基于格子Boltzmann方法的液压激振管道压力冲击的研究

为研究液压激振管道的压力冲击问题,引入一种基于介观粒子的格子Boltzmann方法,建立液压激振管道的多松弛格子演化模型,模拟阀门关闭引起的管道压力冲击;在不同阀门关闭时间、不同流速变化条件下,分析管道压力冲击的变化规律以及管道中速度场对压力的影响。仿真分析结果表明:关阀时间与管道压力波周期的关系是影响管道压力冲击的根本原因;通过与传统有限体积法的模拟结果进行对比,得出格子Boltzmann方法能较好地模拟液压激振中管道的压力冲击,与传统方法模拟结果有较好的一致性,且格子方法的运算效率更高;速度场的分析表明,速度瞬变是压力瞬变的根本原因。两种分析方法对比表明,格子Boltzmann方法方法具有易于编程实现、计算效率高等特点,可以应用于复杂液压激振系统的分析研究。     

基于LBM方法的涡街流量计数值模拟研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,运用二阶插值反弹格式(IBB)处理涡街漩涡发生体曲面边界,同时结合雷诺平均N-S方法(RANS)以及亚格子模型(SGS)处理湍流,对涡街流量计流场进行了数值仿真模拟。参照检定规程,选取DN80涡街流量相应流量点进行重复性、稳定性实验以及数值仿真计算。结果表明,数值仿真计算测得的漩涡脱落频率与实验数据具有较好的一致性,LBM方法作为基础方法能够用于涡街流量计仿真工程应用。     

桥梁气动导数的格子Boltzmann大涡模拟仿真

为将格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method, LBM)用于桥梁气动导数的识别,该文将壁面自适应局部(Wall-Adapting Local Eddy, WALE)涡黏性模型引入到多松弛时间格式(Multiple Relaxation Time,MRT)的LBM中,构造了一种能够有效模拟桥梁结构高雷诺数绕流的LBM大涡模拟方法—MRT-LBM-WALE。采用MRT-LBM-WALE和动边界技术驱动主梁断面在流场中做正弦竖向或扭转振动,在虚拟风洞中实现了强迫振动法识别气动导数的LBM仿真。利用方柱非定常绕流问题验证MRT-LBM-WALE的可靠性后,对理想平板和Great Belt东桥的气动导数进行了计算。研究证明MRT-LBM-WALE能够得到近壁面上真实的亚格子涡黏性,可以准确地预测湍流流动的发展。同时,研究表明气动导数的MRT-LBM-WALE仿真值与理论解或试验值吻合较好。     

液滴表面张力对煤尘润湿影响的数值模拟和实验研究

针对矿井煤尘难以润湿的特点,考虑到煤尘与液滴间分子作用力和煤尘表面渗流的特性,采用格子Boltzmann方法(LBM),从减小液滴表面张力方面对煤尘润湿接触角和润湿时间进行数值模拟,同时实验测定煤尘的润湿性。结果表明:LBM数值模拟和润湿实验得到的规律一致,减小液滴表面张力能够大幅度地提高煤尘润湿性,当表面张力减小到小于25 m N/m时,煤尘表现为完全润湿;通过实验测试不同表面张力的液滴与降尘效率的关系,煤尘润湿性越好,降尘效率越高,进一步验证了LBM数值模拟的合理性。     

柔性丝线与下游圆柱相互作用的二维数值模拟研究

基于格子 Boltzmann 方法和沉浸边界法,首先对柔性丝线在均匀来流中的周期性摆动和圆柱绕流进行了二维数值模拟,并将模拟结果已有研究成果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为精确的边界处理方法。通过分析柔性丝线的升阻力系数和末端位移,研究了丝线与下游圆柱间距对丝线摆动和尾流特征的影响,并讨论了雷诺数和柔性丝线质量比对结果的影响。通过数值模拟结果得出:下游刚体的存在对柔性丝线有明显的减阻效果;在一定的参数范围内,由于粘滞作用和涡的相互作用,丝线末端的摆动幅值随间距增大相继出现了减小和变大的现象;雷诺数的增大可以增强丝线运动,而丝线质量比起到了不稳定作用。     

基于格子-大涡理论的高频换向阀压力特性研究

为揭示高频换向阀的阀口压力特性,降低压力损失,采用格子Boltzmann方法,并结合大涡理论模拟高雷诺数下的阀口流体流动。建立基于格子-大涡理论的高频换向阀格子模型,模拟阀不同尺寸参数下的阀口特性,得出进油腔体积和最大过流面积均对阀口压力有较大的影响,且对于一定的最大过流面积,开口度对阀口压力影响最大。结果表明格子Boltzmann方法具有准确、计算效率高等优点,可以应用于液压激振系统的分析研究。     

液滴在固体表面流动特性的数值模拟及验证

为了研究液滴在固体表面的流动特性,采用格子Boltzmann(LBM)分子动力学和水平集(LS)界面跟踪相结合的方法(LBM-LS)对液体在固体表面流动铺展过程进行数值模拟,用LBM求解液体运动的流场,LS捕捉运动的固液气界面。结果表明,模拟结果与实验测定结果一致,铺展接触角随时间呈指数变化规律,液体表面张力越小铺展接触角越小,证明采用LBM-LS模型模拟润湿性问题是可行的。     

舰船水下接触爆炸的SPH算法研究

舰船水下接触爆炸问题涉及多相物质耦合,而且密度分布极不均匀,阻抗严重不匹配,大变形,强冲击等因素都使传统数值算法很难进行数值模拟。本文旨在通过改进传统SPH算法,并将其应用于水下接触爆炸问题：提出了变光滑长度的链表搜索算法,提高了计算效率,也保证了计算精度;总结了SPH方法对密度极大不均匀问题处理思想;研究了SPH方法的前、后期处理技术,提高了对问题的处理能力,增加了计算结果的可视性。文中最后成功模拟了水下接触爆炸问题,结果与理论一致,验证了所提出的理论和方法的有效性和可行性。另外,分析了不同粒子间距比对数值模拟的影响,结果表明,当粒子的间距比小于2:1时数值结果相对稳定,等于5:1时数值计算崩溃。     

天然气管网的瞬变流动数值模拟

研究和了解天然气管网中的瞬变流动,是对管网进行优化设计,提高运行管理的安全性以及更好的满足用户需求的前提和基础。本文以气体状态方程、动量守恒方程和连续性方程为基础,建立了天然气管网瞬变流动的数学模型,并定义了其典型的边界条件。采用带惯性因子的特征线法对三个方程进行处理,并用C++语言编制计算程序,对管网水力瞬变过程进行了数值模拟。通过在动量方程中引入惯性因子,提高了数值计算效率,并能满足不同瞬变条件下的精度与计算速度要求。当管网温差较大时,应将整个管网划分为几个小系统,再在每个系统中按等温处理。     

平板收缩流的对数构象模拟?

本文采用对数构象方法,结合同位网格有限体积离散,对由 Oldroyd-B 本构模型描述的粘弹性流体流动的高 We 数问题(High Weissenberg Number Problem, HWNP)进行了研究,对等温不可压条件下的平面 Poiseuille 流和4:1平板收缩流进行了数值模拟.平面 Poiseuille 流在不同 We 数时的数值结果验证了对数构象方法在简单流动中的有效性.在4:1粘弹性收缩流的数值模拟中,对数构象方法和传统方法在低 We 数时流场中的流线、应力等的对比结果验证了对数构象方法在复杂流动中的有效性.高 We 数时的数值结果表明:对于 Oldroyd-B 模型,对数构象方法可提高求解时的稳定性,并可将临界 We 数由传统方法的2.5提高到5.0.     

广义Ginzburg-Landau方程的格子Boltzmann模型

本文为了求解广义Ginzburg-Landau方程,提出了带有附加项的五点单弛豫格子Boltzmann模型.首先通过使用Chapman-Enskog展开和Taylor展开,得到了一系列不同时间尺度的偏微分方程和平衡态分布函数的高阶矩.然后我们利用平衡态分布函数的矩方程构造了具有截断误差的格子Boltzmann模型,得到了数值耗散项,并应用Hirt启示性稳定化方法得到模型的稳定条件.最后,我们给出了广义Ginzburg-Landau方程的数值例子.数值结果表明这种方法可以用来模拟广义Ginzburg-Landau方程.     

低温回热制冷机内交变流动与换热的格子-Boltzmann方法模拟

采用格子-Boltzmann方法(LBM)分别通过对二维通道及多孔介质内交变流动与换热进行了数值模拟,以研究低温回热制冷机中脉冲管内及回热器内交变流动与换热规律.结果表明:二维通道交变流动结果与解析解吻合得很好.当交变流动数较大时,出现速度环形效应,温度表现为周期波动变化.多孔介质内各点速度总体均呈现交替波动变化,但振...     

适用于不同维数耦合的数值模拟方法研究

适用于不同维数之间耦合计算的数值模拟方法在计算复杂流动系统时能够兼顾效率和精度,有很大的优势和潜力。该文探讨了不同维数耦合数值模拟的方法;在此基础上自主发展了一个高度自动化、多软件集成、可维数缩放的耦合计算平台CNSPS;并通过多个算例对该计算方法和平台进行了逐步验证。各算例结果表明:该文的耦合方法是可行的,耦合结果与MPCCI的相应计算结果能够实现很好的吻合;耦合方法在计算较为复杂的耦合任务时也表现出了很好的性能。     

柱状填料丝促进液相强制对流传质的Lattice Boltzmann模拟

应用多组分格子Boltzmann模型对旋转填充床中的柱状填料丝引起液相组分间强制对流传质进行了数值模拟,并通过引进反映液相宏观混合效率的函数对比分析了不同柱状填料丝形状和尺寸与其强制对流传质作用之间的定量关系。所获得的模拟结果对填充床的填料丝布置和优化设计,以及旋转填充床传质的数值研究工作有重要的参考价值。     

交流电机驱动机电混合模拟制动器惯性台架的研制

目前制动器惯性台架大都采用直流电机驱动和纯机械模拟的方法,该方法存在反应速度慢、惯量调整困难、模拟精度低等缺点.为此,基于机械模拟和电模拟相结合的方法,采用交流电机驱动和矢量变频调速技术,设计出一台能够实现反应速度快、惯量无级调整的汽车制动器惯性台架.详细介绍了该台架的基本原理、总体结构、技术参数以及交流电机的选择.最后,通过设计出的台架进行了实测验证,结果证明该台架惯量误差远小于汽车制动器性能台架试验标准中规定的误差,极大提高了模拟精度,达到了设计要求,可以应用到实际生产中.     

基于格子Boltzmann方法的微气体流动速度滑移边界条件的检验

为研究微气体流动的速度滑移边界条件,建立适用于滑移区和过渡区的微气体流动的格子Boltzmann模型,从气体动理学理论及Knudsen层效应出发推导了Knudsen数与无量纲松弛时间的关系,基于Succi的边界处理方法和广义二阶速度滑移边界条件推导出壁面滑移速度和反弹比例系数的计算公式,并以微尺度Poiseuille流动为例,对七类速度滑移边界条件进行研究.计算结果表明,在各个速度滑移模型下,中心线上的无量纲速度的偏差小于边界上的无量纲滑移速度的偏差.Guo模型、Hisa模型、Zhang模型表现较好,其次是Hadjiconstantinou模型,而Cercignani模型、Schamberg模型、Deissler模型的表现较差.     

结构动力方程的增维分块精细积分法

在增维精细积分法的基础上,对矩阵进行分块计算.考虑非齐次项的特点,减小了矩阵的维数,实现简化计算,提高了计算效率,同时算法仍然具有增维精细积分法的原有优点.数值算例表明本方法在保持精度的同时提高了计算效率,在处理大型问题时将有着很大的优势.     

基于知识的金属精密塑性成形数值模拟

介绍了基于知识的金属成形数值模拟,包括建立数值模拟知识库,可用来存储、查询数值模拟前处理知识、数值模拟实例,实例包含前处理参数、模拟结果。通过文献收集、试验积累了大量材料流动应力模型。开发基于知识的金属成形数值模拟系统,利用该系统,可以一次性将数值模拟参数输入一张表中,输入数值模拟前处理参数时,可充分参考数值模拟知识库中的知识、实例,通过开发的专用接口可将前处理参数读入数值模拟软件。该系统可显著提高金属成形数值模拟的效率与精度。     

不同质量粒子分布SPH方法及其应用

光滑粒子流体动力学(SPH)方法是一种新发展起来的纯拉格朗日数值方法,其最大的优点是不需要对自由表面进行特殊处理,有利于模拟飞溅、破碎等高度非线性流。SPH方法的一个缺点是计算的时间复杂性高,因为需要大量粒子详细定义流体,使之计算时间相应增加。在核半径保持不变的情况下为了提高计算效率和精度提出不同质量粒子分布的方法,即在关键计算区域分布较小质量粒子,而在其它区域分布较大质量粒子。首先通过静水数值模拟,初步验证了此方法的有效性。之后,对半浸泡振荡圆筒所产生的小振幅水波进行了数值模拟。将数值模拟结果与已有的实验结果进行了对比分析。分析结果表明此方法能够明显提高计算精度的同时可以节省大量计算时间。     

波动方程的格子Boltzmann模型

通过局部平衡分布函数形式的确定,提出了波动方程的格子Boltzmann模型.给出了一薄膜自由振动的格子Boltzmann模拟,检验了这一模型的正确性.