分层流体中冰脊拖曳力的数值模拟研究

冰脊在分层流体表面的漂移运动会在内界面激发出内波,内波又会对冰脊的运动、堆积产生重要影响。利用湍流模型对冰脊在分层流体中的运行过程进行了数值模拟研究,并与已有物理模型实验结果做了比较,冰脊拖曳力和内波界面的数值模拟结果与物理实验结果吻合良好。当流场属于跨临界区时,内波的产生使冰脊拖曳力随弗劳德数Fr先增大后减小,冰脊拖曳系数随Fr的变化规律类似。当流场属于超临界区时,拖曳力随Fr增大而增大,拖曳系数不再随弗劳德数变化。当内波波峰达到最高点的时候,冰脊拖曳力达到一个峰值。     

长腔体内混合流体行进波对流的高精度数值模拟

该文构造了含源项的对流-扩散方程的高精度紧致格式,并应用于求解描述混合流体行进波对流系统的控制方程.其中,对流项采用四阶精度的紧致格式离散,扩散项用四阶对称格式离散.首先对长高比为46腔体内的混合流体行进波对流系统进行验证性计算,得到了瞬态的对传波(counterpropagating wave)以及两种类型的调制行进波(modulated traveling wave).验证结果与其他前人的数值模拟结果非常吻合.该文计算得到了延伸行进波(extend traveling wave),在此基础上通过减小瑞利数,分析了局部行进波的稳定性对Rayleigh数r的关系,并确定了局部行进波的稳定范围为r=1.12～1.22.     

洪泽湖混合流数值模拟

本文通过构造一个二维开边界数值模式，对不同风情及出入湖流量组合情况下的洪泽湖混合流流态进行模拟研究，探讨其混合流特征。     

大型水库水温分层数值模拟

针对大型水库水温分层特点,建立了一种三维数值计算模型。该模型根据控制方程中各物理过程的变化特点采用算子分裂法,对时间步长要求苛刻的快过程采用隐式求解,对时间步长要求宽松的慢过程采用显式求解,协调了不同物理过程模拟的时间步长;提出单侧边界坐标拟合法解决了河道计算区域平面尺度差别大的问题,增加了计算稳定性;对斜压梯度力在σ坐标系下的计算方法作了处理,提高了计算精度。该模型得到了实验室分层流资料和二滩水库实测资料的验证,充分表明模型的有效性和实用性。     

有限深分层流体中运动物体尾流生成内波的一种移动脉动源方法

分层流体中运动物体激发的内波可分为两类,一类是体效应内波,另一类是尾流内波。对于体效应内波,理论研究趋于成熟;而对于尾流内波,主要以实验研究为主,理论分析相对欠缺。该文采用一种移动脉动源来模拟分层流体中运动物体的尾流效应,结合内波本征值问题及Fourier变换等方法,得到了计算有限深分层流体中移动脉动源生成内波垂向位移场的表达式。此法适用于有限深度中的任意分层流体。利用该理论模型,对Robey实验条件下的密度分层流体进行了数值模拟。重点从波系和波形分析文中解释了实验中存在的两个现象:即物体高速运动时横波系的存在和散波系的分离。针对运动波形,进行了数值和实验结果比较,表明了所建模型的合理性与有效性。     

基于致动线模型的风力机尾流场数值模拟

本文基于致动线模型求解三维Navier-Stokes方程的方法,对NTNU的BlindTest1风力机尾流场进行了数值模拟。该方法避免了求解实际叶片的表面边界层,无需使用动网格,从而大大降低了网格量和计算时间,非常适用于尾流场的模拟。该文所有计算均基于OpenFOAM自定义的求解器ALMpisoFoam。推力和功率的计算值与实验值吻合得很好,验证了求解器的正确性。3个典型叶尖速比下的轴向诱导因子、湍动能和尾涡结构等也在文中进行了简要分析。     

玄武湖混合流数值模拟研究

本文从二维浅水非恒定流的控制方程组出发,建立了玄武湖混合流水动力数值模式,应用伽辽金（Galerkin）有限元法对数学模型求解。对玄武湖出入流2m^3／s流量及5．7m／s均匀定常东北风进行数值模拟验证基础上,研究了出入流2m^3／s流量及6m／s均匀定常东风、西风、南风、北风、东南风、西北风六种风情组合作用下的玄武湖混合流特性。结果表明：玄武湖混合流流场受到吞吐流作用影响较弱,受到风作用影响较强,混合流流态表现为湖区若干环流和沿岸流的有机结合;沿岸流流向与风向一致,湖中较深的地方形成逆风流动的补偿流,流向与风向相反;玄武湖混合流场的形态由风向决定,不同方位风场作用形成的稳定混合流流态不同;对峙方向风场形成的混合流流型相似,流向相反。     

两层流体中潜艇水下运动尾迹的数值模拟

本研究使用基于RANS方程和VOF方法的非定常粘性数值方法对潜艇在两层流体中水下运动时的尾迹特征进行了探索性研究,成功的模拟出潜艇水下运动产生的表面波和内波,数值计算结果与理论分析和文献研究结果基本一致。     

有限植被群水流尾流场特征的数值模拟研究

绕植物群流动通常被简化为绕柱群流动问题,而多孔介质模型可用于概化植被对水流的影响.该文基于自主开发的自由表面水流计算模型HydroFlow(R),建立了多孔介质水流模型.该模型采用σ坐标变换捕捉自由表面,湍流模型选用SST k-ω两方程模型.开展了不同植被密度(Φ=0.03,0.1,0.22,0.38)及植被相对水深高...     

低速肥大船舶尾流场数值模拟及阻力性能预报

该文以商用软件FLUENT为平台,以KVLCC2M算例为对象,进行了低速(Fn≤0.15)肥大船舶(Cb≥0.8)尾流场的数值模拟和阻力性能预报,考察了网格类型和湍流模式等因素对计算结果的影响,确定了工程适用的计算方法,并应用于VLCC、VLOC和16万吨油船的尾部流场模拟和阻力性能预报,与试验结果比较,吻合良好。     

矩形容器内流体晃动的数值模拟

本文应用ＭＡＣ方法对矩形容器内一层和两层流体由水平激振所引发的晃动进行了数值模拟。计算取与容器固联的坐标系，视激振加速度为质量力，计算结果在流场的形态等方面与实验观测基本一致。     

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。     

粘弹性流体平面收缩流动的数值模拟

在石油、化工、轻纺和材料等工业中，有大量粘弹性液体的流动问题。如原油升举过程和管道输送中的流动；聚合物溶液和纸浆的流动等。由于粘弹性具有复杂的流变性，实验模拟和解析求解都较困难，随着计算机和计算流体力学的发展，粘弹性流体流动的数值研究日益活跃，成为非牛顿流体研究的一个重要方向。粘弹性流体运动数值模拟的主要困难在于：当Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数和Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｇ数达到一定值以后，方程组在求解域内是混合型的，既有椭圆型区又有双曲型区［１］，已有数值计算方法只是得到小Ｒｅ数（Ｒｅ≤８）和小Ｗｅｉｓｓｅｎｂｅｒｓ数（Ｗｅ≤０．４）的结果［２］，因此，探讨这类问题的数值方法有重要的实用意义。本文在二维Ｍａｘｗｅｌｌ流体控制方程组类型分析基础上，采用类型相关格式求解原始变量方程，对粘弹性流体二维流动进行了数值模拟，得到收缩通道在Ｒｅ＝０～２０００和Ｗｅ＝０～０．８的流动结果。和已有算例比较，扩大了线性粘弹性流体的可计算范围，为进一步研究粘弹性流体三维流动的数值方法打下了基础。     

二维温度分层流的数值模拟

以N-S方程为基础，考虑水流温度分层的特点，采用了二维温度分层流的大涡数值计算模型，根据Smagor-insky-Deardorff大涡模型方法对运动粘性系数和运动扩散系数进行模拟，通过对港口取水系统进行模拟，得到了水温与流速分布，正确地模拟了温度分层现象，同时比较了不同工程措施对降低取水温度的效果。     

静止分层环境中圆形浮力射流全场特性的数值模拟

本文利用混合有限分析与交错网格的思想，结合文献（３）中提出的数学模型和本文给出的有效边界条件，对静止分层环境中浮力射流全场进行了数值模拟，预报结果与试验资料的良好吻合，表明本文的数学模型及混合有限分析法可正确地模拟分层环境中圆形浮力射流全场的形成过程及其水力和特性。     

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.     

分层流体中异重流的流态研究

层结环境中的异重流是湖泊,水库中普遍存在的一种复杂的流动现象。本文对于二层流体环境中的异重流流态与各层流体间的密度差的关系作了初步实验研究。当异重流以亚临界速度运动时,可能激发分层界面处的界面波并与异重流作用。当界面波谷接近到头部的0.5波长时,异重流头部速度陡降。异重流以超临界速度运动或头部远离界面时,一般是等速运动。     

两层黏性流体中直立圆柱体绕流的三维数值模拟

研究了两层流体中直立贯底圆柱体的三维黏性绕流问题.以不可压缩Navier-Stokes方程为控制方程,应用VOF方法追踪两层流体的内界面,建立了该问题的数值模拟方法.成功地数值模拟了两层流体中圆柱体黏性绕流产生的三维尾涡特征,表明了流体的密度分层效应对直立贯底圆柱体的尾涡特性和阻力系数都是有影响的.在海洋立管涡激振动的研究中,考虑流体的密度分层效应是重要的.     

抗滑桩的土拱效应及数值模拟

通过对抗滑桩及桩周土的力学分析,建立了相应的有限差分模型,并运用连续介质的快速拉格朗日差分程序FLAC模拟了土拱产生的过程和机理,分析了影响土拱效应的因素.计算结果表明:①桩距设为桩宽的2.5～3.5倍是比较合适的;②桩后中轴线上节点y方向位移变化曲线能够直观反映土拱的产生过程;③桩间距越大,土拱效应越不明显,随桩间距的增大,桩的荷载分担比逐渐减小,而土体的荷载分担比逐渐增大;④土体内摩擦角越大,桩的荷载分担比就越大,土拱效应也就越明显;⑤土体粘聚力对土拱效应的影响并不显著.上述结论对抗滑桩桩距的设计有一定的参考价值.