紊流计算新型网格—复交错网格

本文提出一种新型的紊流计算网格,解决了由于采用交错网格所带来的非主节点值需插值等问题,在不改变网格划分的条件下,使计算结果的信息容量增大一倍,从而提高了计算精度.     

大型泵站引水河道流场的数值模拟

应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型对大型泵站的引水河道流场进行了数值模拟 .采用Pois son变换生成正交网格 ,用四边形插值方法生成计算网格的底高程数据 ,并用SIMPLEC方法求解离散方程 .由该模型计算出的金口泵站引水河段的流场图及各断面垂线平均流速分布与物理模型试验的成果较为一致 .     

非结构网格迎风格式中的一种重构方法研究

研究了一种基于网格节点重构的二阶迎风格式在非结构网格无粘流场计算中的应用，提出了一种新的网格节点流场参数的重构方法。并通过ONERA M6机翼、带副翼的直机翼、翼身组合体以及翼身组合体带增升装置无粘绕流流动计算对该重构方法进行了验证。算例表明新方法可以在确保格式精度和不显著增加流场计算时间的前提下，明显改善迎风格式的稳定性、收敛性和鲁棒性，减小了网格质量对流场求解精度的影响，因此十分适合非结构网格计算复杂外形流场时使用。     

插值重构有限元法在岩土工程中的应用

针对大型岩土工程有限元模拟中等参元网格、三角形(四面体)网格、无网格等方法的缺陷,介绍了插值重构有限元法的基本原理,围绕把无网格法的特性应用到三角形(四面体)网格,改变其插值函数的思想,将这种方法应用到了岩土工程中.工程实例证明,此方法和传统的三角形(四面体)网格有限元法相比有着节点应力连续、精度高等优势,并且有着比等参元有更高的收敛率,在大型岩土工程中有着重要的应用价值.     

基于影响函数控制的结构动网格生成方法

在静态结构网格的基础上,根据流场边界的运动提出了一种新的结构网格变形技术.通过影响函数的作用,将运动边界的信息向周围的网格传递,流场中的网格节点通过影响函数获取移动变形信息,构建出新的网格.相对于弹性网格变形方法,影响函数控制方法具有更强的网格变形能力和更好的网格质量.该方法能够满足生成贴体的粘性动网格,适用于Navier-Stokes方程.耦合Navier-Stokes方程与强迫运动方程,数值模拟了NACA0012翼型做强迫俯仰振荡(AGARD-CT1)的粘性动态流场.计算结果与试验值的对比,表明了该方法的有效性.     

混合非结构网格下壁面最短距离的快速计算方法

流场中任意一点到壁面的最短距离是求解带有湍流模型的雷诺平均N-S方程时必须要指定的参数。对于非结构网格,由于其网格单元之间拓扑结构的任意性,壁面距离的计算效率不高。为了提高计算效率,针对非结构网格提出了一种计算流场网格单元到壁面最短距离的逐层推进快速算法。算法的核心包括:1将零散的非结构网格视作一层一层排布的形式,从固体某一表面单元出发,利用相邻网格之间的关系逐层扩散地寻找距离该表面单元最近的空间网格单元。2把每个空间网格单元的搜索计算范围有效限制在精确壁面单元及与其相邻的几个壁面单元中,从而最大程度地提高计算效率。选取3个复杂外形的计算网格作为算例,通过所提算法与枚举法的计算时间以及计算结果的比较,验证了该方法的有效性。计算结果显示:1所提算法与枚举法相比计算精度无明显差别。2对于中小型计算网格,所提算法计算效率的提高接近2个量级,而对于表面网格数目更多的大型计算网格,计算效率提高至2个量级以上。     

高阶间断Galerkin方法求解三维欧拉方程的研究

在三维非结构网格上,对高阶间断Galerkin方法求解定常三维欧拉方程进行研究.文中使用Roe格式通量函数计算网格单元边界上的数值通量;时间方向采用显式Runge-Kutta方法推进;并引入激波探测器和斜率限制器技术,成功地抑制流场解在间断处的数值振荡.对M6机翼跨音速无粘流场进行数值模拟,结果表明:计算结果和实验值吻...     

切削形状冰下螺旋桨诱导轴承力的数值计算

针对冰桨非接触工况下的螺旋桨水动力性能,本文采用重叠网格方法建立了粘性流场中冰桨相互作用下螺旋桨轴承力的数值模拟的模型。计算中流域采用切割体网格,螺旋桨旋转计算域与冰表面计算域之间采用重叠网格进行数据传递,同时对冰桨间隙处进行网格局部加密来保证流场细节捕捉。计算结果表明:与模型试验结果比对,水动力性能误差控制在5%以内,验证了本文计算方法的可行性;桨前切削形状冰的存在会对伴流场产生很大的干扰,螺旋桨轴承力会出现"三阶段"下降的趋势。     

一种基于径向基函数的非结构混合网格变形技术

网格变形技术被广泛运用于气动外形优化设计或气动弹性力学仿真之中。非结构混合网格由于拓扑结构比较复杂,其网格变形的难度较大。本章发展了一套基于径向基函数的非结构混合网格变形技术。其基本原理是运用径向基函数对物面边界网格节点的位移进行插值,然后利用构造出来的径向基函数插值序列将物面的位移效应光滑地分散到整个网格区域的节点上。为了提高网格变形效率,需要在物面位移的径向基函数插值过程中进行数据精简,为此,文中提出了一种基于贪心法逐级选择径向基函数空间子集来实现插值逼近的数据精简算法。选择NACA0012翼型和三维LANN机翼的非结构混合网格的典型变形问题作为数值算例,对该方法的实用性进行了验证。计算结果表明该方法具备较高的计算效率,对大尺度变形问题的适应性很好,变形后计算网格的质量仍然可以得到有效地保证。     

长江天兴洲河段平面二维流场数值模拟

应用正交曲线坐标系下的二维水深平均数学模型对长江天兴洲河段流场进行了数值模拟,计算出的沿程水位、断面垂线平均流速分布与实测资料较为一致.计算中采用了四边形插值方法以快速生成计算网格的河底高程数据,并利用AutoCAD的数据接口生成河底三维地形图和彩色流速分布图以进行直观分析.     

河道水流三维流速场的数值模拟研究

为了寻求一种先进的数值模拟方法来研究河段水流的流场特性,采用VOF紊流数学模型对大渡河安顺场堤防工程兴建河段建堤前后的水流流速场进行了三维数值模拟研究,模拟计算了该河段堤防兴建前后流速场内流速大小、方向、水位等的变化情况。计算表明,VOF紊流数学模型是一种处理复杂自由表面的有效方法。该法不仅具有稳定性好,灵活性强和精度高的优点,而且网格划分灵活,因此能较好地模拟不规则河道边界,很适合于天然河道三维水流流速场问题的数值模拟研究。     

山区河道溃坝水流数值模拟

为了研究溃坝水流在山区河道中的传播,采用SPH方法来求解2维浅水方程,建立了溃坝水流数值模型.SPH方法由于是拉格朗日法,在处理对流主导的问题具有很好的稳定性与精度,且是无网格方法,无需划分网格和判定干湿网格,很好地解决了山区河道溃坝水流流速急,水位变幅大,动边界变化频繁,计算区域难确定等问题.采用该模型模拟了山区河道的溃坝水流,初步再现了溃坝水流的流动过程,分析表明模拟结果是合理的,因而采用SPH方法对溃坝水流进行模拟是可行的.     

基于水平集方法的软性磨粒两相流场特性分析

为了解决模具结构化表面精密加工(SAFM)过程中软性磨粒两相流场特性参数难以求解的问题,提出一种基于水平集法 (LSM)的磨粒流场特性分析方法. 基于LSM结构拓扑变换原理,结合流体体积模型(VOF)计算方法,建立面向软性磨粒两相流湍流流型分析的动力学模型. 通过高阶TVD Runge-Kutta、迎风格式以及高阶本质无振荡(ENO)方法分别对水平集时间项和空间项进行离散,且利用N-S方程和压力耦合方程的半隐相容(SIMPLEC)算法,实现软性磨粒两相流场的压力、速度等特性参数的求解. 以工程中常见的90°方形弯管为具体仿真实验对象,研究软性磨粒两相流流经管道过程中的速度场与压力场变化. 实验结果表明,数值计算结论与直管处速度场试验结果是一致的,验证了该方法的有效性,为软性磨粒流精密加工方面的研究提供了可靠的理论依据.     

基于两相流理论的低浓度挟沙水流运动数值模拟Ⅱ—数学模型的求解与验证

基于非结构网格上控制方程的离散思想,提出了曲线网格上低浓度挟沙水流控制方程离散的新方法.该方法采用有限体积法对控制方程进行离散,用基于同位网格的SIMPLE算法处理水流运动方程中水深和速度的耦合关系,且不需要对控制方程进行坐标转换,因而离散方程的形式简单,物理概念清晰,所得到的离散格式既适用于正交曲线网格还适用于非正交曲线网格,能够适应天然河道这类几何形状复杂的物理边界,从而使编程和计算变得更加简单有效.采用海河流域漳河的实测资料进行了验证计算,计算所得的水位、流速与河床冲淤变形与实测资料基本一致.     

静电网格系统在旋流燃烧器流场测量中的应用

为了解决旋流燃烧器出口气固两相流的颗粒浓度测量问题,提出能够测量大空间范围内气固两相流的静电网格法,设计了静电网格系统,并将该系统应用于测量旋流燃烧器出口的气固两相流场.研究结果表明：静电网格法能够测量大空间内的气固两相流的颗粒相对浓度场,测得结果可定性地反映实际浓度场|当内、外二次风风速保持不变时,一次风风速和给料速率的增加会导致回流区的减小.     

水力旋流器油水分离数值模拟与实验研究

为了在不影响内部流场稳定性及分离效率的情况下,降低水力旋流器内部能耗的问题。采用CFD方法进行流动数值模拟,利用FLUENT软件中RSM湍流模型和SIMLEC算法对两种不同结构的旋流分离器（LLHC）的内部进行计算,以水和油为介质,并利用基于欧拉法的Mixture两相模型进行模拟。搭建了相应物理模型下的实验平台,最后将模拟得出的流场压力场和速度场与实验实测数据对比,验证模拟方法的准确性。结果显示：数值模拟结果与实验实测结果相差10％以下,证明了所采用模拟方法的准确性。双锥单柱结构下,压力损失降低。采用内平齐溢流口可有效清除入口大圆柱段短路流。     

湖泊水库垂向二维水温分布预测

在湖泊水库大水体研究中引入K-ε模式,将水动力方程与水温方程耦合建模,合理考虑了水流运动与水温分布的相互影响。水温模型中对水面热交换及太阳辐射在水体中的透射等进行了细致处理。模型解法上,采用具有自动迎风效应的混合有限分析五点格式,通过红枫湖垂直剖面二维水温分布实例研究,结果表明,水流流场预测合理,枯丰水期水温分布预测效果良好。     

运动参数对回转体倾斜入水流场特性影响

为分析回转体低速倾斜入水过程中入水空泡形态及流体动力特性演化规律,基于Fluent流体计算平台,并利用动网格技术,针对小型回转体以不同入水速度和入水角度的倾斜入水过程开展数值仿真研究.数值仿真结果与试验结果良好一致性,证明了文中数值仿真方法的正确性与有效性.基于该数值仿真方法,针对不同入水速度和不同入水角度回转体低速倾斜入水过程流场特性进行分析.数值计算结果表明:在距离自由液面相同位置处,回转体倾斜入水产生所产生的入水空泡,其直径随着入水速度的增加而小幅增大,随着入水角度的增加而减小;入水速度对流场中压力分布规律有较大影响,在同一入水深度处不同入水速度回转体入水过程中流场的最大压力随着入水速度的增加而增大;入水角度对回转体附近流域的最大压力影响较小,但最小压力随着回转体入水角度的增加而增大;不同入水角度回转体,母线压力峰值位置随着入水角度的增加而逐渐向母线右端点偏移,但其值差别较小;不同入水速度回转体其阻力系数峰值差别不大,不同入水角度阻力系数峰值随着入水角度的增加而增大,但稳定后的阻力系数值随着入水速度的增加而减小.     

水力瞬变仿真中混油界面位置的确定

在顺序输油管道中,混油界面的位置不断发生变化,水击波速等油品物性参数值在管道沿线的分布也随之变化。为了准确地确定瞬态流动时混油界面的位置,及时改变界面上游油品的物性,更真实地仿真水力瞬变过程,提出基于水击特征线法的混油界面位置阶梯推进法。结合x-t网格图,介绍了阶梯推进法的原理。归纳出混油界面网格跨越的6种组合类型,并给出了基于特征线法的阶梯推进法的计算流程。通过计算实例分析,认为对于仿真时间较短,时步较长,混油界面附近的稳态和瞬态平均流速以及两种介质水击波速的差异不是很大时,如果不关心混油界面的真实位置,可以根据稳态流速确定混油界面位置;当仿真中混油界面可能经过对界面位置较为敏感的边界时,必须用瞬态流速计算混油界面的位置。     

2维水动力模型中入流边界优化处理方法

在极端暴雨事件频率和强度不断加剧的趋势下,防洪安全面临着极其严峻的考验,研究河道洪水演进、漫溢及淹没过程,有效评估洪水灾害风险就显得尤为重要。为精确模拟河道洪水演进过程,本文采用基于非结构网格有限体积法建立的二维水动力模型,构建了一种基于虚拟单元法的入流边界改进方法。该方法采用基于地形网格数据的纵断面提取法以近似确定深泓线的位置,从而计算出河道平均纵比降;在入流边界各网格上以均匀流的方式入流,计算出不同流量下的对应水位;依据各网格上的水深和入流边长计算权重以合理地分配流量,再结合单宽流量边界条件确定边界外侧虚拟单元上的水力要素,最后耦合至模型通量部分进行计算,实现入流模块的优化。将该方法应用于Toce河物理模型试验的模拟,在入流边界附近计算出的水位、流速和流态都更为合理;河道中各测点水位与试验数据吻合度较高,洪水到达测点时间及各点间洪水运动传播时间与测量值较为接近,纳什效率系数在0.82~0.95之间,验证了该方法的可行性和模型的准确性;并且在单机上用时86s完成计算,效率较高,表明模型能高效准确的模拟洪水演进过程。通过对入流模块的改进优化,模型可以更好地应用于洪水演进过程的模拟预警及灾情评估工作,为洪水灾害管理决策提供技术支撑。