管内检测机器人在水平直管内运动的数值研究

采用计算流体力学和动网格技术，数值模拟了单节管内检测机器人在水平直管内从静止到匀速运动这一过程，得到了这一运动过程中机器人的运动规律。计算中将机器人作为运动边界，其受力由当前流场信息来获得，再根据受力来计算机器人的运动速度和前进距离，因边界运动而变化的计算区域根据新的边界条件用弹性变形和网格局部重构技术来更新。不同质量机器人在不同摩擦力下运动规律的计算结果表明，质量只影响机器人达到稳定运动的时间，而摩擦力会影响机器人的稳定运动速度和达到稳定运动的时间。计算结果与实验结果比较吻合，说明动网格技术模拟机器人的运动过程可以为机器人的外形设计、速度控制研究以及操作运行提供参考。     

激波诱导变形液滴外流场数值模拟

基于Delaunay非结构网格生成方法和局部阵面推进重新生成网格的方法,应用边界边剖分与合并技术,对二维含自由表面流动中运动边界网格的生成方法进行了研究,改善了局部网格重新生成过程中的网格质量;对激波诱导变形水液滴在高速气流作用下的受力情况做了数值模拟.结果表明:该文在处理二维自由表面的动边界问题中采用的方法是可行的.     

基于察／打一体无人机平台的导弹发射模拟

为研究机载导弹发射过程中载机、导弹之间存在的气动干扰特性和导弹运动规律,采用计算流体力学方法对导弹发射过程进行了数值模拟。结合刚体六自由度运动方程,将运动嵌套网格技术应用于机载导弹发射问题中,通过求解三维非定常Euler方程得到流场信息。应用此方法成功模拟了基于察／打一体无人机平台的导弹发射过程,获得了详细的导弹运动速度、运动轨迹和受力情况等丰富的流场信息。算例表明：运动嵌套网格技术处理具有复杂外形、较大相对位移运动问题的能力,发动机推力的影响,载机、导弹之间的气动干扰影响较小。采用计算流体力学方法和运动嵌套网格技术可为研究导弹发射过程提供参考和依据。     

自主水下机器人强制自航下潜的类物理模拟

为提高自主水下机器人(AUV)下潜的安全性和稳定性,需对AUV自航下潜操纵运动进行精确预报.为此提出建立载体全物理模型,模拟螺旋桨运动,编写用户自定义函数(UDF),求解雷诺平均N-S方程,实时预报载体强制自航下潜运动受力和流动特性的类物理数值模拟方法.该方法采用多块混合网格和动区域法,能提高动网格数值模拟的精度和计算效率.数值方法通过AUV自航试验的速度对比进行了验证.将该方法应用于AUV强制自航下潜模拟,结果表明:初始启动时,载体加速度较大,将导致AUV有较大纵向和垂向阻尼;在载体纵倾变化过程中,载体垂向力幅值较大且振荡,螺旋桨尾迹有扭转趋势,螺旋桨推力变化;在载体定向直航下潜中,螺旋桨推力和载体阻力较为稳定.     

基于复杂柔性运动流场数值求解的动网格方案及应用

为解决在复杂柔性边界非定常变化的流场中高精度结构化网格的应用问题,提出一种二维贴体结构网格快速生成的动网格计算方案,基于代数法对流场边界进行贴体网格快速生成,根据边界的变化,随时间步快速生成新的高质量结构化网格.应用于类鱼体柔性推进流场的计算结果显示,所提出的方案在计算负荷、网格交叉、多时间步网格质量等方面性能良好,充分显示了结构化网格在网格生成速度、网格质量、计算精度、湍流模型适用性等方面的优势,为柔性运动的流场研究提供了新方案.     

基于摩擦力控制结肠内窥镜机器人

为了提高肠道疾病主动诊断能力,研究了基于摩擦力控制的结肠微型机器人.摩擦力模型分析了肠道摩擦力控制因素,并利用实验模板和黏附制剂在体外肠道开展的摩擦力实验,验证了接触纹路和接触黏度对肠道摩擦力的影响.摩擦接触装置的研制综合考虑了肠道应用环境和摩擦力控制因素,最终装配在内窥镜机器人样机上实现了摩擦控制运动.实验结果表明：基于摩擦力控制内窥镜机器人样机能够适应不同的运动环境而实现有效的主动运动,且运动环境会对其运动速度产生不同影响.     

限宽水域中船舶平面运动机构试验及水动力导数数值模拟

为探究有限宽度水域中大型船舶的水动力特性,基于计算流体力学(CFD)技术对限宽水域中的平面运动机构(PMM)试验进行数值模拟.在对有限水域宽度的PMM试验的动态模拟上,开发了混合动网格技术,数值计算结果与循环水槽PMM试验结果对比证明采用该方法有效.继而模拟不同宽度水域中的PMM试验,分析船舶水动力随运动速度变化的关系.结果表明,限宽水域中水动力随运动速度变化的非线性特征更为显著,船舶操纵加速度导数增大,位置导数减小,旋转导数的绝对值有所增加,二阶非线性导数值变化较大.     

基于动网格的液压阀阀芯启闭中的液动力分析

为了深入研究液压阀阀芯启闭过程中阀芯上的压强分布和液动力,采用动网格技术,数值模拟了液压球阀阀芯开启与闭合过程中的非定常流场.将阀芯作为运动实体,阀芯的运动由其所受的流体力、弹簧力及自身重力确定,随着阀芯的运动,相应流场计算区域的边界也随着发生变化,获得了球阀启闭过程中不同瞬时阀腔内的压力场.在此基础上,分析了液压阀在...     

迎面会车二维气动仿真模拟研究

应用计算流体力学(CFD)中的动网格技术,模拟由于流域边界运动引起的模型运动状态随某一变量变化的流动情况,结合新版公路工程建设标准,对在一级公路和三级公路上的迎面会车过程进行瞬态气动特性仿真研究,根据仿真结果分析速度和间距对汽车稳定性的影响.结果表明:不同间距、不同速度的会车侧向力呈现不稳定波动的变化曲线,并伴有极值出现,侧向力负向最大值出现在两车头平齐时,正向最大值出现在两车身平行时.此仿真结论与在道路行驶过程中的真实会车情况相吻合,可为道路建设和行车安全提供参考.     

转笼生物反应器流场的滑移网格与动网格计算比较

转笼生物反应器是利用动态流化床的理念研制的一种新型反应器,其内部流场直接影响反应器的污水处理效果,采用计算流体力学方法(CFD)模拟其内部流场,对于优化转笼结构,提高污水处理效率有着重要作用.通过采用滑移网格与动网格两种方法对转笼内部流场进行计算比较,分析表明:滑移网格在模型处理、复杂运动边界模拟和计算结果连续性方面不及动网格模型;滑移网格在计算耗费方面优于动网格模型.