颗粒在湍流中运动的数值模拟方法

详细讨论了湍流中颗粒运动的直接数值模拟（DNS）和大涡模拟（LES）方法。尤其是研究了大涡模拟的子网络模型通过模拟,最后得到大涡模拟（LES）方法是模拟湍流中流中颗粒运动的适用方法。     

射流泵内流场的大涡模拟

阐述了二维弱可压缩流体流动控制方程和大涡模拟湍流模型.基于该模型对射流泵各种运行工况进行了一系列数值模拟计算.计算中模拟了异常边界条件下射流泵的流场特性,重点模拟喷嘴出口回流旋涡并给出了可视化描述.对不同计算网格数和大涡模拟系数对计算结果的影响也作了论述.提出的网格生成和数值模拟方法具有较高的效率,计算结果可靠.     

三维水翼梢涡气核运动特性的数值模拟

针对三维水翼梢涡处流场和气核运动特性的问题,采用LES湍流模型和DEM模型进行数值分析.对有攻角水翼梢部进行网格加密,成功捕捉到梢涡结构,在这个基础上添加DEM模型构建的气核,研究气核在梢涡影响下的运动规律.数值结果表明:该方法很好地模拟了带导流罩水翼梢涡形成与发展的过程,得出了直径为100μm的气核在梢涡影响下的迁移...     

明渠湍流泥沙运动的大涡数值模拟

基于大涡模拟思想建立了水流泥沙运动的三维数学模型,探讨了不同子网格应力模型在明渠湍流泥沙运动模拟中的适用性,所选用的子网格应力模型包括标准Smagorinsky模型、剪应力改进型Smagorinsky模型和RNG模型;探讨了泥沙重力作用项数值离散格式对计算结果的影响;并对近底泥沙浓度分布规律进行了研究.研究表明:在采用修正迎风格式对泥沙重力作用项进行数值离散时,能较合理地预报泥沙浓度的分布;所选用的三类子网格应力模型均适用于明渠湍流泥沙运动的模拟,并能合理地预报时均流速及悬移质含沙量的垂线分布规律;达到统计平衡状态时,泥沙主要集中于近床面附近,且近底泥沙浓度在平面上呈现"条带"分布特征.     

湍流模型在平板边界层分离流动中的应用

湍流边界层分离是自然界中常见的一种现象,由于其灵敏性,实验难度相当大,所见成功的实验少之又少.本文就目前比较流行的儿种湍流模型(如к-ε系列,к-ω系列)应用于湍流平板边界层分离流动的计算,并就预测结果与直接数值模拟结果进行了比较.     

Spalart-Allmaras湍流模型在弧形翼超音速流场数值模拟中的应用

利用spalan-Allmaras湍流模型对三角翼一身组合体绕流流场进行数值模拟,并与国外风洞试验数据进行比较,验证了此湍流模型在超音速复杂流动计算中的有效性．同时采用基于密度的隐式求解器,数值离散格式采用二阶迎风格式,对十字形布置的4片弧形尾翼弹超音速流场进行了数值模拟．数值模拟结果给出了弧形翼附近的流场结构,并对弧形翼凹凸表面的压力分布做了详细分析,得出了弧形翼在零攻角下产生升力的机理．     

对转桨水动力性能的数值模拟

为了研究对转桨的工作机理,采用CFD方法探讨了前桨和后桨之间的水动力干扰问题。计算过程中,利用komega SST模型分析了对转桨诱导的湍流流动。为了保证计算结果的精度和减少计算时间,计算域用全结构化网格进行划分。整体计算域被划分为大域、包含前桨的小域和包含后桨的小域3块。小域中用多重参考系坐标系方法模拟螺旋桨的旋转,采取交界面技术实现小域和大域之间的速度、湍流动能和耗散动能等数据传递。利用试验数据对数值计算结果进行了校核,在此基础上,分析了对转桨推力和转矩的脉动特性,并研究了前桨和后桨之间的水动力干扰问题,探讨了对转桨的节能机理。结果表明,旋向相反的前桨和后桨能够抑制流体的周向旋转速度,减小能量损失并达到节能效果。     

柴油机高压进气流动模拟中的湍流模型应用研究

针对柴油机功率密度提高后,进气流动马赫数增大导致严重的流动分离现象,采用k-ε和k-ζ-f湍流涡粘度模型,对U型通道内的气流的运动进行了数值模拟.结果显示k-ζ-f湍流模型能更有效地捕捉到分离流动现象.建立了等效进气门模型,应用三维CFD技术模拟了进气流动速度场,与PIV试验结果对比表明,k-ζ-f模型能更准确地表征进气流动的旋涡和流动分离现象.选择k-ζ-f湍流模型对柴油机直进气道在高压差进气条件下的流量系数进行了模拟,与试验结果吻合良好.     

利用大涡模拟对分解炉内二维流场进行数值模拟

采用大涡模拟和粒子流的动能理论的方法对分解炉内部气固两相流场进行了详细的数值模拟.数值计算结果给出了炉内气体运动及颗粒浓度分布的规律和特点,验证了该分解炉设计的合理性,为今后分析分解炉内的传热、传质及化学反应过程提供了理论依据.     

利用大涡模拟对分解炉内二维流场进行数值模拟

采用大涡模拟和粒子流的动能理论的方法对分解炉内部气固两相流场进行了详细的数值模拟.数值计算结果给出了炉内气体运动及颗粒浓度分布的规律和特点,验证了该分解炉设计的合理性,为今后分析分解炉内的传热、传质及化学反应过程提供了理论依据.     

导管螺旋桨不同桨叶的叶梢泄露涡分析

为了深入探讨叶梢泄露涡的流动机理,研究了导管螺旋桨中桨叶螺距比与盘面比对叶梢泄露涡的影响,以及不同桨叶中叶梢泄露涡、叶梢负荷与叶梢泄露流三者之间的关联. 采用数值方法对不同桨叶的导管螺旋桨流场进行了模拟分析. 结果表明: 当螺距比增大,叶梢泄露涡逐渐远离桨叶吸力面,涡核空化数降低;当盘面比增大,叶梢泄露涡的轨迹基本不变化,涡核空化数提高; 叶梢泄露流通过与叶梢泄露涡之间的流动剪切作用影响叶梢泄露涡的发展;叶梢泄露流流速受到叶梢负荷的影响,负荷越高的位置,叶梢泄露流的速度也越高．     

螺旋桨尾流中螺旋梢涡声场的解析计算

通过将螺旋桨尾流中的螺旋梢涡近视地看成具有螺旋对称性的圆柱螺旋涡丝,本文推导出了毂涡和五根螺旋梢涡辐射声场的解析解,以及在给定参数下的数值仿真结果。计算表明速度场和压力场都是时间的基频和倍基频函数,压力脉动的特性得到体现。     

螺旋桨尾涡面卷曲的数值模拟

采用涡环升力面方法分析螺旋桨水动力性能.螺旋桨尾涡面由双曲四边形面元进行离散,每个面元上布置线性偶极子分布,尾涡面卷曲形状由运动学边界条件来确定.在诱导速度计算中引入了非奇异光滑参数.尾涡面的数值模拟结果是合理的,方法是稳定的.与经验尾涡模型相比,螺旋桨敞水性能的预报精度有所提高,计算结果与试验结果吻合较好.     

时间演化分形流场的直接数值模拟

为了研究分形网格湍流中小尺度结构的运动规律,在具有高分辨率的空间网格中,开展分形流场时间演化的直接数值模拟,并通过模拟具有相同阻塞率的规则流场进行对比研究.通过给流场中注入合适的能量扰动,促使2类流场从层流初始状态向湍流状态过渡.数值模拟结果表明,与规则流场相比,分形流场受到初始条件影响的持续时间更久,同时在时间演化的初期,分形流场产生的动能更小,但分形流场在衰减期的大尺度运动起到强化湍流的作用,导致其产生的动能更大、湍流强度更高,有利于实现对流场的被动控制.分形流场和规则流场均在截断波数到统计均匀后,规则流场衰减符合Saffman湍流特征的规律.     

XY模型中涡旋数密度的Monte Carlo模拟

应用蒙特卡罗方法,系统地研究了铁磁XY模型中涡旋数密度随时间的弛豫过程,仔细分析了序参数和涡旋数密度的临界标度行为。自由涡旋数密度存在幂次律行为,但需要引入修正。测量得到静态临界指数η,与理论得到的结果相符合。     

各异性FVD模型及数值模拟

为了使跟驰模型能够描述驾驶人行为差异,基于不同气质类型驾驶人的行为差异分析,建立了跟驰模型参数与驾驶人气质状况之间的关系,通过引入气质激进度变量,将跟驰模型参数表达为气质激进度的函数,并在改进FVD模型的基础上,提出了体现驾驶人行为差异的各异性FVD模型.该模型克服了传统规范模型无法描述驾驶人个体行为差异的缺点.数值模拟实验结果表明该模型能够成功地模拟稠密交通流中小扰动传播演化结果的随机性现象.该模型结构简单,且参数易于确定,一方面为驾驶行为各异性的建模建立了理论基础,同时也为微观交通流动态随机特性模拟提供了一般性的方法.     

基于数值模拟和模型实验的注浆抬升计算方法

针对城市浅埋地下工程注浆施工造成的地表抬升问题,根据随机介质理论建立注浆抬升计算方法及简化算法,分别研究压密注浆与劈裂注浆对地表抬升的影响机制.通过PFC软件模拟、室内模型实验等方法,研究球体压密注浆和水平片状劈裂注浆对地表抬升范围的影响,验证地表抬升位移理论预测方法的准确性.通过引入注浆抬升系数γ研究注浆深度、土体干密度、土体含水率等因素对注浆抬升位移的影响.结果表明,注浆抬升计算方法的简化方法在注浆埋深大于2 m时较为准确,小于2 m时不适用;压密注浆和劈裂注浆两种注浆方式引起的地表抬升与数学模型计算结果、数值模拟结果吻合性较好;单孔注浆使上覆倒锥形土体位移场发生变化,压密注浆导致的地表最大抬升位移较大,劈裂注浆在地表的影响范围较大;注浆深度、土体干密度及土体含水率对最大注浆抬升位移量均有影响,注浆深度对抬升位移量的作用最明显.     

局部通风流场模拟解算湍流模型k-ε值计算方法研究

为了使数值模拟试验研究得出的结果与实际情况相符,在模拟软件中对模拟参数的设置就显得非常重要.数值模拟试验中,当采用k-ε模型对流场进行数值模拟时,湍动能k和湍动能耗散率ε的值对流场解算结果有着重要影响.不同的湍动能和湍动能耗散率计算方法得出的k,ε值不同.对于局部通风流场,采用不同的湍动能和湍动能耗散率计算方法模拟解算结果不同.通过模拟k和ε分别采用3种方法计算时局部通风掘进工作面的流场分布,对比不同计算方法时各断面的最高风速、断面风量的解算结果,且与日本富田的试验结果进行比较,提出了局部通风流场适合采用的湍动能和湍流耗散率计算方法,为掘进工作面流场的研究提供了参考.     

基于复杂性测度的变矩器流场仿真湍流模型稳健性分析

为研究液力变矩器流场仿真常用湍流模型的稳健性问题,对基于ANSYS/CFX的某液力变矩器流场仿真系统,分别采用15种湍流模型进行抽样计算。并基于蒙特卡罗法,对系统输入变量进行服从正态分布的微小扰动,分别在低速和高速两种计算工况下,对每种湍流模型进行200次抽样。基于复杂性测度理论,将获得的输入输出数据进行了复杂性分析,在此基础上,对仿真系统拓扑结构稳健性和输出变量的稳健性进行了计算,并给出了各种湍流模型稳健性的定量指标。分析结果表明:在变矩器流场性能仿真中,剪应力输运模型的综合稳健性最好。