台风浪风暴潮作用下三维潮流数值模拟

针对台风作用下三维潮流模拟的技术问题,本文提出了波流耦合的三维潮流数值模拟技术。首先,基于三重网格嵌套的超高分辨率的韦帕台风风场,应用第三代波浪模型、二维潮流模型、三维水动力泥沙模型FVCOM和非结构化网格的二维、三维三重嵌套的方式,通过二次开发重点解决了三维模型中波生流和波流共同作用底部剪切应力的计算,并建立了台风作用下波流耦合的三维潮流数学模型。然后,模拟计算了2007年韦帕台风作用下连云港海域波流耦合的三维潮流过程。最后,对连云港港进行了不同布置方案的计算。研究结果表明:旗台港区内水流流态和流速各布置方案差异均较小;徐圩港区随着港区内围填工程面积的增大,大范围环流现象逐渐消失,流速也随之变小。研究成果可为连云港港30万吨级航道工程的设计提供技术支持。     

水轮机流道三维粘性流数值计算模型

水轮机流道内的三维粘性流数值计算模型是建立在雷诺平均的Ｎａｖｉｅｒ － Ｓｔｏｋｅｓ 方程的基础上,采用ｋ － ε紊流模型封闭方程,进行贴体坐标变换以提高计算精度．用有限体积法在非交错网格上对方程进行离散,对贴体坐标系中控制界面上的速度进行特殊加权处理,可有效地避免压力波动现象     

不同弯度水渠二维水流运动数值模拟研究

为了研究水流对渠弯的影响,建立了水流运动的二维紊流数学模型,采用非结构网格有限体积法,通过实验室连续弯道的算例,验证了数学模型的正确性,并对4种不同弯度水渠的水流运动进行了数值模拟.结果表明,模拟值符合弯道水流运动的基本规律;在相同的水力参数下,随着渠弯角度的增加,水流对渠弯左岸的侵蚀明显降低;验证了在渠弯设计中对渠弯角度的规定是合理的.     

大亚湾海域潮流场的数值计算

通过计算大亚湾海域的潮流场,探讨了有限谱QUICK格式的计算方式和不规则区域的整体求解法,计算结果给出了大亚湾海域潮流场的点水位值和水流速度值,并将计算结果与实测值和谱方法计算值进行了分析比较,结果证明有限谱QUICK格式和整体求解法计算不规则潮流场区域具有可行性．文中的计算方式可为计算其他不规则海域的潮流场提供参考,为进一步计算模拟大亚湾海域处石油等液态污染物泄漏后的漂移奠定基础．     

弹性结构的非结构网格有限体积数值模拟

为了分析复杂结构动力学以及应力波传播问题提出一种基于非结构化网格有限体积法的弹性结构数值模拟方法,采用位移和广义压力作为原始变量,推导出适用于可压缩和不可压缩弹性体的一致控制方程形式.空间采用有限体积方法和时间项采用二阶欧拉隐式格式离散,通过半隐式预测-校正两步算法(SIMPLE类算法)实现压力和位移耦合求解.最后通过...     

正三角形布置下三圆柱绕流的数值模拟

利用有限体积法和非结构性网格对正三角形排列下的三圆柱绕流进行了数值模拟.取雷诺数Re=100,并考虑4个不同的间距比(1.5,3,5,7),着重研究了间距比对绕流流场特性的影响,结果表明:在小间距比的情形,下游圆柱发生的偏流现象为单稳态偏流;在大间距比的情形,尾流效应使得上游圆柱脱落的剪切层在下游圆柱间上下波动.     

圆环域中结构与非结构网格的热传导数值计算

用有限容积方法求解圆域和圆环域中的热传导问题。同时采用结构化网格和非结构化网格进行数值计算,其中结构化网格采用极坐标,而非结构化网格采用笛卡尔直角坐标。所有数值计算结果同精确解相比较,并得到相一致的结果。结构化网格求解问题因受求解区域几何形状的限制而需选择不同的坐标系进行方程离散,而非结构化网格则没有这种限制。     

基于动网格方法的圆柱启动瞬态流动数值模拟

为考察有限体积法求解边界突然变化引起的流动问题的有效性,并考虑向流体机械瞬时启动问题求解的拓展,基于非结构化动网格,采用有限体积法对圆柱突然启动过程的二维非定常黏性不可压缩流动进行了数值模拟,分析了雷诺数为60～9 500的非定常流动的演化过程.在不同雷诺数下的计算结果与实验结果吻合很好.对于高雷诺数（800≤Re≤9 500）的情况,当雷诺数为5 000时捕捉到了α现象;当雷诺数为9 500时依次捕捉到了β和α现象,且流动分离区的几何参数和流型均与实验结果符合较好.同时计算得到了在不同雷诺数下圆柱的瞬态阻力系数.     

平面二维河床粗化层的数值模拟

基于三角形网格划分,应用破开算子原理,建立了平面二维非均匀沙水流沙数学模型,并使用了平面二维非均匀沙流挟沙力公式,着重对河床冲刷过程中悬移质含沙量,河床变形和床沙级配等沿时空变化特性进行了计算分析,模拟了概化河道中床沙粗化层的形成过程,数值实验表明,该方法边界符合良好,计算量小,能准确地模拟出河床冲刷过程中水沙的变化规律。     

柴油机缸内辐射换热三维数值模拟

为了在自主开发的通用流体力学数值模拟软件GTEA上进行柴油机缸内辐射换热三维数值模拟,假设柴油机缸内气体为漫灰介质,基于非结构有限体积法(UFVM),研究了空间的非散射性辐射问题以及辐射换热三维数值计算方法。对六面体、圆柱体进行辐射换热数值方法验证,分析了不同的网格离散和立体角离散对计算结果的影响,并用此方法研究了TBD620型柴油机ω型燃烧室的辐射换热。结果表明:数值结果与精确解和文献中方法的结果吻合较好;当网格离散和立体角离散满足一定的对应关系时,才能得到更精确的计算结果;燃烧室中工质的吸收系数和温度对缸壁的热流量有一定的影响。     

水库异重流潜入运动数值模拟及影响因素

针对水库异重流的运动特性,采用变密度流方程结合RNGk-ε紊流数学模型建立了剖面二维湍浮力流模型,并对入库水沙条件对异重流潜入的影响进行分析.结果表明,模型能较好地模拟异重流的下潜过程,反映泥沙浓度场与流场的强烈耦合.引入的进口密度弗汝德数较好地反映了入库进口水沙条件,异重流潜入的特征参数潜入点水深、异重流厚度、无量纲潜行时间参数均随着进口密度弗汝德数的增大而增加,计算结果能为水库水沙调度提供定性参考.     

下沉式挡潮闸止水预留缝水力特性的数值模拟

下沉式挡潮闸是一种新型挡潮闸,景观性较好。但因其存在止水预留缝,会出现门底门顶同时过流的复杂流态,因此为了解挡潮闸止水预留缝尺寸变化是否会引起闸后射流问题以及对闸后水力特性是否有显著影响,以老石洞双向过流挡潮闸工程为研究背景,采用RNGk-ε紊流模型与VOF多相流模型,对挡潮闸的水力特性进行水气两相流三维数值模拟研究.认为止水预留缝的设置不会引起挡潮闸门后射流问题,止水预留缝尺寸的改变对下沉式挡潮闸的水力特性影响不明显,并且通过改变止水预留缝大小,使闸下水流自动排除门库内淤沙的想法不可行.     

基于微分雷诺应力湍流模型的车辆气动特性的数值模拟

针对Ahmed标准汽车模型,采用含有二阶矩的微分雷诺应力模型(DRSM)对车辆外流场进行了数值模拟,对照风洞试验,获得了气动阻力系数以及3个尾流横截面中速度矢量分布等结果。参考RNGk-ε模型,对比分析了DRSM数值模拟的气动阻力系数与试验值之间的误差及误差产生原因。结果表明,DRSM模型在车辆外流场模拟中有更高的计算精度,可正确地获得包括车辆尾流中的二次流等在内的复杂气动特性。     

紫外消毒数值模拟及生物验证

为建立紫外消毒系统优化方法,基于光强分布、流场分布、当量剂量求解,开展紫外消毒的数值模拟,针对腔体式紫外消毒反应器,在80%～95%透光率和240～600 L/h流量条件下对模型进行生物验证.结果表明：该模型能够较准确地预测消毒效果,当量剂量模拟结果与实验结果在不同条件下相差3%～12%.有效剂量随处理流量的增加而降低...     

球面加载法在舰船舱室爆炸破坏环境中的应用

在研究空中爆炸及舰船密闭舱室爆炸时,提出了球面加载法对现有有限元程序进行改进,计算结果表明:球面加载法能有效改善现有有限元软件在计算冲击波在流场中衰减过快的弊端,且采用球面加载法得到的流场冲击波压力与理论值吻合良好.在此基础上,采用球面加载法对某舰密闭舱室遭受反舰导弹攻击发生爆炸时的破坏环境进行了计算,给出了密闭舱室爆炸时舰船的破坏环境.研究结果对开展相关的研究具有一定的参考价值.     

故障限流装置中MOV能量吸收及热特性研究

金属氧化物限压器(metal oxide voltage limiter, MOV)作为串联谐振型故障限流器的关键部件,其可靠运行尤为重要。以110kV单相线路为例,利用电磁暂态分析程序对MOV在系统短路故障过程中能量吸收的特性进行仿真分析。仿真结果表明,短路故障时间越长,MOV需要吸收的能量越多;快速开关闭合时间的长短决定了MOV短时吸收能量的大小。进一步利用有限元计算方法,以MOV单元阀片和MOV本体结构为研究对象,对暂态过程中MOV的热特性进行研究,得出了MOV阀片温升与短路故障时间及注入能量之间的变化曲线,同时计算出MOV单元阀片及MOV本体的温度场分布,分析了其温度分布特性。在此基础上,制作了实际MOV本体模型,并进行了MOV温升的实验测定,结果表明实验测量与相应的理论计算符合较好,证明了相应计算方法的可靠性。研究结果为设计故障限流装置保护配置策略及MOV温升保护策略提供了工程参考,为MOV的本体设计提供了理论依据。     

采用动网格技术的煤粉-玉米秸秆掺烧飞灰沉积数值模拟

为了研究煤粉和生物质掺烧形成飞灰的结渣特性,采用基于动网格技术的计算流体动力学（CFD）模型对煤粉-玉米秸秆掺烧积灰结渣实验（玉米秸秆掺比分别为0、5%和10%）进行数值模拟. 模拟过程中考虑灰渣导热系数和灰渣表面温度的变化,并将模拟结果和实验结果进行比较. 模拟结果表明：飞灰撞击质量流率随沉积进行而减小,这是因为沉积物引起的动网格变化影响探针附近流场;3种工况下飞灰在探针表面的最终沉积效率分别为75%、80%和87%,说明了玉米秸秆掺烧形成飞灰的易结渣倾向;灰渣实时形貌在动网格执行下得以实现. 在换热特性方面,灰渣表面温度和热流密度的模拟值和实验值较为接近;3种工况下0~100 min热流密度降低率分别为52.13%、46.96%和53.25%.     

结构模型修正中不同残差及权重系数研究

研究了基于改进遗传算法对结构模型修正中用于构建目标函数的不同残差的优缺点和单目标函数中的权重系数。目前工程实践中进行有限元模型修正较多地采用三种残差,包括频率、振型和柔度,本文分析了这三种残差用于模型修正的优缺点,采用改进的遗传算法、利用一个模拟刚度减少的简支梁的仿真模型,对基于不同残差的模型修正进行了比较研究。频率是系统的主要特征参数且识别精度高,修正应优先采用。当修正参数较多,需要补充信息且振型识别误差较小时,可考虑补充振型信息。最后通过对用于构建单目标函数的不同残差采用不同权重系数的比较分析,可以看出当频率残差采用较大权重时的模型修正效果较好。     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

Different human-simulated characteristics of the driver models in the forward simulation of hybrid electric vehicles

Based on the control theories of PID, fuzzy logic and expert PID, the driver models are built and applied in the forward simulation for hybrid electric vehicles (HEV). The impact to the vehicle speed tracking and the fuel economy is compared among the different driver models. The different human-simulated characteristics of the driver models are emphatically analyzed. The analysis results indicate that the driver models based on PID, simple fuzzy logic and expert PID are corresponding to the handling characteristics of different drives. The driver models of different human-simulated characteristics bring the handling divergence of drivers with different driving level and habit to the HEV forward simulation, and that is significant to the all-around verification and validation of the control strategy for HEV. System simulation results of different driver models validate the impact of driver models to the dynamic and fuel economy performance of HEV.