面向Ghost光滑粒子动力学模拟的图形处理器快速邻居搜索算法

提出了一种全新的快速邻居搜索方法,该方法可提高基于光滑粒子动力学的流体模拟在图形处理器上的运行效率。此外,这种新的邻居表建立方法可以对两种或者两种以上的粒子进行邻居搜索,使所有粒子能在同一背景网格下拥有独立的粒子属性。在此基础上,引入了Ghost边界粒子以加强光滑粒子动力学方法在边界模拟上的准确性,从而使流体模拟更加真实。实验证明,与传统的基于图形处理器的光滑粒子动力学模拟相比,本文方法效率更高。     

黄茅海潮流波浪计算分析

采用海岸工程水动力学数学模型对黄茅海潮流场及波浪场进行了计算.潮流计算中利用水平方向上的曲线正交坐标与垂直方向上的Sigma坐标相结合以及三维模型二维化的方法,波浪计算采用双曲型缓坡方程,并引入改进型的非线性弥散关系,从而能反映波浪的非线性效应.计算结果与实测结果比较表明：模型能较好地复演黄茅海潮流及波浪场,可以用于工程实际中沿岸及河口湾潮流波浪场问题的计算.     

回转状态下导管螺旋桨水动力特性的数值模拟

采用滑移网格技术和计算流体力学方法,在导管螺旋桨所在的流域内求解其N-S方程,以此模拟在作回转运动的水下机器人流场作用下导管螺旋桨的推力特性,观察螺旋桨在这一环境下的水动力现象.计算结果表明:当来流从尾部流向机器人时,对于尾导管螺旋桨,有机器人影响时其推力系数比无机器人时要小,对处于机器人舷侧的螺旋桨,有机器人时其推力系数比无机器人时要大;当来流从首部流向机器人时其情形刚好相反;而当机器人轴线与流向大致垂直时,有无机器人对螺旋桨推力系数的影响不大.     

塔河碳酸盐岩缝洞型油藏水动力学模拟新方法

塔河碳酸盐岩缝洞型油藏,其储集空间以溶洞为主,裂缝作为主要的沟通通道,具有网络状油藏的特征。基于管流理论,建立了一种新的水动力学等效模型,通过分析缝洞之间相互关系及油水在缝洞系统中的分布对流动规律的影响,研究流体在裂缝、溶洞介质中的流动特征,揭示储集体内流体的流动规律。根据地质研究成果,构造典型生产井的水动力学等效模型,利用本模拟方法对网络状油藏开采机理进行了分析,验证了本模拟方法的有效性和合理性。     

气泡碰壁反弹的动力学模型研究

为了解气泡与壁面相互作用的物理机制和详细动力学过程,对气泡与壁面碰撞反弹的动力学过程进行了分析,综述了理论模型的发展过程,并采用所建立的理论模型进行数值求解.当毫米级气泡以一定速度垂直撞击壁面时,气泡与壁面之间存在一层液膜,该液膜呈现多种形状.气泡的变形会改变薄膜内压强的分布,形成薄膜排水过程.气泡在与壁面作用的过程中会反弹多次直至动能被完全消耗.在建立的动力学模型中,液膜厚度分布由Stokes-Reynolds方程描述,液膜内压强由Young-Laplace方程求得,在气泡的轨迹模型中引入了由液膜内压强引起的壁面诱导力.结果表明:描述液膜厚度及膜内压强的SRYL模型能够捕捉薄膜变化的动力学行为,基于薄膜润滑近似的壁面诱导力模型可以较好地预测气泡多次反弹的运动轨迹,壁面诱导力在气泡撞击壁面的过程中对气泡运动起主导作用;随着气泡尺寸和雷诺数的增大,气泡的反弹次数会逐渐增加,气泡是否反弹以及反弹次数与雷诺数有着直接的关系.      

淤泥质海岸近岸带水动力特征及人工吹泥条件下的岸滩演变 以连云港附近海岸为例

淤泥质海岸在地貌形态、沉积物构成、水动力特征及冲淤演变规律方面,都与砂质海岸有明显不同.弄清在宽阔淤泥浅滩上破波作用历时及波浪动力的分布对理解淤泥质海岸的沉积和地貌分带性是重要的.为了了解淤泥质海岸冲淤演变规律,需要对淤泥在海水环境中的絮凝、沉降、冲刷特性及密实过程进行一系列专门的室内试验,并根据淤泥沉积物在运动海水中冲淤的物理过程,建立适当的计算模式,本文对此作了探讨.海岸演变通常是一个长期过程,但在人工吹泥条件下,可以发生短期内的明显变化,连云港吹泥站的建立,客观上提供了研究这种短期变化的条件.     

带尾翼高速射弹自然超空泡流特性研究

为了获得良好的超空泡减阻效果,针对某30 mm带尾翼高速射弹,设计了其空化器结构参数,研究了尾翼射弹的空泡轮廓、射弹表面空泡厚度分布、运动攻角对其空泡形态的影响,计算了超空泡形态下不同攻角时带尾翼射弹的水动阻力、升力、稳定力矩等参数;对比研究了带尾翼高速射弹和普通射弹的运动稳定性,给出了2种射弹的摆动攻角曲线.研究结果表明,尾翼结构不改变射弹的超空泡形态参数,但影响其表面空泡厚度分布;尾翼结构对射弹的超空泡形态、阻力特性影响很小,可大大提高射弹的运动稳定性.     

Hydrodynamics numerical investigation of hoistable masts for underwater vehicles

Using the unsteady incompressible Navier-Stokes equation as the governing equation, the large eddy simulation (LES) model is implemented to investigate the shedding of vortices, the flow pattern of turbulence, the unsteady pressure fluctuation and the time history of the lift coefficient and drag coefficient of hoistable masts with various mast shapes and various arrangements in this paper. Combining the FFT, combined time-frequency transform and wavelet power spectrum analysis, the characteristics of unsteady pressure can be obtained in both time and frequency domain. It shows that the main frequency of pressure fluctuation is near the frequency of vortex shedding in time domain using the FFT method. It can be inferred from the combined time-frequency transform that the unsteady pressure fluctuation has obviously the peak value and the second peak value in time domain. It could indicate that the fluctuation power varies from the fluctuation frequency through the power spectrum analysis. By the data analysis, it shows that the vortex shedding is the dominant cause of the periodically pressure fluctuation. And the interaction pattern of wake and interplay between wake and the walls of masts under different arrangements are also discussed in this paper.     

粉末注射成形喂料的流体动力学

本文通过合并近年来报道的高聚物和颗粒物质的流体力学理论,提出了一个描述其混合物—粉末注射成形喂料宏观力学行为的新理论.与传统的喂料非牛顿流体力学相比,该理论多出了颗粒温度和两个弹性应变张量（分别表征高聚物和颗粒物组元）等状态变量,能全面描述喂料中出现的颗粒骨架和高聚物的弹性效应.对平面定常剪切流动情形,它简化为表观剪切黏度性质与喂料一致的非牛顿流体力学方程,表明新理论包含了传统喂料理论,因此可用于研究其适用前提,和包括法向应力差系数在内的流变学参数.本工作除有助于研究复杂多相系统连续力学方程的建立方法外,还将对粉末注射成形领域关注的喂料动力学分析提供一条新途径.     

一种光滑粒子流体动力学-有限元法转换算法及其在冲击动力学中的应用

为了解决冲击动力学中的大变形问题,提出了一种光滑粒子流体动力学-有限元法(SPH-FEM)转换算法,以等效Mises应力作为转换判据,将冲击过程中局部大变形区域的有限元网格转换为SPH粒子.该算法在大变形区域使用具有优势的SPH,在小变形区域使用精度和效率更高的FEM,为冲击动力学问题的数值计算提供了一条有效途径.使用SPH-FEM转换算法对圆柱形钢弹正冲击钢板发生冲塞破坏的过程进行了三维数值计算,计算结果与实验吻合较好,显示了该算法在计算精度方面的优势.在实际工程中,需要根据具体材料的失效模式,选择更加合适的转换判据.