动边界问题模型。提出了一种施加强制旋转粒子动边界方案。阐述了修正方法的原理并给出了具体的修正操作方法。同时,还构建了静边界模型,并分别使用修正的SPH以及商业软件FLUENT计算。对计算结果的比较分析表明：该修正SPH方法,能够消除压力振荡;该方法及动边界处理方案可以有效计算该强制动边界问题,为进一步计算更加复杂模型奠定了理论基础。同时,该方法对于不同领域中的动边界问题也具有一定参考价值。     

无网格粒子法在模拟单螺杆挤出非牛顿流中的应用

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法,采用FORTRAN语言,自行开发了一套模拟非牛顿流的程序。采取镜像粒子法处理固壁边界。使用移动最小二乘(MLS)修正密度,消除压力振荡。选取幂率模型计算非牛顿流体黏度。通过模拟平板Poiseuille流验证了该程序计算非牛顿流的正确性。最后,将SPH方法应用于单螺杆挤出螺槽横截面流场的计算,对比考察了剪切变稀、牛顿、剪切变稠等不同情况下的速度场、剪切速率场,计算结果与理论基本符合。螺槽中轴线上的速度分布与理论解一致。为SPH方法在更加复杂的三维螺杆挤出模拟打下了基础。     

基于罚函数SPH新方法的水模拟充型过程的数值分析

同传统的网格法相比,光滑粒子流体动力学(SPH)方法非常适合于求解大变形和自由表面流动问题.阐述了SPH理论及其应用,并用罚函数处理流体与壁面的相互作用,以解决传统SPH本质边界条件不易施加的问题.对水模拟的允型过程实验进行数值分析,并和文献实验结果以及传统SPH进行对比,最终表明仿真结果与实验非常吻合,比传统SPH方...     

基于SPH方法的油箱抗冲击有限元分析

目的验证SPH方法在流固耦合问题上的适用性。方法采用SPH方法(光滑粒子流体动力学方法)模拟无人机油箱抗冲击过程,并与采用CEL方法(耦合欧拉-拉格朗日方法)模拟得到的结果进行对比。结果 2种模拟方法得到的燃油晃荡情况、油箱应力分布及地面支反力结果接近。结论 SPH方法在流固耦合问题上是适用的。     

基于SPH方法的沙粒流体起跳风速的研究

运用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics:SPH)方法对沙粒在气流中的起跳现象进行数值模拟。沙粒的起动风速一直是风沙两相流研究的重点内容。SPH方法将整个计算区域离散成两种分别代表气相的和沙粒相的单个粒子。在气相粒子的作用下,每个沙粒从起跳到在气相粒子的作用下随着气相粒子运动的过程都可以被动态地呈现出来。该文首先介绍了SPH方法基本理论,详细评述了SPH公式中的核心因素及其对数值模拟结果的影响,提出了风沙二相流的SPH数值模型;其次对数值模型进行了离散化,设置边界条件对沙粒的起跳过程进行数值模拟;最后将数值模拟结果与已有的起动风速的实验测量结果及他人的数值模拟结果进行比较,结果表明:用该方法计算的结果与前人所进行的研究结果是一致的,并且得到一些新的结论。     

应用SPH方法模拟近水面爆炸

应用无网格光滑粒子法对近水面爆炸问题进行了数值模拟,模拟再现爆轰产物、水以及空气多种介质间的相互作用过程。相对于传统的基于网格的数值方法,SPH方法的无网格、Lagrangian性质能够自然、简单地处理爆炸产生的大变形、多介质作用等问题。通过自编程序,选用有效合理的SPH理论方法再现了近水面爆炸的复杂物理现象,定性分析了近水面爆炸的密度和压强的分布情况。通过数值模拟,近水面爆炸的复杂物理现象得到了合理再现,同时验证说明了光滑粒子法能有效地对可压缩多介质流进行计算模拟。     

齿轮齿条动态啮合及传动分析的SPH数值算法研究

针对现有光滑粒子流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,SPH)方法在对齿轮齿条等具有复杂边界的机构进行动态啮合及传动过程分析的不足,基于齿轮齿条啮合及传动特点进行了改进.通过改进其相互作用力,提出了一种适用于复杂边界动态啮合及传动分析的SPH计算方法,并编程实现了相应的SPH程序....     

基于预处理方法的空化超空化流数值模拟

建立了一套水动力空化流数值计算方法,采用基于预处理方法的空化两相流模型计算二维空化问题,并通过添加源项来计算轴对称外型空化问题,发展了类比于Roe格式的空化两相流通量计算迎风格式,湍流模型采用经过修正的相似文献   

Effect of reverse flow on the pattern of wall shear stress near arterial branches

Atherosclerotic lesions have a patchy distribution within arteries that suggests a controlling influence of haemodynamic stresses on their development. The distribution near aortic branches varies with age and species, perhaps reflecting differences in these stresses. Our previous work, which assumed steady flow, revealed a dependence of wall shear stress (WSS) patterns on Reynolds number and side-branch flow rate. Here, we examine effects of pulsatile flow. Flow and WSS patterns were computed by applying high-order unstructured spectral/hp element methods to the Newtonian incompressible Navier–Stokes equations in a geometrically simplified model of an aorto-intercostal junction. The effect of pulsatile but non-reversing side-branch flow was small; the aortic WSS pattern resembled that obtained under steady flow conditions, with high WSS upstream and downstream of the branch. When flow in the side branch or in the aortic near-wall region reversed during part of the cycle, significantly different instantaneous patterns were generated, with low WSS appearing upstream and downstream. Time-averaged WSS was similar to the steady flow case, reflecting the short duration of these events, but patterns of the oscillatory shear index for reversing aortic near-wall flow were profoundly altered. Effects of reverse flow may help explain the different distributions of lesions.     

超声血流向量成像技术探讨颈动脉球部壁面剪切应力的影响因素

目的：运用超声血流向量成像(Vector Flow Imaging, V Flow)技术探讨颈动脉球部自体解剖结构及血流动力学因素对壁面剪切应力(Wall Shear Stress, WSS)的影响。方法：选取颈动脉超声检查正常患者 70例,将 V Flow感兴趣区置于颈总动脉分叉部及颈内动脉起始段。测量颈动脉球部与颈总动脉间角度(θ)、测量收缩末期颈动脉球部(Carotid Bulb, CB)膨大最明显处内径(D_CB)与颈总动脉末段内径(D_CCA)的比值(D_CB/D_CCA)、测量颈动脉球部分流量(Q_CB)与颈总动脉末段流量(Q_CCA)的比值(Q_CB/Q_CCA)、描记颈动脉球部血流紊乱区可视化面积(A_CB)以及测量颈动脉球部起始段内侧平均壁面剪切应力(WSSI-CB)和外侧平均壁面剪切应力(WSS_E-CB),并对上述各项参数进行统计学分析。结果：(1)颈动脉球部起始段 WSS_I-CB值为(0.88±0.30) Pa,外侧 WSS_E-CB值为(0.32±0.15) Pa,外侧壁明显小于内侧壁,差异有统计学意义(P<0.01)。(2)颈动脉球部与颈总动脉夹角 θ值为(24.5±12.1)°,与 WSS_E-CB相关系数为r=-0.171,二者无相关性且差异无统计学意义(P>0.05);颈动脉球部膨大最明显处内径与颈总动脉末段内径比值 D_CB/D_CCA为(0.66±0.09),与 WSS_E-CB值呈负相关,相关系数为r=-0.312,差异有统计学意义(P<0.05)。(3)颈动脉球部分流量与颈总动脉末段流量比值Q_CB/Q_CCA为(0.69±0.15),与 WSS_E-CB值呈正相关,相关系数为r=0.428,差异有统计学意义(P<0.01);颈动脉球部血流紊乱区面积 A_CB为(0.27±0.17) cm²,与 WSSE-CB值呈负相关,相关系数分别为 r=-0.545,差异有统计学意义(P< 0.01)。结论：颈动脉球部血流量、血流紊乱区面积及膨大程度是影响外侧壁面剪切应力 WSS的主要因素,而与颈动脉球部发出角度的关系并不密切。     

实时水面模拟方法研究

提出了一种基于GPU的水面实时模拟方法。该方法不依赖于噪声图,而实现了实时的水波生成、折射和反射效果的菲涅耳合成以及水面光照模型的计算。利用GPU在片段处理前的光栅化处理,该方法渲染负荷不会因水面大小和精度而增大。且依赖GPU的高速计算能力,方法可以达到实时。     

考虑损伤的纤维增强混凝土剪力墙恢复力模型研究

通过理论分析与试验回归相结合的方法,对6个局部纤维增强混凝土(FRC)配筋剪力墙循环往复加载试验结果进行研究,提出了考虑轴压比、边缘约束区纵筋率、配箍特征值、FRC和钢筋力学性能以及钢套管等因素的骨架曲线特征点简化计算公式。同时,考虑加载历程对墙体性能退化的影响,通过引入一个基于试验拟合结果的损伤模型,定量描述了各试件滞回环卸载刚度和骨架曲线下降段强度退化规律,给出了恢复力模型滞回规则,并与试验墙进行了模拟对比,验证了模型的准确性。     

中厚板圆盘剪剪切力能参数测试及最佳剪刃间隙数学模型的建立

针对中厚板圆盘剪剪切质量差、剪切力理论计算偏差大等问题开展了生产实测、数据采集、回归拟合处理,得出现有的剪切力理论公式计算结果和实测结果相比误差在-9.56%～+56.5%之间.这些理论公式求解中未考虑随着厚度的增加剪切抗力和抗剪面积的非线性变化,导致剪切力计算结果大幅减小.这些公式适宜于薄规格钢板的剪切力计算,但用于厚板剪切力计算还要进一步完善.同时,建立了一个综合剪切钢板厚度、材料属性、累积剪切面积的圆盘剪剪刃间隙调整模型,并且考虑了刀盘装置在剪切受力过程中的变形对剪刃间隙影响.因此,针对不同的圆盘剪设备,要在该模型中考虑刀轴载荷-变形值的影响,对模型进行修正完善,就可获得适合于自己的间隙调整工艺参数.     

基于AutoCAD2000的螺旋面工件实体造型方法

实体造型是用作图法进行共轭曲面计算机辅助设计的基础，本文根据螺旋面的形成原理，利用Auto．CAD2000的实体造型、布尔运算等功能，对基于Auto CAD2000的螺旋面工件的实体造型方法进行了探讨，并建立了相应的数学模型．     

工艺参数对剪切旋压旋压力和壁厚差的影响

在锥形件剪切(变薄)旋压过程中,旋压力分析对于确定工艺参数及设备选型都具有重要意义,而壁厚差是衡量旋压件成形质量的关键指标之一.基于ABAQUS/Explicit平台建立了锥形件剪切旋压的三维有限元模型,进而获得了偏离率、旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速及旋轮直径对LY12M锥形件剪切旋压旋压力和壁厚差的影响规律.研究表明:旋压力随偏离率增加而减小,随旋轮圆角半径、旋轮进给量、芯模转速的增加均呈上升变化趋势;偏离正弦律的程度越大,壁厚差越大;旋轮圆角半径为毛坯厚度的1～2倍,壁厚差较小;较大的旋轮进给量和芯模转速有利于减小壁厚差.旋轮直径对旋压力和壁厚差的影响不显著.     

基于响应面法的无芯模成形精度研究

目的 提高无芯模旋压零件的尺寸精度.方法 利用双旋轮旋压机床,采用响应面实验优化设计方法,对铝合金零件分别从旋轮进给速度、芯模转速、锥形件的成形角度、坯料与成形件最大开口直径比等方面进行研究,建立其与尺寸精度的预测模型,采用Design-Expert软件对尺寸精度进行回归系数及方差分析,并对此工艺参数进行优化,得到最优...     

Effect of Reynolds number and flow division on patterns of haemodynamic wall shear stress near branch points in the descending thoracic aorta

Atherosclerotic lesions are non-uniformly distributed at arterial bends and branch sites, suggesting an important role for haemodynamic factors, particularly wall shear stress (WSS), in their development. The pattern of lesions at aortic branch sites depends on age and species. Using computational flow simulations in an idealized model of an intercostal artery emerging perpendicularly from the thoracic aorta, we studied the effects of Reynolds number and flow division under steady conditions. Patterns of flow and WSS were strikingly dependent on these haemodynamic parameters. With increasing Reynolds number, WSS, normalized by the fully developed aortic value, was lowered at the sides of the ostium and increased upstream and downstream of it. Increasing flow into the side branch exacerbated these patterns and gave rise to a reversing flow region downstream of the ostium. Incorporation of more realistic geometric features had only minor effects and patterns of mean WSS under pulsatile conditions were similar to the steady flow results. Aspects of the observed WSS patterns correlate with, and may explain, some but not all of the lesion patterns in human, rabbit and mouse aortas.     

Effects of shear flow on long-ranged correlations,spinodal demixing kinetics,and the location of the critical point and cloud point

A derivation of an expression for the shear rate-dependent Ornstein Zernike structure factor is discussed, together with the resulting anomalous behavior of the turbidity. The predicted scaling behavior of the turbidity, comprising the effect of both temperature and shear rate, is in good agreement with experiments on binary fluids. Then initial spinodal decomposition is discussed, and an explicit expression for the time- and shear rate-dependent effective diffusion coefficient is derived, which shows all the typical characteristics of anisotropic light scattering patterns that are observed experimentally for binary fluids. Next it is shown that the spinodal is shifted linearly with the (bare) Peclet number for not too large Peclet numbers, whereas the cloud point is singularly displaced into the unstable region due to a shear now. This is in agreement with an experiment on a two-polymer/solvent mixture and binary fluid mixtures. It is argued that light scattering is useless to determine the location of the spinodal of a sheared system.Paper presented at the Twelfth Symposium on Thermophysical Properties, June 19–24, 1994, Boulder, Colorado, U.S.A.