Coupling Frequency of the Liquid Sloshing in a Cylindrical Tank with a Flexible Baffle

Liquid sloshing problems are very common inreal life and in industrial processes[1-20].The diffi-cultiesinherent tothese problems are very challengingfor mathematical and computational analysis.In as-tronautic engineering,theliquidloadinspacecraft hasbeen increased significantly,and it is i mportant toguarantee the stability of spacecraft by suppressingliquid sloshing.Ring and vertical cruciform baffles,floatinglids and mats,andflexible baffles are very ef-fective inliquid wave control.It is c…     

快堆主容器内液钠晃动抑制方法的研究

在反应堆主容器中的冷却剂属于带有自由液面的不可压缩流体,液面下的冷却刑的流动可能诱发液面的晃动,此外地震力也可能引起液面的晃动,该流动不稳定性可能影响到核反应堆安全运行.通过计算分析预示这些冷却剂不稳定流动的后果,同时将结果反馈到设计中,增加必要的安全设施,将对快堆的安全设计有重要的参考价值.采用粒子法(移动粒子半隐式...     

三维大幅晃荡的Youngs-VOF法模拟

液货船液体舱室在摇荡运动激励下的大幅晃荡问题日趋成为研究热点.针对液箱三维大幅晃荡问题,考虑较低液体装载水平以及外激励频率为共振频率的条件,采用基于有限差分法的Youngs-VOF自由液面重构方法,计入因气体卷入带来的表面张力影响,实现液舱内合并、气体卷入等液面大变形现象的数值模拟,以及抨击压强的时历预报.大幅晃荡的液面大变形现象数值模拟结果与试验结果对比表明,Youngs-VOF能够实现有效模拟界面运动;同时抨击载荷计算结果与试验结果也较为一致;此外就表面张力对抨击压强的影响进行分析,表明有必要计入表面张力因素.     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

Characteristic analysis of liquid forced nonlinear sloshing under low-gravity

Under low gravity,the Lagrange equations in the form of volume integration of pressure of nonlinear liquid sloshing were built by variational principle. Based on this,the analytical solution of nonlinear liquid sloshing in pitching tank could be investigated. Then the velocity potential function was expanded in series by wave height function at the free surface so that the nonlinear equations with kinematics and dynamics free surface boundary conditions were derived. Finally,these nonlinear equations were investigated analytically by the multiple scales method. The result indicates that the system's amplitude-frequency response changes from ‘soft-spring’ to ‘hard-spring’ in the planar motion with the decreasing of the Bond number,while it changes from ‘hard-spring’ to ‘soft-spring’ in the rotary motion.     

基于广义有限差分法求解非线性自由液面的液体晃动问题

广义有限差分法属新发展的区域型无网格法,在每个演算时间层内可避免重建网格及数值积分等工作,可用于模拟非线性动态边界的物理问题。针对二维矩形水槽的自由液面晃动问题,本文以Lagrangia法为基础,采用广义有限差分法配合蛙跳法对于此移动边界问题分别在空间上和时间上进行离散。通过水槽液体自由晃动和受迫振动的数值案例对比,结果表明本文提出的数值模式在处理自由液面的液体晃动问题的准确性、有效性以及稳定性。     

基于流固耦合理论的立式储液罐抗震数值分析

建立基于流固耦合理论的立式储液罐非线性数值模型,并在地震荷载作用下对其进行罐底提离机理探讨以及罐壁＂象足＂和＂钻石＂变形仿真分析。结果表明,考虑罐壁与液体、罐底与基础接触的模型是有效的,由于液体晃动产生的倾覆力矩作用使罐壁受拉侧罐底边缘倾向于脱离地基,形成罐底提离,从而导致罐壁＂象足＂变形的屈曲破坏。     

含颗粒的幂律流体两相湍流研究

建立了含颗粒的幂律流体两相流动控制方程，首次对泵离心叶轮内含颗粒的幂律流体两相流动进行了计算研究，计算结果表明：从进口到出口，幂律流体的速度减小，压力随半径增大逐渐升高，且压力面上的压力大于吸力面上的压力；吸力面上的颗粒拟温度小于压力面上的颗粒拟温度，且靠近壁面处的大于叶道中的；最后比较了液固两相流与含颗粒的幂律流体的两相流的流动，流体相的紊动能有一定的差别，而且颗粒拟温度也有较大差别。     

一类Cassini贮箱液体小幅晃动问题的研究

针对航天工程中常见的某一类特殊几何形状贮箱(腰为圆柱,两底为半球),利用R itz变分法研究了其中液体的小幅自由晃动问题和横向受迫晃动问题,得到常重下液体晃动的固有频率和振型、速度势分布、波高变化、压力分布、液体作用于贮箱壁的力等用于指导工程实践的重要物理量.同时得出一个对于以后的研究具有指导性意义的结论:对于轴对称形状贮箱,当其作任意横向运动时,其中液体只有对应周向模态阶数为1的反对称模态才被激发.     

柔性透水薄圆柱与波浪的相互作用

基于线性波浪理论,结合柔性透水结构物动量方程,建立了处于三维流场中的柔性透水圆柱与波浪相互作用的数学模型．将该数学模型应用于研究线性波浪与波浪相互作用,求得以 Ｂｅｓｓｅｌ 函数表示的速度势、表面波及波浪荷载的级数解．讨论了柔性透水薄圆柱对波浪荷载的变化规律．     

充液航天器液体晃动问题解析求解方法研究

为给出微重力条件下Cassini贮箱液体晃动问题的解析求解方法,首先以静平衡液面为基准点线性化液体晃动方程,然后利用特征函数展开法、变分原理及Ritz法等方法,将微重力下自由晃动问题的求解转变为求解矩阵方程的特征值问题.从而利用给出的计算公式求得液体自由晃动的振型和固有频率.因此,通过求解两步矩阵特征值问题,即可解决微重力条件下Cassini贮箱液体晃动问题.     

液舱内液体晃荡的SPH模型

自由液面的存在使液体晃荡问题具有很强的非线性和随机性.针对中等液位、高液位和在液舱底部加设防荡隔板情况下的液体晃荡问题,依据光滑粒子流体动力学理论,建立了液舱内液体晃荡模型.首先模拟了中等液位和高液位下的液体晃荡,将计算结果分别与线性复合叠加理论解做比较,其结果吻合较好,验证了所建模型的合理性.然后,模拟了在液舱底部加设防荡隔板时的液体晃荡,提出了防荡隔板处粒子分区搜索的边界处理方法.当外激励振幅A=0.025 m时,加设防荡隔板后液面晃荡最大与最小幅值较无隔板时分别减小33.3%和30.6%,当外激励振幅A=0.150 m时,其相应幅值分别减小73.3%和76.2%,说明在相同的外激励作用下适当地加设防荡隔板对减小液体晃荡幅值起到一定作用.     

快速压缩装置角涡运动特性

针对内燃机快速压缩装置(RCM)内部的典型涡旋流动,采用CFD方法对不同边界条件和变比例几何模型下的内燃机汽缸模型RCM内涡旋的形成与分布特征进行了数值模拟分析.结果表明:RCM的汽缸与活塞形成的角区附近存在一对反向旋转的涡旋,通常情况下,角区涡将充满整个活塞壁.模型的几何尺寸比例对RCM内部的涡流动有显著影响:随着几...     

液体运送过程中的液面振动控制

目的 对液体进行快速运送时,有效抑制液面的振动,保证产品质量和生产安全.方法 利用拉格朗日法建立液体运送时的数学模型,采用C语言编制的DFP法计算得出最优电压控制量,利用MATLAB仿真软件得到仿真结果.结果 评价函数不带积分项时,液体的残留振动为零,但运送过程中的振动角较大;而评价函数带积分项时,运送中的振动角和残留振动都能得到有效抑制.结论 应用最优控制原理实现对液体运送过程中液面振动的控制,液面不仅在运动停止时不产生振动,而且在整个运送过程中也保持平稳,这对相关行业具有重要的指导意义.     

3-D Modeling and Simulation of Mold Filling and Solidification by Direct Finite Difference Method

0INTRODUCTIONAlthoughrecentl}tvarioussolidificationanalysissoftwareforcastinghavebeendeveloped,themeltflowandheattransferduringfillingmoldcavityarenotsufficientlyconsideredinmostsoftWare.SOmeapproachesforsimulationhavebeenrePOrted,includingMAC,SMAC,PatankcrandSOLAVOFtechnicces.However,allmodelsmentionedabovehavesomeproblems,suchasdivergenceofthepressureiterationwhencalculatingthevelocityfield.Fulther,sincenearlyallpapersemploytheconventionalfinitedifferencemethod,theyaredifficultto…     

弯管中多相流冲刷腐蚀数值模拟

高压注蒸汽法是当今稠油油藏开采的主要方式,在注汽管网中流体以气、液、固三相对弯管形成连续的冲刷,造成弯管的泄漏。采用湍流模型、多相流模型、离散相模型及冲刷腐蚀模型,考虑相间的相互耦合,对注汽管网中弯管的流动进行了数值模拟。结果表明,在注汽管线中,随着弯管弯曲程度的增加,液相和颗粒相分布、壁面磨损区域均逐步后移,且数值相应增大;管壁处液相体积分数的增加可有效降低固相颗粒对壁面的磨损腐蚀。     

Nonlinear dynamic characteristics model of labyrinth seal based on Muszynska model

An accurate seal forces model is the foundation to analyze the rotor-seal systems. In this paper, the Navier-Stokes equation and energy equation are solved to simulate the interior flow field in the labyrinth seal gap. The leakage rate is compared with the experimental results in the literatures. The ：4maximum error is 4% , which proves that the method of employing CFD to simulate the interior flow field of labyrinth seal gap is reliable. Based on this, the interior flow field and fluid exciting force of stage teeth labyrinth seal are studied. By coupling with the Muszynska model, the method of defining the experience loss parameters in Muszynska model is proposed. The results indicate that the experience parameters obtained by the proposed method can depict the nonlinear exciting force of labyrinth seal better.     

正弦激励下矩形容器内液体晃动特性研究

为了获得容器内液体的晃动特性,采用数值模拟方法对正弦激励下矩形容器的晃动过程进行研究.通过用户自定义函数实现速度的加载,给定容器的刚体运动,通过计算结果与实验数据的对比验证数值方法的准确性;探究不同激励对矩形容器壁面受力及液面变化作用机制,揭示外部激励频率、激励幅值对液体晃动特性的影响规律.结果表明:一般情况下,液体晃...     

Liquid spreading on a pre-wetted biomimetic surface inspired by a dog’s tongue

Liquid film flow widely exists in industries due to its high thermal efficiency and low flow flux. The spreading of the liquid film is strongly influenced by the properties of the working surface. A biomimetic surface with multi-scale structures inspired by the skin of a dog’s tongue is proposed in this paper for the enhancement of heat and mass transfer. The spreading and flow behaviors of a gravity-driven liquid falling down the pre-wetted biomimetic surface are compared with that on the smooth surfaces, via the combination of numerical simulations using the volume of fluid (VOF) method, and experimental measurements using high-speed imaging. On the pre-wetted smooth substrate, liquid merges with two droplets before the free surface of the liquid slowly develops into a parabolic shape. In contrast, on the biomimetic surface, liquid rapidly and uniformly spreads into a thin film which could effectively enhance mass transfer in both spanwise and streamwise directions. The characteristics and distribution of the microstructures on the proposed biomimetic surface are potentially to be used to guide the design of the surface in high efficiency heat exchangers and reactors.     

立面二维水流数学模型

采用修正Ｋ—ε模型封闭Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程作为紊流控制方程,引入通度概念处理曲面不规则边界,用ＶＯＦ法追踪自由表面,对闸孔出流和溢流坝过坝水流及水跃等一类复杂流速场进行数值模拟。计算结果表明,所建数学模型能够较好地模拟此类水流现象。