用PLM格式进行喷管内瞬态激波的数值模拟

在喷管流动问题的数值模拟中,激波的捕获一直是一个研究的重要方面.本文应用二阶精度Godunov型的PLM格式来求解Euler方程,采用非结构化网格,对喷管内瞬态激波的运动及发展进行了研究,并分析激波运动、反射、衍射及相互作用的规律.计算结果表明,PLM法可以用于非结构网格的喷管流场计算中,所得到的数值解较好地反映了瞬态激波结构的有关特征和信息.     

激波绕尖劈障碍物运动粘性流场的数值模拟研究

本文以数值方法研究了运动激波绕射的非定常粘性流的发展过程．计算中采用二阶ＴＶＤ差分格式求解二维非定常薄层Ｎａｖｉｏｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，得到了清晰的流场结构图谱，分析了产生局部粘性分离的现象．研究结果表明，本文的方法可以很好地描述激波绕射的复杂流动，对流场间断有较高的捕获能力，同时表明在激波障碍物干扰的绕射场研究中局部粘性效应作用是不可忽视的重要因素     

Ghost Fluid方法在运动边界射流问题数值模拟中的应用

把解决多物质流问题的Ghost Fluid方法应用到具有运动边界的单物质流的数值模拟中去,结合求解界面追踪问题的Level-Set方法,提出了有效求解运动边界问题的虚拟流体算法,用数值模拟重现了"声学整流"效应现象,并用等压装配法解决了发生在流体和活塞界面上的"Ovetheating"效应.数值实验表明:水平管道的长度和活塞振动频率是射流形成的关键因素,数值实验中如果频率和长度设置合理,则理想气体在做简谐振动的活塞驱动下,可以产生稳定的射流.     

利用RKDG有限元方法追踪运动界面

本文首先介绍了用于运动界面追踪的Level Set方法,并简要分析了其优缺点。与其它的界面追踪方法相比,Level Set方法较灵活,无须进行复杂繁琐的界面重构,编程简单,所需要的计算量和存储量不大。然后将RKDG有限元方法推广到Level Set方程的求解,对二维流体中常见的常数流场、旋转流场和剪切流场做了追踪模拟,并与其它几种运动界面追踪方法做了比较。数值实验表明,本文的方法可以比较准确地捕捉运动界面,得到了分辨率较高的计算结果。     

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...     

平壁附近钝体绕流的数值模拟

采用有限差分法,模拟粘性流绕平壁面附近的圆柱的流动．流动方程采用涡量-流函数形式．涡量输运方程采用ADI方法求解,流函数方程采用SOR方法求解．计算网格采用椭圆型贴体曲线网格技术数值生成．考察了缝隙比(e／D)对圆柱尾流的影响,得到了与实验基本符合的结果．     

ＧｈｏｓｔＦｌｕｉｄ方法在运动边界射流问题数值模拟中的应用

把解决多物质流问题的ＧｈｏｓｔＦｌｕｉｄ方法应用到具有运动边界的单物质流的数值模拟中去，结合求解界面追踪问题的Ｌｅｖｅｌ Ｓｅｔ方法，提出了有效求解运动边界问题的虚拟流体算法，用数值模拟重现了“声学整流”效应现象，并用等压装配法解决了发生在流体和活塞界面上的“Ｏｖｅｒｈｅａｔｉｎｇ”效应．数值实验表明：水平管道的长度和活塞振动频率是射流形成的关键因素，数值实验中如果频率和长度设置合理，则理想气体在做简谐振 动的活塞驱动下，可以产生稳定的射流．     

基于LBM流固耦合算法的桥梁颤振稳定性分析

为有效分析风-桥梁的相互作用和研究桥梁的颤振稳定性问题,发展了一种显式求解流固耦合问题的LBM数值模拟方法。将传统大涡模拟的亚格子涡黏性模型—动态Smagorinsky模型（Dynamic Smagorinsky Model, DSM）引入多松弛时间格式的格子玻尔兹曼方法(Multiple Relaxation Time–Lattice Boltzmann Method,MRT-LBM)中,在MRT-LBM框架下构造了一种显式运算的大涡模拟方法—MRT-LBM-DSM作为流固耦合算法的流场求解器;将结构视为弹性支撑于流场中的刚体,其运动方程采用Runge–Kutta法求解;利用格子玻尔兹曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)的移动边界技术更新流固耦合面的位置,实现了流固耦合问题的松耦合分区求解。基于LBM流固耦合算法编制计算程序对Great Belt东桥的颤振稳定性问题进行了分析。研究表明由LBM流固耦合算法计算得到的Great Belt东桥颤振临界风速与试验和其他数值结论吻合良好,初步说明LBM流固耦合算法可以较为准确地预测颤振现象的发生。     

叶轮机任意旋成面跨声速有旋流动的赝势函数数值分析

本文以文献[1] 提出的(?)势函数的新概念,编制出求解任意旋成面叶栅含激波的超跨声速有旋流动的数值计算程序。该程序运用了(?)势函数理论,保持了势函数的优点,但解除了均熵、无旋的限制,对含激波的超跨声速流动的求解,提供了一种新的计算简便的有力工具。采用半点离散方法来构造守恒型差分格式去离散(?)势函数。可以更好地捕获激波。采用分析跨声流场的数值计算方法- 强隐式计算方法(StronglyImplict Procedure,简称SIP方法),该方法对求解复杂不均匀网格的问题上,收敛速度要比其他常用数值方法快得多。该程序编制结束后,计算了东方汽轮机厂 60万千瓦汽轮机末级851动叶片的流场,取得了满意的结果。     

水下爆炸船体结构响应间断伽辽金法数值模拟

为求解水下爆炸强间断流场,采用Level Set方法定位多相流界面位置,应用虚拟流体方法处理邻近界面两侧物理量,并用RKDG方法进行空间和时间的离散,求解流场的Euler方程,并进行一维、二维评价,计算结果能够较好地反映水下爆炸冲击波产生、传播、反射和爆炸产物的膨胀等现象.最后,结合大型非线性有限元软件ABAQUS,模拟了船体板在水下爆炸载荷作用下的变形和响应特征.模拟结果表明,间断迦辽金法能够实现对水下爆炸船体结构响应精确模拟,板架结构响应与爆心距离成反比.     

Numerical Simulation of Elastic Stress Wave Refraction at Air-Solid Interfaces

Elastic wave refraction at the air-solid interface and wave propagations in the vicinity of the air-solid interface are numerically studied. The modified ghost fluid method (MGFM) and isobaric fix methods are combined to solve the fluid and solid statuses at the air-solid interface and construct a continuous boundary condition for the air-solid interface. The states in the ghost domain are evaluated by the MGFM-algorithm. The solid governing equations are solved with second order spatial discretization. Numerical tests verify the correctness of the presented continuous boundary condition and show that the combined method is convergent in the vicinity of the air-solid interface. The 3D numerical results by the combined method are close to those of the Arbitrary-Lagrangian-Eulerian (ALE) method. The combined method is robust when applied for multi-dimensional problems. A compression stress wave impacting on the air-solid interface result in a compression wave in air. A tension stress wave impacting on the air-solid interface result in an expansion wave in air.     

电磁波导半解析辛解法的二维算例

为了解决复杂形状横截面的电磁波导问题,根据电磁波导的Hamilton体系,在辛几何形式下采用有限元半解析横向离散的方法进行求解。该方法可应用于任意各向异性材料,而且便于处理不同区段的边界条件。同时,给出了一个用半解析辛解法计算二维矩形波导的具体算例,其本征值2.43758μm~(-1)与分析解的本征值2.47596μm~(-1)接近,表明这一方法是有效的。     

二维可压缩多介质流动问题的虚拟流体方法

由于虚拟流体方法（GFM）采用统一的数值格式计算多介质流动问题中的不同介质,并且无需显式的追踪界面的位置,自1999年由Fedk iw等人提出后得到了广泛的关注,并发展出几种改进的方法。本文旨在检测两种改进型的虚拟流体方法MGFM和RGFM在模拟气-液流动问题中的表现并对两种方法的结果进行比较。     

基于Ghost Cell方法的MWENO格式Euler方程求解

采用一种高精度MWENO（muhi—weighted essentially non-oscillatory）格式在结构网格上求解可压缩Euler方程。该格式在处理具有复杂几何外形绕流问题时遇到较大困难,而虚拟单元方法却是一种较新颖且对网格的要求较低的方法,适用于此种情况下的边界处理。将两者有效结合起来试图在笛卡尔网格上处理具有复杂几何外形的物体绕流问题。数个经典数值算例的结果表明所提出的方法切实可行。     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法

提出了一种有效实用的求解油藏热流固耦合渗流问题的数值计算方法。该方法以有限元法为主，结合有限差分法，用有限元法求解耦合温度场方程和岩石耦合变形方程，用有限差分法求解流体耦合渗流方程，发挥有限元法网格技术和单元划分灵活的特点及处理复杂的油藏边界优势，兼顾了有限差分法在流场分析方面的成熟应用，使复杂的热流固耦合数学模型得以完整求解，取得了单向有限元法或有限差分法难以取得的效果，是一种新型的油藏数值模拟方法。     

基于SEM图像的细颗粒泥沙絮体3维分形研究及其应用

具有分形特征是细颗粒泥沙絮体的重要特性,为了解决目前主要是通过絮体SEM图像研究其2维分形特性的问题,利用SEM图像灰度值重建细颗粒泥沙絮体3维图像,通过MATLAB编程用盒计数法计算絮体3维分形维数;然后基于絮体3维分形维数,推导出细颗粒泥沙静水沉降时清浑交界面的沉降公式,并将其应用在滇池底泥清混交界面的沉降计算中,其计算误差在5%以内。结果表明,直接利用絮体SEM图像计算絮体3维分形维数是可行的,避免了图像处理中人为误差的引入,且通过其推导的沉降公式可用于计算清混交界面的沉速。     

WENO格式与虚拟单元浸入边界法在笛卡尔网格中的应用

高精度有限差分WENO格式在结构网格上处理具有复杂几何外形绕流问题时较困难,而虚拟单元浸入边界法却是一种较新颖且对网格的要求较低的方法,适用于复杂几何外形边界的处理.为此,在笛卡尔网格上采用WENO格式以求解Euler守恒律方程,试图将两者有效结合起来,希望能在笛卡尔网格上处理具有复杂几何外形的物体绕流问题.最后,几个经典数值算例的结果验证了该方法的有效性.     

基于CFD的收缩型喷嘴的喷油仿真研究

为了解决航天器运动部件润滑失效的问题,将按需喷墨打印技术（DOD）应用于空间机构的润滑油主动补充系统.通过运用CFD-ACE数值仿真软件,结合计算流体力学（CFD）的理论和流体体积算法（VOF）中的分段线性界面重构技术（PLIC）,对油滴从收缩型喷嘴（锥角约为43°）中形成到喷射进入稀薄大气中的过程进行气液两相流体的仿真分析.在相同的驱动电压条件下,分别对粘度,表面张力,以及喷嘴直径对油滴喷射行为的影响进行分析;提出油滴的体积等效计算方法.仿真数据和图像分析表明：此喷嘴结构,随着粘度的增加,油滴的喷出速度减小,体积也减小;随着表面张力的增加,油滴的喷出速度减小,体积增大.合理选择喷嘴直径是油滴能否有效喷出的关键因素.     

Application of Gridless Method to Simulation of Compressible Multi-Material Flows

The least-square gridless method was extended to simulate the compressible multi-material flows. The algorithm was accomplished to solve the Arbitrary Lagrange-Euler（ALE）formulation. The local least-square curve fits was adopted to approximate the spatial derivatives of a point on the base of the points in its circular support domain, and the basis function was linear. The HLLC (Harten-Lax-van Leer-Contact) scheme was used to calculate the inviscid flux. On the material interfaces, the gridless points were endued with a dual definition corresponding to different materials. The moving velocity of the interface points was updated by solving the Riemann problem. The interface boundary condition was built by using the Ghost Fluid Method (GFM). Computations were performed for several one and two dimensional typical examples. The numerical results show that the interface and the shock wave are well captured, which proves the effectiveness of gridless method in dealing with multi-material flow problems.