交汇水流三维数值模型

应用显式代数应力模型建立了交汇水流三维数值模型。方程离散采用交错网格上的有限体积法,并采用SIMPLE算法求解,代数方程求解采用TDMA逐行扫描法。针对交汇口几何特征分区进行网格划分,自由水面求解采用VOF方法。应用实测资料对计算结果进行了验证,同时与应用k-ε紊流模型的三维数值计算结果进行了比较。研究结果表明,文中所提出的数值模型可以更好地模拟交汇水流独特的三维流动特性。     

圆管弯道内部流动数值模拟及湍流模式比较研究

运用有限体积法数值离散雷诺平均的Navier-Stokes方程,对90°大曲率圆形截面弯管内的湍流流动进行了计算模拟(其中雷诺应力分别采用标准k-ε模型、RNG k-ε模型、Realizable k-ε模型进行封闭),并将计算结果与实验资料进行了比较.结果表明,RNG k-ε湍流模型结合双层壁面区域处理方法能够较为准确地模拟大曲率管道中的流动现象.     

基于AMG法及多块非正交网格的三维方腔流场数值模拟

为了将AMG法与多块非正交结构网格结合起来,应用于求解基于多块格离散的三维N-S方程离散系统,针对经典算例三维顶盖驱动直方腔和45°倾斜方腔流动问题,构建了三维多块非正交结构网格系统,设计了三维N-S方程块结构网格离散系统系数矩阵CSR存贮格式;根据非正交同位网格SIMPLE耦合算法,建立了N-S方程的AMG数值求解方法,编制了用AMG法计算的三维数值仿真程序,并采用AMG法求解控制方程中所有流动参数;同已有的结果做了比较,给出了三维方腔流场内复杂的涡系图像,并对算法的有效性进行了验证.结果表明:AMG法及相关算法可用于复杂区域流动问题的数值模拟,为大规模的CFD数值模拟问题奠定了基础.     

振荡流底边界层运动的数值研究

将大涡模拟法简化为二维形式,利用SGS格子涡模型封闭二维Navier-Stokes方程水流运动方程组,得到平底振荡流动边界层立面二维水流数值模拟,控制方程采用SMAC法求解,计算结果与水槽实验的实测资料比较较表明,该模型能够模拟振荡流边界流动特性,并进一步讨论了振荡流边界的紊动特性沿垂线分布和随相位变化的情况。     

一类复杂型腔内聚合物充模过程的数值模拟

基于一类厚度不均衡的三维复杂型腔,对聚合物注射成型的充模过程进行数值模拟.型腔不规则边界的处理采用区域扩充法,拟建立Navier-Stokes方程和Level Set方程耦合的两相流体模型,采用同位网格有限体积法及SIMPLE算法对模型分别进行离散和求解.基于上述模型和算法,对复杂型腔内熔体的流动和前沿界面的发展变化进行有效模拟,捕捉这类厚度不均衡型腔充模过程中的"跑道效应"与"喷泉效应".数值结果表明区域扩充法与有限体积法结合是有效的,能够模拟相对复杂型腔内聚合物熔体的充模过程.     

三维波流数值水槽的构建方法

为了模拟波浪与水流的联合作用,基于Reynolds平均的Navier-Stokes方法,构建了一个三维波流数值水槽。使用该模型对不同出流边界条件进行了对比分析。结果表明:引入合理的入流和出流边界条件,可以保证在计算稳定后,水槽平均水面基本保持不变。垂向时均流速分布的计算结果与实验数据吻合良好。这表明:该波流数值水槽具有较好的波流特性,可用于计算波浪与水流、以及与三维固定结构之间相互作用。     

N-S方程耦合雷诺平均湍流模型无网格算法研究

该文研究基于最小二乘无网格方法的耦合雷诺平均湍流模型求解粘性流动的问题。采用标准k-ε、重整化群(RNG)k-ε、可实现k-ε及威尔考克斯(Wilcox)k-ω模型封闭雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程,采用AUSM+-up迎风格式求解数值通量,应用结合点云重构技术的最小二乘法拟合空间导数,以及三阶强劲稳定保护型(SSP)型龙格库塔(Runge-Kutta)显示时间推进格式求解离散后的控制方程。基于以上算法,成功实现了对三维ONERA M6机翼粘性绕流流场的数值模拟,清晰地捕捉到了M6机翼表面的波系结构。结果显示,波系结构较合理,展向方向不同位置处的机翼表面压力系数分布曲线与实验值吻合较好,表明该文方法可有效模拟三维粘性流动,拓展了无网格方法求解湍流流动的途径。     

基于湍流模型的汽车外流场三维数值模拟

从三维不可压缩流体的Navier-Stokes方程出发,建立数值模拟汽车外流场的控制方程组,分别采用三种湍流模型,即：BaldwinLomax模型、标准k-ε模型和低雷诺数k-ε模型来闭合控制方程组。使用有限元法对汽车外流场的控制方程组进行离散,采用结构非均匀网格方法划分计算区域,计算得到了各种湍流模型下的汽车外部速度场,并与实验结果进行了对比分析。结果表明,标准k-ε模型比其他两种模型具有更高的精度,能够更好地模拟汽车外部流场。     

求解二维Navier-Stokes方程的谱元法

本文研究了谱元法的插值函数选取和谱元法的离散,给出离散方程的一般形式,分析了误差和收敛速度,并采用时间分裂格式的谱元法求解Navier-Stokes方程,计算表明结果是令人满意的,方法不仅具有良好的稳定性而且具有较高的精度,易于推广到三维及湍流的直接数值模拟中去。     

不可压缩非等温非牛顿流广义特征线基分裂算法

发展了用于不可压缩非等温非牛顿流模拟的广义特征线基分裂算法,推广了控制方程沿粒子特征线的离散格式,经典的特征线伽辽金法和时域的Crank-Nicolson离散格式可分别被归纳为离散格式的两个特例.为消除流体的不可压缩性导致的虚假数值振荡,采用压力稳定型分步算法.利用粘性系数关于等效应变速率的指数模型来模型化流体的非牛顿特性.平面Poisseuille流动和4∶1平面收缩流动的数值模拟结果突出地显示了该方法处理不可压缩非等温非牛顿流动问题的有效性及良好性能.     

三维抛物型流动问题的非错列网格计算方法

用控制容积有限差分法计算三维抛物型流动，通常要把三个速度分量分别定义在三套相互错列的网格上，以消除不皮形场对解的真空性所产生的影响。网格的错列使得计算过程和程度变得相当复杂，造成了应用上的困难。本文利用虚拟网格和插值技术，在网格不错列的的前提下，建立了三维抛物型流动的新的计算方法。对典型流动问题的计算结果与实验数据、近似分析解以及用错列网格方法计算的结果一致。这种方法对简化述化床悬浮空间内的气－…     

水平圆柱出水数值模拟

针对水平圆柱出水问题,以Fluent软件为计算工具,建立了数值水池.应用VOF结合RANS的方法对零浮力水平圆柱出水过程的气液两相流动和刚体运动耦合的问题进行了数值模拟.捕捉了圆柱出水过程中自由表面的变化以及出水过程的黏性流动分离;模拟显示了圆柱竖直运动过程.结果表明：圆柱出水的数值模拟结果和经典实验照片符合较好;圆柱运动轨迹同样和实验结果符合,验证了方法的有效性和精确性.     

船舶CFD结构化网格自动生成技术的开发

为提高船舶黏性流场计算流体动力学(CFD)数值计算的效率,开发了带自由面三维船舶黏性流场CFD计算用网格自动生成软件.该软件可实现三维船体曲面模型导入、计算区域划分、结构化网格生成及边界条件设置等操作的自动化完成和参数化控制.以某集装箱船模校验程序,并在阻力性能和自由表面波高分布等多方面将数值计算结果与试验结果作对比.结果表明,该软件所生成网格在保证船舶阻力性能预报足够精确的同时,生成效率得到极大提高.     

Numerical Simulation on Stratified Flow over an Isolated Mountain Ridge

The characteristics of stratified flow over an isolated mountain ridge have been investigated nu-merically. The two-dimensional model equations, based on the time-dependent Reynolds averaged Navier-Stokes equations, are solved numerically using an implicit time integration in a fitted body grid arrangement to simulate stratified flow over an isolated ideally bell-shaped mountain. The simulation results are in good agreement with the existing corresponding analytical and approximate solutions. It is shown that for atmos-pheric conditions where non-hydrostatic effects become dominant, the model is able to reproduce typical flow features. The dispersion characteristics of gaseous pollutants in the stratified flow have also been stud-ied. The dispersion patterns for two typical atmospheric conditions are compared. The results show that the presence of a gravity wave causes vertical stratification of the pollutant concentration and affects the diffu-sive characteristics of the pollutants.     

三维波动方程的数值频散关系及其叠前和叠后数值模拟

采用适于三维各向同性介质正演的有限差分格式 ,对声波方程进行了差分离散 ,导出了差分格式的数值频散关系。研究表明 ,三维正演的数值频散主要受差分精度及网格空间步长的影响 ,尤以后者影响更甚。在相同的条件下 ,剖分步长越大及差分精度越低 ,数值频散现象越明显。研究还表明 ,剖分网格有低通滤波作用 ,因而在正演时应使激发源的主要频率远离网格的截止频率 ,以保证精度。在此基础上对某地质模型进行了叠前和叠后数值模拟。计算结果表明 ,叠前模拟能够比较真实地反映地震波在地下介质中的传播规律 ,但计算量过大 ;叠后模拟时 ,爆炸界面法能较好地反映地下反射界面形状 ,但不宜计算较大的模型 ;平面波照射法可用于计算较大的模型 ,且能较好地反映波的动力学特征 ,但不能精确地反映界面形态     

求解具有复杂地形二维浅水方程的修正HLL格式

采用非结构网格的有限体积方法,对具有复杂地形的二维浅水方程进行数值模拟.采用HLL近似Riemann解计算界面数值通量,基于三角形网格,底坡源项采用简单的斜底模型离散,保证了地形的离散精度,摩阻源项采用全隐方式求解以保证格式的稳定性.采用多维重构及多维限制器的方法获得空间二阶精度的格式,时间离散采用三阶Runge-Kutta法以获得高阶时间精度.为保证格式的和谐性,对经典的HLL格式计算的数值通量中的静水压力项进行了修正.数值计算的结果验证此格式具有良好的高精度捕捉间断的能力,可以应用到地形复杂的二维浅水问题计算中去.     

纯无网格并行计算在传热方程数值模拟中的应用

考虑纯无网格并行计算在传热方程数值模拟中的应用. 首先将Taylor展开式保留到三阶导数, 拓展应用纯无网格有限点集法(FPM), 对三维热传导方程进行求解以提高数值精度； 其次引入MPI并行计算技术, 通过循环语句的并行, 采用多个CPU计算以提高计算效率, 得到一种针对三维热传导问题模拟的可靠、 高效性纯网格并行FPM算法. 在数值算例中, 先对不同区域上带不同边值条件的传热问题进行求解, 并与解析解对比, 分析给出算法的计算效率和误差； 然后用给出的并行算法对功能梯度材料中温度随时间演化过程进行模拟预测, 并与其他数值结果做比较, 以验证数值预测的可靠性.     

基于水气二相流的稳定饱和-非饱和渗流模拟研究

非饱和带的渗流过程实质上是水、气两种流体在土壤孔隙中相互替代的过程,因此采用水-气二相流模型求解饱和-非饱和渗流问题更加合理.根据水、空气的质量守恒定律和达西定律,结合多相流理论建立水-气二相流模型,采用高效的积分有限差分法求解,给出精确模拟水相、气相边界的处理方法.通过求解Muskat稳定渗流问题得到逸出面长度与解析解基本一致,验证了水气二相流模型的有效性;由孔隙水压力、孔隙气压力和毛细压力的分布可知,稳定渗流中气相的影响几乎可以忽略,而非稳定渗流中气相的影响有待进一步研究.     

纯无网格并行计算在传热方程数值模拟中的应用

考虑纯无网格并行计算在传热方程数值模拟中的应用. 首先将Taylor展开式保留到三阶导数, 拓展应用纯无网格有限点集法(FPM), 对三维热传导方程进行求解以提高数值精度; 其次引入MPI并行计算技术, 通过循环语句的并行, 采用多个CPU计算以提高计算效率, 得到一种针对三维热传导问题模拟的可靠、 高效性纯网格并行FPM算法. 在数值算例中, 先对不同区域上带不同边值条件的传热问题进行求解, 并与解析解对比, 分析给出算法的计算效率和误差; 然后用给出的并行算法对功能梯度材料中温度随时间演化过程进行模拟预测, 并与其他数值结果做比较, 以验证数值预测的可靠性.     

无结构网格二维潮流模型的开发及应用

基于无结构网格的半隐海洋环流模型——“类UnTrim (unstructured grid version of trim)模型”开发了一个二维潮流数学模型.模型在平面上采用无结构三角网格,并采用二维浅水方程作为控制方程.利用水槽试验对模型的潮流模拟和干湿判别进行了验证,验证结果显示模型是稳定可靠的.将模型用于长江口的水动力过程模拟,并利用实测水文资料对模型进行了率定和验证计算.结果表明,模拟结果与实际情况一致.