数值求解不可压Navier-Stokes方程的隐式算法

本文提出了一个求解二维不可压Navier-Stokes方程的隐式算法。这种方法隐式联立地处理了控制方程,和一般的迭代算法相比它具有更好的稳定性和收敛性。二维Poissuill流动的数值解和分析解是非常一致的,S形流道内分离流的计算结果和实验结果相比也是令人满意的。     

一种稳定的移动粒子半隐式法

该文提出了一种稳定的移动粒子半隐式法(MPS)。分析了MPS方法求解封闭区域流动的有解条件、自由面流动中粒子以较大速度撞击壁面或液面时出现的不稳定现象。为了解决这些问题,提出了Navier-Stokes方程新的求解算法和自由面边界处理方法。改进后的MPS方法提高了计算的稳定性,采用该方法成功模拟了自由面流动的溃坝现象,从而验证了该方法的有效性。     

非结构网格浅水方程隐式解法

基于非结构网格模拟河道复杂边界的研究域,应用算子分裂法剖分浅水方程,采用有限体积法离散,建立隐式格式的通量计算,构造一种模拟二维水流运动的隐式算法。该方法具有计算稳定的特点,并应用于长江南京段分汊河道的流场模拟,计算结果与实测结果吻合良好,验证了算法的可行性和有效性。     

一种半隐式可压缩空化流场的数值模拟方法

基于流体体积法(VOF),该文建立了可压缩空化流场半隐式直接数值模拟方法.并结合Zwart空化模型,建立了体积分数和守恒量的相对变化速率之间的关联,修正了各相的动量和能量方程,体现空化过程对动量和能量传递过程的影响,使用预测-校正法求解液相压力的补充方程,并通过质量分数加权汽相的状态方程获得混合相总压力.该文在一维激波...     

基于Excel的水力学隐式方程求解与辅助绘图

文章通过几个实例,介绍了应用Excel求解水力学隐式方程的单变量求解法和简单迭代法。实例计算表明单变量求解法和简单迭代法具有求解过程简单,结果精度高,通用性强的特点。此外,运用实例介绍了Excel应用于水力学计算的简便辅助绘图功能。     

移动粒子半隐式法晃荡模拟中的压力震荡现象研究

使用移动粒子半隐式法(MPS)模拟了液舱晃荡现象.模拟中选用了3种不同的典型核函数,结果表明,有限值的核函数更适合晃荡现象的模拟.针对由自由表面判定条件引起的压力震荡现象,本文使用了不同的自由表面判定条件,发现较小β能够减少由自由表面判定条件引起的压力震荡;进而使用面积-时间平均法处理压力震荡,取得了不错的效果.在面积平均法中,使用了一种权重式平均法,以减轻平均面积中存在压力畸点的影响;在时间平均法中,结果表明在合适的范围内,平均时间段越长,消除压力震荡的效果就越明显.     

调水渠网非恒定流的线性变换求解方法

本文针对调水渠网非恒定流隐式差分,提出了线性变换求解方法。首先通过未知列向量的线性变换求解每条渠道的带型矩阵线性方程组,以确定进出口计算断面水深、流量微增量的函数关系,然后与边界条件联立求解得到它们的解,最后通过一个回代过程计算出渠网各计算断面的水深和流量的微增量。应用这一方法,研究了东深供水工程渠网的非恒定流。本文方法适用于各种渠网,包括简单的一条渠道,串联渠道,树枝状渠网和具有并联和回路的渠网和河网。     

计算流体力学中非协调网格的隐式插值格式

该文针对计算流体力学中出现的非协调网格耦合问题,提出了一种隐式插值格式。在不同子域间建立插值关系,针对变量的插值条件可视为Dirichlet传输条件,同时对代数方程组中的系数矩阵和右端项进行重新构建,以此来施加Neumann条件,从而实现计算域中不同网格的耦合。与现有的非协调网格插值方法相比,该方法直接重构代数方程组,摆脱了问题类型、网格形式、离散格式和求解器的限制,且不引入任何额外的自由度或迭代,简单高效,普适性强。并通过三个经典算例,验证了基于该插值格式的非协调网格数值模型具有较好的稳定性,计算结果与前人的实验结果和数值计算结果也吻合良好。     

节理岩体中地下水流动的三维离散元方法研究

通过对三维离散元中渗流计算模型,渗流几何模型与力学几何模型的结合等问题研究,提出了三维离散元中渗流计算与力学计算的耦合方法。将该计算方法应用到某地下洞室块体稳定计算中,分析了地下水作用和节理张开度对计算结果的影响。计算结果表明,其结果是符合实际的。     

非稳定渗流下的三维边坡稳定分析

在边坡稳定分析中,通常采用二维条分法,但实际上滑坡体常常具有三维特性,因此相应地产生并发展了边坡稳定的三维条柱法。然而,在进行三维稳定分析时通常较少考虑边界水位变化时产生非稳定渗流时的边坡稳定性。以某一工程为例,基于三维简化Bishop法思想,并考虑边界水位变化时的非稳定渗流场,给出了相应的安全系数公式,进行边坡稳定性评价,结果表明,在边界水位变化时,水位下降初始阶段的安全系数值最低,且三维分析方法得到的安全系数较二维分析法有所提高,能更客观地对边坡稳定进行评价。     

基于非结构化网格上的三维微幅表面流动非静压数值模型

建立了基于非结构化网格求解三维微幅自由表面流动非静压数值模型.一种有限差分法和有限体积法相结合的方法被用来在非结构化网格上离散控制方程.模型中采用分步法,以使压力项分解为静水压力项和动水压力项来单独处理.在每一时间步,得到关于水位和由压力泊松方程得到的动水压力的稀疏的线性方程组.模型是质量守恒的和对于重力波速、风应力、底摩阻、垂向黏性无条件稳定的.通过三个非恒定微幅自由表面流动算例的数值解和解析解的比较,验证了本文所建立的模型能够准确有效的预测三维微幅自由表面流动.     

基于非结构化网格上的三维微幅自由表面流动非静压数值模型

建立了基于非结构化网格求解三维微幅自由表面流动非静压数值模型。一种有限差分法和有限体积法相结合的方法被用来在非结构化网格上离散控制方程。模型中采用分步法,以使压力项分解为静水压力项和动水压力项来单独处理。在每一时间步,得到关于水位和由压力泊松方程得到的动水压力的稀疏的线性方程组。模型是质量守恒的和对于重力波速、风应力、底摩阻、垂向黏性无条件稳定的。通过三个非恒定微幅自由表面流动算例的数值解和解析解的比较,验证了本文所建立的模型能够准确有效的预测三维微幅自由表面流动。     

Fractional-step finite element method for calculation of 3-D free surface problem using level set method

1. INTRODUCTION Free surface problem is an important topic of CFD. It is not easy to simulate accurately and efficiently the free surface due to the complexity of the shape and the variety of position, especially for the three-dimensional problem. Some nu…     

A new three-dimensional finite-volume non-hydrostatic shock-capturing model for free surface flow

In this paper a new finite-volume non-hydrostatic and shock-capturing three-dimensional model for the simulation of wave-structure interaction and hydrodynamic phenomena(wave refraction, diffraction, shoaling and breaking) is proposed. The model is based on an integral formulation of the Navier-Stokes equations which are solved on a time dependent coordinate system: a coordinate transformation maps the varying coordinates in the physical domain to a uniform transformed space. The equations of motion are discretized by means of a finite-volume shock-capturing numerical procedure based on high order WENO reconstructions. The solution procedure for the equations of motion uses a third order accurate Runge-Kutta(SSPRK) fractional-step method and applies a pressure corrector formulation in order to obtain a divergence-free velocity field at each stage. The proposed model is validated against several benchmark test cases.     

High-order finite difference solution for 3D nonlinear wave-structure interaction

This contribution presents our recent progress on developing an efficient fully-nonlinear potential flow model for simulating 3D wave-wave and wave-structure interaction over arbitrary depths (i.e. in coastal and offshore environment). The model is based on a high-order finite difference scheme OceanWave3D presented in [1, 2]. A nonlinear decomposition of the solution into incident and scattered fields is used to increase the efficiency of the wave-structure interaction problem resolution. Application of the method to the diffraction of nonlinear waves around a fixed, bottom mounted circular cylinder are presented and compared to the fully nonlinear potential code XWAVE as well as to experiments.

     

基于SPH的自由表面流动数值模拟

光滑粒子流体动力学方法是一种新近发展的无网格数值方法,在处理自由表面等复杂边界、流体大变形方面具有显著优势.应用该方法求解了拉格朗日形式的Navier-Stokes方程,为提高计算精度,本文通过采用两种粒子模拟固壁边界,改进了计算方法.并对湍流、粘性流体、不可压缩问题进行求解.通过二维和三维算例对近岸水动力学中波浪传播、变形、与建筑物的相互作用问题进行了数值计算,验证了其可行性,并为SPH的进一步扩展和应用奠定了基础.     

SPH方法在自由表面流体研究中的应用

对光滑粒子流体动力学法(SPH方法)的发展背景、理论基础等进行介绍,总结了SPH方法在溃坝、海冰和河冰模拟、船舶流体力学等具有自由表面的流体研究中的应用现状,认为作为一种无网格的纯Lagrange方法,SPH方法较传统的基于网格的模拟方法具有不可比拟的优势。最后分析了SPH方法的缺陷及目前研究中的不足,并就今后的研究方向和发展趋势提出自己的看法。     

带自由液面 Navier-Stokes 流动问题的ALE 分步有限元方法

将任意的拉格朗日 欧拉 (ArbitraryLagrange Euler,简称ALE)描述引入到Navier Stokes方程中 ,以速度和压力为基本变量 ,在时间域上采用分步求解格式 ,利用Galerkin加权余量法推导了分步格式的ALE有限元数值离散方程。并对带有自由液面的Navier Stokes流动问题的定解条件进行了分析讨论。最后利用所得到的ALE分步有限元方法对二维及三维不可压粘性液体大幅晃动问题进行了算例数值模拟 ,数值计算结果验证了本文方法及计算机仿真软件的正确性与可靠性     

Numerical simulation of 3-D free surface flows by overlapping MPS

An overlapping moving particle semi-implicit(MPS) method is applied for 3-D free surface flows based on our in-house particle solver MLParticle-SJTU. In this method, the coarse particles are distributed in the whole domain and the fine particles are distributed in the local region of interest at the same time. With the fine particles being generated and removed dynamically, an algorithm of generating particles based on the 3-D overlapping volume is developed. Then, a 3-D dam break flow with an obstacle is simulated to validate the overlapping MPS. The qualitative comparison among experimental data and the results obtained by the VOF and the MPS shows that the shape of the free surface obtained by the overlapping MPS is more accurate than that obtained by the UNI-coarse and close to that obtained by the UNI-fine in the overlapping domain. In addition, the water height and the impact pressure at P1 are also in an overall agreement with experimental data. Finally, the CPU time required by the overlapping MPS is about half of that required by the UNI-fine.     

对流扩散问题的一种紧致差分方法

针对一维含源线性对流扩散方程,本文以新的思路构造了一种无条件稳定的二阶基本差分格式,进而通过系数修正给出了一种条件稳定的三阶格式.在格式构造过程中指明了截断误差分析的局限性以及用有限差分格式构造高精度差分格式的真正困难所在,并对常见的几种差分格式从新的角度进行解释分析.数值算例表明本文方法优于以往常用的几种差分格式,且适用于对流占优问题.