并行计算在高超声速流场数值模拟中的应用

采用计算流体力学方法,对高超声速流场进行了多区并行计算研究。基于MPI消息传递库采用Fortran语言编制了CFD并行计算程序,对NS方程采用AUSMPW+格式和LU-SGS方法求解。针对流场采用多区剖分,将每一个子区分配给相应节点进行计算。每一迭代步,相邻子区域间交换边界数据。计算表明,本文所建立的程序和方法是可行的,能够进一步延伸到大规模并行计算和工程应用中。     

柴油机螺旋进气道三维流场数值模拟

为研究柴油机进气系统的流场,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟手段对某柴油机进气系统即螺旋进气道-气阀-气缸的气流进行三维数值模拟.分析柴油机螺旋进气道的流动特点,揭示发动机进气过程的三维流动特性,有助于了解进气过程的复杂流动现象,为柴油机进气系统性能的进一步改进和优化设计提供理论依据.     

风机流场并行数值模拟在集群系统上的应用

介绍集群系统的特点及其软硬件配置环境。利用计算流体力学商用软件Fluent对一种新型垂直轴风力机风轮在曙光天潮超级服务器4000A集群上进行数值模拟及并行计算,得到风轮内外部的三维流场,实现该软件在高性能并行计算机上的应用,为并行有限元分析提供一个基础计算平台。     

颅内动脉瘤的数值模拟研究进展

随着医学检查技术和医学设备的发展,颅内动脉瘤患者被发现的越来越多,对于颅内动脉瘤的治疗以及预防其破裂是十分紧迫的。近期研究表明,数值模拟血流动力学的参数与动脉瘤发生、发展、破裂都有密切的联系,且可以对治疗进行干预,模拟治疗后的效果。数值模拟能够成为研究颅内动脉瘤血流动力学的重要手段。     

分布抽吸率对整车风洞试验段流场影响的数值模拟

为探讨适用于整车风洞的分布抽吸率,采用计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）方法研究经边界层控制后的试验段流场．针对不同分布抽吸率下的试验段,利用FLUENT对流场进行模拟,然后计算边界层位移厚度、静压因数和气流偏角．二维和三维的数值模拟结果均表明,试验段边界层的位移厚度随分布抽吸率的增加而减小;当分布抽吸率达到某一数值后,若继续增大,那么边界层的位移厚度将基本保持不变．研究结果对风洞建设及试验时分布抽吸率的选取有参考意义．     

高性能并行计算在航空航天CFD数值模拟中的应用

本文介绍了高性能并行计算在CFD数值模拟中的应用。CFD高性能并行计算可扩大求解规模,加快求解速度,是CFD实现高效计算的必然发展趋势。本文通过"数值风洞"的概念分析了CFD高性能计算的应用前景及对高性能计算的需求。通过某乘波飞行器前体并行算例对8～256CPU的CFD大规模并行效率和加速比进行了分析,并将CFD并行计算应用于高温热化学非平衡的返回舱数值计算中。     

四气门柴油机进气过程三维数值模拟

为减少柴油机的污染物排放、降低油耗和燃烧噪音,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟,对车用电控四气门柴油机进气系统进行不同气门升程下气流稳态流动的数值研究,揭示四气门柴油机的进气流动特点以及气门开度对缸内涡流形成的影响和变化规律.仿真结果为电控四气门柴油机的气道设计、喷雾与燃烧的组织与优化提供理论依据.     

前机身/进气道流场的一体化数值模拟

该文针对飞行器设计中的机体和进气道的一体化问题,采用分区结构搭接网格技术,对机体外流场采用有限体积法求解Euler方程,进气道内流场采用有限体积法求解N—S方程,发展了求解三维超音速前机身／进气道内外流的Euler／N—S方程分区处理程序,同时对某型飞机的前机身／进气道流场进行了一体化模拟。通过分析计算出的附加阻力和畸变系数等结果的合理性验证了计算程序的正确性。同时通过对计算域采用不同的密度网格进行计算,分析研究了网格疏密对计算结果的影响。     

椎动脉阻断术前后基底动脉瘤的血流动力学数值模拟分析

探讨椎动脉阻断前后基底动脉瘤的血流动力学变化。采集基底动脉瘤患者颅内CTA影像DICOM格式数据,应用MIMICS 21.0软件三维重建椎动脉模型,应用3-matic软件对初步获得的模型进行修复,并使用Ansys ICEM软件对模型进行离散化网格划分,最后通过Ansysfluent软件对动脉瘤有限元模型进行数值模拟运算,获得颅内正常动脉与术前、术后动脉瘤部位血流速度、壁切应力、壁压力的分布特征,比较分析正常、术前、术后三种模型之间的血流动力学参数差异。椎动脉阻断前后基底动脉瘤的血流动力学参数存在显著差异,三种模型的血流速度、壁切应力、壁压力分别两两之间差异具有统计学意义(P<0.05)。通过椎动脉阻断的方式,基底动脉瘤的血流动力学发生显著的改变:血流速度下降、壁切应力升高、壁压力下降。     

仿生魟鱼环形胸鳍波动推进的流场仿真

针对自主设计的仿生魟鱼水下机器人环形胸鳍波动推进过程进行了流场仿真研究。基于魟鱼前进运动时的胸鳍波动特征,建立了仿生环形胸鳍三维波动运动模型。利用CFD对胸鳍波动推进过程进行数值计算,分析了波动胸鳍产生的拉力以及前向运动的速度等推进性能。研究了周期波动过程中鳍面的周向压力分布,进行鳍面附近核心涡以及切面二维涡分量的计算,分析了涡的产生、发展以及尾迹涡的相关特性。结果表明,稳定后的拉力系数以近似正弦波形式进行波动,鳍面波动前后缘分布的高压和低压区域随波动沿周向从前往后传播,环形波动长鳍最终在尾迹处形成卡门涡,流场分析为仿生魟鱼水下机器人的运动控制及性能优化提供理论基础。     

气固两相流全分辨率直接数值模拟的并行算法

用沉浸边界法对气固两相流进行全分辨率直接数值模拟,介绍并行算法及其并行效率。考察球形颗粒的空间分辨率等对计算精度的影响,对颗粒雷诺数Rep=1~150,颗粒直径与计算网格比大于20时,该并行算法获得的计算精度较高。     

基于多核并行计算的无人机CFD数值模拟

随着计算机系统向多处理器多核架构发展,针对航空工程技术高精度大规模求解问题,提出了一种高效、准确的无人机CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟多核并行计算方法。对典型机翼进行了串行解法和并行解法的数值校验,验证了以N-S（Navier-Stokes）方程为主控方程的数值求解方法的正确性。接着对比了串行计算和并行计算的时间、加速比等性能,最终获得了针对无人机整机的一种高效的并行计算方法,并对某无人机整机纵向气动特性进行了数值计算。采用FLUENT脚本记录功能,实现不同工况按编译顺序自动计算、保存数据和切换,提高了计算效率。从模块角度详细介绍了CFD串行、并行计算的工作原理,为采用并行计算的方法提供了依据。     

电潜离心泵内流场及外特性的数值模拟分析

针对目前油田使用的两种不同叶导轮结构的电潜离心泵,包括传统径向流泵和聚驱用混向流泵,采用计算流体动力学(CFD)研究方法,建立电泵内流场的数值仿真,在流量80～200m³/d范围内,研究泵输送不同运动黏度为1～40mm²/s介质时特性差异。在介质黏度为1和40mm²/s,流量为80～180m³/d工况下,使用FLUENT软件选用标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法进行求解,分析两种泵在不同工况下的内部流场变化规律,通过流场分析探究叶轮结构对泵外特性的影响机制。仿真得到泵的扬程、效率曲线,发现泵性能出现变化的工况点与叶轮内流场分析结果相对应,并根据泵叶轮的内流场分布和泵的性能曲线分析两种泵所适用的工况。结果表明,径向流泵适用于大流量和高黏度工况,混向流泵适用于较低流量和中低黏度工况,为不同工况下泵的选择及泵的优化提供理论依据。     

三元催化转化器内部流场的数值模拟

随着计算机技术的发展,数值模拟已经成为研究三元催化转化器的重要手段。本文在考虑冷态流场分布及将尾气看作空气做湍流的基本假设下,运用数值模拟软件FLUENT,采用四面体混合型网格,选取k-￡模型、多孔介质模型和质量入口等边界条件,建立了三元催化转化器的物理与数学模型,对三元催化转化器内部流场进行了数值模拟研究,获得了其内部压力场、湍动能及速度场的分布状况。研究结果表明,在扩压管附近、收缩管内壁和衬垫外壁之间均形成涡流区;三元催化转化器出口处速度场急剧变化,造成能量较大损失,因此要注重三元催化转化器扩压管与收缩管锥角的设计。随后运用所建立的模型对不同扩压管与收缩管长度下的三元催化转化器内部流场进行模拟,得出该工况下最优的三元催化转化器尺寸为收缩管长21 mm,扩压管长33 mm,并验证该尺寸下三元催化转化器工作状态较优。     

飞行器变体机翼结构设计与仿真

针对变体飞行器在低雷诺数下机动性能力不足并且稳定性差的问题,设计提出一种新型变体机翼构型.首先深入研究海鸥的骨骼结构与飞行中的气动外形配置,利用空气动力学对海鸥气动力参数进行估算,计算所得气动参数基本满足海鸥实际飞行要求.进而抽象简化海鸥翅膀骨骼羽毛结构,并改变关节角度适合变体机翼的四自由度机构,采用气动布局分析与设计软件对机构进行仿真,优化结果能实现海鸥飞行的各种姿态外形例如起飞＼降落、巡航、俯冲的同时又有较高升阻比.表明大尺度的变体可以显著改变飞行器的升力、阻力和升阻比,能够使可变体飞行器自主适应多种环境和任务,因而在全飞行周期中比传统固定外形飞行器具有更优的性能.     

镍氢电池的数值模拟

通过研究镍氢电池的传热传质以及电化学反应机理,根据能量守恒原理建立其三维、非稳态数学模型,该模型包括了电池外壳、内部极堆、氢气工质等全部区域.基于计算流体力学(CFD)方法,对镍氢电池的温度场进行了数值模拟,并将数值模拟结果与实验结果进行对比,两者符合良好.该模型能够指导镍氢电池在空天电源、移动电源等领域的工程设计、参数优化等实际需要.     

高粘度金属漆搅拌器流场数值模拟

金属漆粘度值高,含金属颗粒,长时间放置出现液体分层现象,影响配色准度.为对搅拌器内金属漆进行充分搅拌,使金属漆达到较高均匀度,采用k-ε湍流模型和多重参考系模型(MRF),基于CFD(计算流体动力学)技术对不同搅拌桨组合下的金属漆搅拌器进行数值模拟.数值模拟结果表明,上层搅拌桨选择错位45°折叶涡轮桨叶,下层搅拌桨选择...     

压力平衡口对开口式汽车模型风洞驻室流场影响的数值仿真

为尽可能真实地建立汽车测试环境,对开口式汽车模型风洞驻室试验段流场品质进行数值仿真,研究在开设压力平衡口前后的流场品质,并对不同面积和形式的压力平衡口工况进行数值仿真,得到不同试验段内流场品质的计算结果.通过比较分析得出结论:有压力平衡口时,特别是压力平衡口的面积为140 m×140 m时,汽车模型风洞驻室试验段最有利于汽车性能测试.     

YJH265型液力变矩器内流场数值模拟与试验研究

为了能更好地研究找出一些可能影响YJH265型液力变矩器传动效率的影响因素,从而大幅度加深对流场的传动特性认识,并为下一轮变矩器的技术改进提供依据,以达到改善和提高变矩器的传动性能的主要目的.通过流体力学建模数值计算的理论方法,运用流体力学数值模拟和性能试验研究相结合的计算方法对变矩器内流场中的瞬态速度场和压力场进行分...     

仿生自然计算研究综述

介绍了仿生自然计算这一新兴交叉学科的含义及研究范围,讨论了仿生计算与其它自然计算分枝的关系。将几种常见种仿生自然计算模型,按照人类社会、生物群体、个体、组织器官、细胞、分子等不同的层次进行了分类综述,并介绍了各种算法的最新研究进展。