流体绕多个钝体不稳定分离流动数值仿真

采用离散涡方法对绕多个钝体不稳定，分离流动进行了数值仿真。数值试验结果表明，在来流对称的条件下，绕双圆柱流动是双稳态的，这和实验是一致的，绕多个钝体的流动更为复杂，前排对后排的流动存在很大的影响，尤其在前排不仅是一个物体的情况下。计算中还包括了物体的不同截面形状，这些计算结果将有助于各种换热器，海洋平台、建筑群布置等正确设计，改变以往仅按平均、稳定流动的设计。     

Re=3 900圆柱绕流的三维大涡模拟

为研究亚临界雷诺数范围内圆柱绕流流场特性及三维大涡模拟方法的适用性,基于C++语言及有限体积法开发了三维非结构化网格的大涡模拟计算程序.采用新的高稳定性高精度二阶离散格式,及Smagorinsky亚格子模型对Re=3 900均匀来流条件下的圆柱绕流问题进行数值模拟,并统计获得了平均流场参数及湍流流场的详细结构特性.结果表明:采用本文的网格、计算步长和高稳定性二阶离散精度大涡模拟方法计算所得的湍流场一阶统计特性和二阶统计特性与实验值吻合很好.验证了大涡模拟程序在模拟亚临界雷诺数下圆柱绕流流场平均值及脉动值的合理性.     

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真—Ⅱ．具有剧烈分离的不稳定气流场的数值模拟

应用离散涡方法数值模拟了高雷诺数下的钝体（圆柱、方柱等）绕流,得到了流谱、涡谱等流动信息。从流谱和涡谱中可以明显看到流动分离、旋涡以及旋涡时间的发展演化,即成功模拟出流动所具有的非定常、不稳定等非线性特征。     

丁坝绕流及局部冲刷坑二维数值模拟

针对以往常用的丁坝绕流流场计算方法存在的不足，建立了边界拟和曲线坐标变换下的平面二维变水深流函数-涡量数值模型。给出的坐标变换可用于三维；计算紊动扩散系数采用F分布，模型可用于变水深情况。用本文的模型，研究了单个丁坝与不同个数、不同形式的丁坝群产生的流速场与涡量场，给出涡量与局部冲刷坑范围及最大冲深部位。结果表明：计算得出的流函数、涡量、流速合乎规律；丁坝坝头处涡量较大，是形成冲坑的主要原因。方法较通常紊流模型及原参数解简便，为丁坝绕流及局部冲刷坑的数值模拟，开辟了一条新途径。     

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真Ⅱ.具有剧烈分离的不稳定气流场的数值模拟

应用离散涡方法数值模拟了高雷诺数下的钝体(圆柱、方柱等)绕流,得到了流谱、涡谱等流动信息．从流谱和涡谱中可以明显看到流动分离、旋涡以及旋涡随时间的发展演化,即成功模拟出流动所具有的非定常、不稳定等非线性特征．     

悬停旋翼粘性绕流N-S方程数值模拟

通过求妥薄层Navier-Stokes方程数值模拟了悬停旋翼粘性绕流,为了方便实施旋转对称性边界条件和更为有效地捕捉尾涡系,采用了嵌套网格技术,空间离散方法采用中心有限体积法,时间推进格式为五步Runge-Kutta法,考虑到旋翼绕流的特点,对远场边界条件作了合理的修正,应用本方法对Caradonna模型旋翼的两个实验状态进行了数值模拟,计算结果与实验值吻合很好,说明本 方法 成功的     

建筑物绕流的环境效应

本文建立了一个适合建筑物绕流等环境流动的可压缩湍流粘性数值模型，并用该模型模拟了单个和多个建筑物的绕流，得出了建筑物间的滞留旋涡，建筑物“热岛”等对环境有很大的影响的流谱。     

圆柱体绕流的数值模拟

采用有限元方法离散求解了雷诺平均Navier-Stokes方程。为了提高流场的分辨率,湍流的模拟采用了亚格子模型的大涡模拟模型,对绕单个圆柱体的绕流问题进行了数值模拟。给出了随时间变化圆柱体周围的流动速度矢量图、柱体上的非定常力系数值计算结果与相关实验结果的比较。数值计算结果与相关实验结果具有合理的一致性。     

圆柱体绕流的数值模拟

采用有限元方法离散求解了雷诺平均Navier-Stokes方程.为了提高流场的分辨率,湍流的模拟采用了亚格子模型的大涡模拟模型,对绕单个圆柱体的绕流问题进行了数值模拟.给出了随时间变化圆柱体周围的流动速度矢量图、柱体上的非定常力系数及数值计算结果与相关实验结果的比较.数值计算结果与相关实验结果具有合理的一致性.     

高层建筑二维流场的数值模拟

针对建筑物风场的高雷诺数特点,采用离散涡法,分析了高层建筑物的非定常分离流问题.通过引入奇异点技术摆脱了保角变换的处理过程,使离散涡法能适应于复杂形状的钝体结构.数值模拟了流场的变化特征,分析了各种攻角下,具有方形截面的高层建筑的升力系数、抗力系数和Strouhal数.计算分析表明,离散涡法具有计算速度快及精度高的特点,可以刻画出流场的流动特征,透视到流动机理,在结构风工程领域具有较好的应用价值.     

黏性非定常圆柱绕流的升阻力研究

对于单圆柱绕流问题，以前的分块耦合法一般将整个流场区域划分为八个子区域，同时每一子块的内部拟边界与相邻块重叠一层网格，且节点数一致，以便实现数据传递．这种分块方法紧贴圆柱面上也会有拟边界点，所以不利于以后的动网格计算，使用新的分块耦合求解方法来数值模拟单圆柱以及不同间距下的串列双圆柱绕流情况，克服了过去分块方法造成的边界附近的数值奇性问题，并将该方法扩展用于串列双圆柱绕流的数值模拟，研究分析了改变双圆柱中心间距对上下游圆柱的升阻力系数和脉动频率所产生的影响，为进一步研究涡致振动提供了依据，使用壁面涡量积分法计算升阻力系列化脉动，精确计算出了脉动周期和幅值，计算结果与实验数据符合较好。     

基于气体动理学格式的平板绕流数值模拟

介绍了基于Bhatnagar-Gross-Krook（BGK）模型的气体动理学格式Gas Kinetic Scheme（GKS）数值算法。给出了平板绕流的物理模型以及边界的处理方式,同时进行了算法准确性验证。对不同雷诺数条件下的单平板绕流进行数值模拟,随雷诺数的增大,涡不断被拉长,逐渐失去对称性,形成卡门涡街;对Re=300的前后平板绕流,当板间距较小时流场处于对称尾流区,没有涡的脱落,当板间距较大时会形成卡门涡街;对Re=300的上下平板绕流,当板间距较小时流场特征与单平板绕流相似,当板间距较大时会形成两列涡,在下游较远处开始逐渐合并。     

中等雷诺数圆球绕流的数值研究

采用三维黏性不可压缩流场分块耦合计算方法计算圆球绕流问题.动量方程分别采用高精度和常规精度离散,压力泊松方程采用二阶中心差分格式离散.出口边界条件为无反射边界条件;计算网格为全流场封闭的H-O型网格.计算了雷诺数为8.9～1 000.0时圆球绕流受到的阻力,分析尾涡形状及长度随雷诺数的变化规律.计算得到的阻力系数和尾涡长度与实验结果符合较好.用高精度算法研究了尾涡结构问题,在雷诺数为1 000.0时成功地获得了尾流发夹涡现象.     

基于动态Smagorinsky-MRT-LBM的圆柱绕流湍流研究

采用多松弛格子玻尔兹曼与大涡模拟的动态Smagorinsky亚格子涡粘模型相结合的方法对圆柱绕流湍流进行模拟,研究300至10 000不同雷诺数下的单圆柱绕流湍流涡的周期性变化。研究结果表明:计算所得的斯考特数值和阻力系数值与文献中实验结果以及有限元仿真结果基本一致,说明该方法对于不同雷诺数的湍流模拟是合理的。     

非定常来流对建筑周围流场影响的数值模拟

采用Realizable k-ε双方程模型和PISO算法，在正弦型周期变化风谱所形成的大气边界层对数风速廓线下，对绕三维建筑物的流动进行了数值模拟．采用分区网格划分方法，应用自适应网格技术，固体壁面采用标准壁面函数法处理．计算结果显示，整个流场都随正弦风谱呈周期性波动，各点速度的变化周期相同，只是幅度有所改变．周期的变化对整个流场速度的大小影响较小，但振幅的改变可使速度值发生很大变化．在建筑物周围，受阻挡的气流被挤压而绕流，横剖面后部形成两个旋转方向相反的大尺度涡；纵剖面后部分离后产生与H同高尺的分离涡，回流区长度在0．15m左右，且不随周期和振幅而改变，整个流动具有对称性．     

高雷诺数圆柱绕流分离的旋转控制

为了深入研究高雷诺数旋转圆柱绕流的流场特性,采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数Re分别为3 900、1.4×105、1.0×V106的圆柱绕流在不同转速条件下的三维流场进行了数值仿真。首先以典型非旋转圆柱绕流为算例与相关研究结果进行了对比,验证了本文计算方法与结果的准确性,然后对旋转速度α分别为1、2、3、4时的圆柱绕流进行了模拟。结果表明,不同雷诺数条件下旋转效应都可以有效抑制旋涡脱落和尾部湍流的产生,且分离涡随着转速和雷诺数的增大而变小。同时,雷诺数越小,圆柱的升阻比越大,而超临界区升阻力系数的变化趋势不明显且其值较小;雷诺数越大,受到粘性力的影响越小。     

自由剪切层中离散涡的运动学特性

本文采用离散涡方法,数值模拟了二维自由剪切层流动中离散涡团的演变过程,共包含一千多个平板脱落离散涡和八十个替代平板的离散涡的计算,两股流动速度差为6m/s。计算结果表明:在剪切层流场沿下游的不同位置上,离散涡团有着不同的合并形式。     

绕圆柱非定常尾涡对液滴碰撞聚结影响的数值模拟

为了探究圆柱绕流下游非定常涡脱落对液滴的变形、聚结过程的影响,运用相场方法,建立了在圆柱绕流流场中液滴变形和聚结的二维模型.探究了在两相流圆柱绕流中,不同入口速度分布、流速以及液滴相对位置对液滴的变形及聚结的影响.结果表明:在平均速度相等的情况下,入口速度为抛物线型比定值更有利于液滴的聚结,发生聚结时间可缩短为定值的1...     

用格子Boltzmann方法模拟方柱绕流

基于格子Boltzmann方法的原理和对边界条件处理的便捷性,分别对单方柱和并列双方柱绕流进行了研究.对于单方柱绕流,分别研究了不同雷诺数和阻塞比对它的影响,给出了不同雷诺数下单方柱绕流的流线图和涡量图,以及平均阻力系数和最大升力系数随雷诺数的变化曲线,得到单方柱产生卡门涡街的临界雷诺数,也给出了不同阻塞比下单方柱绕流...     

基于投影浸入边界法的流固耦合计算模型

针对建立的刚体和流体相互作用的浸入边界法数学模型,借助求解不可压缩N-S方程组的分步投影方法的思想来求解基于浸入边界法的耦合系统方程.在空间离散上,对流项采用Quick格式,扩散项采用中心差分格式.时间推进采用显式欧拉法,固体对流体的作用力源项引入流体体积(VOF)方法中的体积比函数,通过龙贝格算法高效求解每个网格单元中浸入刚体所占的体积比.利用VC++编写投影浸入边界法的数值计算程序,并以单圆柱绕流为基准数值算例,通过与其他文献和实验结果的对比,验证了数值计算结果的准确性和可靠性,并进一步分析了不同雷诺数下圆柱绕流场的涡结构分布特征.