粗糙管道流动问题的非线性伽辽金有限元计算

粗糙管道中的流动问题在工程中是随处可见的。由于“粗糙”这一复杂条件使管道内的流动也呈现复杂状况。多年来，许多学者都致力于如何能更好地对粗糙管道中的流动问题做数值计算。本文采用非线性Ｇａｌｅｒｋｉｎ有了限元方法来摸拟粗糙管道中的不可压粘性流动，为减少计算量，同时还使用加罚方法，完成了大量不同粗糙度和在不同Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数情况下的数值试验，计算结果与理论分析相吻合。     

粘弹流动的间断有限元模拟

针对传统有限元法求解Oldroyd-B本构方程时需加入稳定化方案的缺点,本文基于非结构网格给出了统一间断有限元求解框架.该框架包含采用IPDG(interior penalty discontinuous Galerkin)求解质量方程和动量方程,与采用RKDG(RungeKutta discontinuous Galerkin)求解本构方程这两个核心.数值结果表明:该方法在求解Oldroyd-B本构方程时无需加入稳定化方案,实施比有限元法简便,且具有较高的计算精度,可有效地模拟包含应力奇异点的复杂粘弹流动问题,进而揭示非牛顿粘弹流动的基本特征.     

基于非结构自适应网格技术的高超声速流动数值模拟

发展了一种基于非结构网格的自适应方法,对高超声速无粘流场进行了数值模拟。根据流场参数的变化梯度确定加密边,由加密准则进行自适应网格剖分后得到分布合理的较密网格。通过预先生成的初始极密表面网格将边界的加密点投影到边界上,使得边界保持初始外形。通过求解三维Euler 方程,对三维双椭球高超声速绕流问题进行了数值模拟,计算结果和实验数据相吻合,表明了该文所建立方法的正确性和可靠性。     

刚粘塑性有限元数值模拟中粘性系数的获取方法

以塑性元件和粘性元件并联的模型为基础,研究材料粘性系数的获取方法,给出了一些材料的粘性系数和影响因素之间的关系曲线,为模拟研究中粘性系数的获取提供一种方便有效的方法.     

不可压定常湍流数值模拟的预处理方法

本文探讨了一种求解二维原始变量湍流模型方程组的预处理的方法，依据这种预处理方法，采用交错网络和对角化隐式近似因子分解格式就驱动驱动腔进行了数值模拟。数值结果表明，这样的预处理可适当放宽时间步长，加快数值收敛。     

轴对称件扭压成形的粘塑性有限元分析

运用体积微可压缩法的三维刚粘塑性有限元方法.对轴对称体的扭压成形变形规律进行了模拟分析.结果表明:与一般镦粗成形相比,扭压成形具有可促使变形均匀、增加变形量等优点.     

磁性液体管道流动的数值模拟

通过将磁性液体的磁化曲线用一个反正切函数来模拟，并且将磁场体积力写成Az的函数形式来模拟磁性液体在圆管申的流动。结果表明，圆管内的磁性液体有最大流量时，磁性液体流在靠近永磁附近呈紊流状态流动，在圆管的最右端，大致呈层流状态流动；圆管内的磁性液体净流量为零时，靠近永磁的磁性液体在原地呈激烈的涡旋流动状态．     

叶栅内非定常不可压流动的数值模拟

基于SMAC(Simplified Marker and Cell)方法推导出直接求解二维非定常、不可压N-S方程的隐式数值方法.求解的基本方程是任意曲线坐标系中以逆变速度为变量的N-S方程和椭圆型的压力Poisson方程.采用该方法,对二维叶栅非定常分离流场进行了数值模拟,叶栅表面压力的计算结果与试验结果相比比较吻合,从而验证了这种方法的可靠性.同时对叶栅非定常流场的流场结构和流动机理做了初步的探讨.在均匀来流和定常边界条件下,叶栅内部流动表现出强烈的非定常性;在小冲角和高雷诺数时,叶栅尾部产生类似卡门涡街的周期性流动.     

液体模塑成型工艺二维径向非饱和流动数值模拟

通过引入沉浸函数建立了双尺度多孔介质非饱和流动模型,并采用有限元/控制体积法实现了恒压及恒流注射条件下液体模塑成型（LCM）工艺二维径向非饱和流动的数值模拟,得到了不同注射条件下纤维织物内的压力场分布及半饱和区域长度随时间的变化规律,并将双尺度非饱和理论结果与单尺度饱和理论结果进行对比。结果表明：非饱和流动过程中,半饱和区域内的压力和压力梯度明显下降;半饱和区域长度随时间逐渐增加随后保持稳定,当流动前沿到达出口后半饱和区域长度开始逐渐减小;当两个主方向渗透率不同时,沿主方向半饱和区域长度也不同,渗透率越大该方向的半饱和区域长度也越大,纤维织物完全浸润时间取决于较小的渗透率。研究结果对合理预测树脂填充过程中压力分布及纤维预制件的浸润具有指导意义。     

双尺度纤维织物二维非饱和流动的数值模拟与实验

液体模塑成型工艺(LCM)中非饱和流动的填充模拟对于在虚拟空间中快速、高效地优化工艺参数具有重要意义。采用了一种模拟双尺度纤维织物在等温条件下非饱和流动的双尺度计算模型,通过引入沉浸函数求解宏观-微观流动控制方程组,同时考虑了在微观浸渍中毛细压力的影响,在有限元/控制体积算法中实现了对非饱和流动的数值模拟。随后对三向缝合纤维织物进行了二维径向填充实验,将实验结果与数值模拟的预测值对比。结果表明,该计算模型可以较精确地模拟双尺度纤维织物中的非饱和流动。在此计算模型的基础上,讨论了流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对非饱和填充浸润的影响。结果表明,不同流体黏度、注射流量及纤维束孔隙率对纤维织物填充过程中非饱和区域长度、入口压力曲线及填充时间影响不同。研究结果可以对合理预测纤维织物的浸润及树脂填充过程中入口压力提供指导。     

无压渗流的数值分析方法

在水利水电工程中,存在许多有自由面的无压渗流问题,自由面是渗流场特有的一个待定边界,这使得应用有限元法求解渗流场问题时,较之求解温度场和结构应力等问题更为复杂。归纳总结了无压渗流分析的各种数值计算方法,分析比较了其优缺点和适用条件,提出了无压渗流数值分析方法的发展趋势。     

循环流化床底部区域流动特性的数值模拟

基于欧拉两相流模型计算循环流化床底部区域的流动特性。在低气速(1.0～2.5m/s)、低循环量下(5.2～34.5kg/(m2·s)),模拟时黏性采用层流模型取得了较好的效果。实验采用光导纤维探头测量仪测量流化床底部区域3个截面的局部颗粒浓度,模拟计算了循环流化床底部3个截面的颗粒浓度的径向分布,并同循环流化床装置的实验数据进行了对比。结果表明,数值模拟计算与实验结果相吻合。     

非等温气辅共挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用PTT本构方程和Arrhenius黏度对温度依赖方程,运用有限元方法,对低密聚乙烯(LDPE)/高密聚乙烯(HDPE)熔体的共挤过程进行了三维非等温粘弹数值模拟,对比分析了两熔体在传统和气辅共挤过程中的速度场、剪切速率分布和层间界面形貌。研究表明,气辅共挤成型在口模出口处不存在二次流动,且在挤出方向流速均匀,剪切速率分布均匀且数值比传统共挤小得多,说明气辅共挤能有效消除传统共挤过程中的挤出胀大和界面偏移现象。     

二维半线性伪抛物方程差分格式及数值模拟

本文讨论了一类具有较强应用背景的二维半线性伪抛物方程,设计了求解此类方程对应的初边值问题的隐式差分格式。基于离散泛函理论和先验估计证明了相应差分格式解的存在唯一性、收敛性和稳定性。最后针对实例给出了数值模拟结果。     

气流在喷管内流动的理论分析与数值模拟

基于气体动力学原理,由数学模型得出气流一元流动的特性:流速与压力的关系、流速与断面的关系,并分析说明原因.然后根据理论用软件进行数值模拟,结果与理论相符合.     

复合共挤成型中挤出胀大的三维粘弹数值模拟

采用Phan-Thien and Tanner(PTT)本构方程,建立了矩形截面共挤口模内外两种聚合物熔体流动的三维粘弹数值模型,有限元模拟了聚丙烯/聚苯乙烯(PP/PS)共挤过程中的挤出胀大现象,并用实验验证了模拟结果。研究表明:当入口体积流量相同时,两熔体挤出口模后会朝向黏度较高的PS熔体一侧偏转,型材截面呈非对称畸变。两熔体在垂直挤出方向上的速度分布导致了挤出胀大过程中熔体的偏转流动,而口模出口处的剪切速率分布基本决定了共挤型材截面的形状。实验结果与模拟结果基本相符,模拟所得挤出胀大率比实际值大8.6%。等温假设是影响共挤出胀大数值模拟准确度的主要因素。     

Burgers＇方程的特征混合有限元数值模拟

本文对Burgers’方程采用特征混合有限元方法进行数值模拟，证明了特征混合元格式的稳定性。作为数值例子，我们计算了正弦波传播和冲击波传播，通过与混合元和有限元方法的比较，说明了该方法在粘性系数逐渐减小时对锋线前沿处理的有效性。     

Burgers''''方程的特征混合有限元数值模拟

本文对Burgers'方程采用特征混合有限元方法进行数值模拟,证明了特征混合元格式的稳定性。作为数值例子,我们计算了正弦波传播和冲击波传播,通过与混合元和有限元方法的比较,说明了该方法在粘性系数逐渐减小时对锋线前沿处理的有效性。     

聚合物熔体的非等温平板收缩流动的数值模拟

用有限元法模拟了Carreau流体在4：1平板收缩口模中的非等温挤出流动，采用3节点的三角形单元对速度、压力和温度进行等阶插值，运用特殊的罚函数处理流体的不可压缩条件，解决了压力场的数值振荡问题，并用改进的Newton迭代法对非线性方程进行求解，成功地计算了Carreau流体在平板收缩流动中的速度、压力、粘度以及应力的分布，同时得到温度场的分布，计算的应力分布与实验的结果及Renardy的分析结构相符。