Richtmyer-Meshkov不稳定性湍流混合数值模拟

采用PPM方法数值求解Euler方程；采用Shyue提出的考虑压力平衡的混合网格状态方程的处理方法，完成R-M不稳定性问题后期混合的数值模拟。界面不稳定性后期混合具有明显的三维特征，二维计算不能分辨后期混合流体团之间三维扭曲拉伸现象，因此要求三维数值模拟。另一方面，界面不稳定性后期，通过非线性作用，小尺度运动被充分激发，必须模拟从大尺度到小尺度的级串现象，因此数值模拟要求很高的空间分辨率，要求大规模数值计算。由此我们采用MPI、应用区域分解方法完成程序并行化，并行程序具有较好的可扩展性。     

使用混合网格计算非达西渗流

针对垂直裂缝井的特殊流动模式,从非达西定律出发,建立二维平面的非达西渗流方程.通过建立一组无量纲量,最终得到无量纲的渗流方程及其定解条件.假定外边界为圆形,用PEBI网格及混合网格对求解区域进行网格划分,用有限差分法对无量纲的方程进行离散,最终得到垂直裂缝井的井底压力数值解.根据此数值解并考虑井筒存储和表皮因子的影响,得到真实垂直裂缝井的井底压力.对计算结果的分析表明,使用混合网格求解非达西渗流井底压力相当准确,该方法也适用于水平井等更复杂井型及复杂边界的问题求解.     

基于最小传热熵增的混合工质最佳组成

本根据在给定工质相变温度与热源温度最小温差点（献称Ｐｉｎｃｈ－ｐｏｉｎｔ）温差数值的前提下，通过选择工质组成，使单位传热量所引起的不可逆熵增最小，提出了一个基于最小传热熵增为目标的混合工质最佳组成的确定方法，并分析计算比较了二元混合工质和多元混合工质在减少传热熵增的不同效果，结果表明，多元混合工质比二元混合工质在减少不可逆熵增方面具有更大的优越性。     

方柱绕流大涡模拟

采用有限体/有限元混合格式、非结构网格和大涡模拟方法求解可压缩的N-S方程,对Re=22 000的方柱绕流进行数值模拟,并对不同的边界条件进行详细的分析比较.通过对以往研究经验的总结和利用精细的边界条件,使得采用二阶精度的数值格式和较稀疏的网格仍然得到了令人满意的计算结果,甚至优于以往采用密网格的模拟结果.     

稀薄空气中圆柱腔体内系统电磁脉冲的混合模拟

系统电磁脉冲广泛存在于强电离辐射环境中,且难以有效屏蔽.为了评估稀薄空气对系统电磁脉冲的影响,本文基于粒子-流体混合模拟方法,建立了三维非稳态模型,计算并分析了稀薄空气等离子体的特性以及其与电磁场响应的相互作用.结果表明,压力越高,光电子发射面附近的次级电子数密度越高,轴向分布的梯度越大,腔体中部的电子数密度在20 Torr(1 Torr=133 Pa)下出现峰值,而电子温度随压力升高单调递减.腔体内的稀薄空气等离子体阻碍了空间电荷层的产生,电场响应峰值比真空条件下的低了一个数量级,电场脉冲宽度也显著降低.光电子运动特性决定了电流响应的峰值,压力升高,到达腔体末端的电流先增加再减小.而等离子体电流会抑制总电流的上升速率,并使电流响应出现拖尾.最后,将数值模拟结果与电子束模拟系统电磁脉冲的实验结果进行比较,验证了本文混合模拟模型的可靠性.本研究所采用的混合模拟方法相比于粒子云网格-蒙特卡罗碰撞方法,大幅减小了计算消耗.     

稀薄空气中圆柱腔体内系统电磁脉冲的混合模拟

系统电磁脉冲广泛存在于强电离辐射环境中,且难以有效屏蔽.为了评估稀薄空气对系统电磁脉冲的影响,本文基于粒子-流体混合模拟方法,建立了三维非稳态模型,计算并分析了稀薄空气等离子体的特性以及其与电磁场响应的相互作用.结果表明,压力越高,光电子发射面附近的次级电子数密度越高,轴向分布的梯度越大,腔体中部的电子数密度在20 Torr(1 Torr=133 Pa)下出现峰值,而电子温度随压力升高单调递减.腔体内的稀薄空气等离子体阻碍了空间电荷层的产生,电场响应峰值比真空条件下的低了一个数量级,电场脉冲宽度也显著降低.光电子运动特性决定了电流响应的峰值,压力升高,到达腔体末端的电流先增加再减小.而等离子体电流会抑制总电流的上升速率,并使电流响应出现拖尾.最后,将数值模拟结果与电子束模拟系统电磁脉冲的实验结果进行比较,验证了本文混合模拟模型的可靠性.本研究所采用的混合模拟方法相比于粒子云网格-蒙特卡罗碰撞方法,大幅减小了计算消耗.     

混合物冲击压缩后平衡态的研究

 将混合物组元颗粒在三维网格内按组元比例随机分布,采用热动力学有限元数值方法,对其冲击压缩过程进行数值模拟。研究了混合物在冲击压缩下趋于热动力平衡过程、热平衡特征时间、压力平衡特征时间和平衡后的热力学状态,得出热平衡特征时间与颗粒度的平方近似成正比,而力平衡特征时间与颗粒度近似成正比。数值模拟了多种合金的冲击压缩特性,其结果与混合物物态方程的体积相加模型、一次冲击绝热线的叠加原理和实验等不同方法获得的结果作了比较,除冲击温度外,各方法得到的结果一致;体积相加模型和叠加原理不能给出合理的混合物冲击温度,但数值模拟能给出合理的混合物冲击温度。     

CO2/丙烷混合工质管内流动沸腾换热的数值模拟

通过在FLURENT软件中植入相变UDF模块,实现了对混合工质流动沸腾换热的数值模拟.模拟对象为质量比50/50的CO2/丙烷混合工质在内径4 mm长1.4 m的光管和微肋管内的流动沸腾换热,工况如下,入口流速为0.487 m/s、入口温度为-5°C、操作压力为2.0928 MPa、壁面热流密度为100 kW/m2.对...     

超临界二氧化碳循环离心压缩机性能与流场分析

压缩机是超临界二氧化碳(S-CO₂)布雷顿循环的核心部件之一。本文以多级回热过程的热力学分析为基础,完善适用于S-CO₂Brayton循环热力设计,为不同循环结构的压缩机选择等熵效率合理适用范围。通过对叶轮内部流场模拟,分析压缩机性能,发现本文设计的叶轮模型在转速60000 r/min时具有最高的等熵效率。存在一个最佳的进口温度和压力使叶轮内的低温低压区域最小。随着流量和转速的增加,相变或冷凝区域范围会进一步增加,为超临界二氧化碳离心压缩机内部流场数值模拟的准确性和S-CO₂循环机组中压缩机的初步设计提供参考。     

基于MOF的欧拉方法界面重构技术

欧拉方法和拉格朗日方法是多流体数值模拟中最主要的两种方法。对拉格朗日方法而言,如果存在大变形,就会产生网格扭曲,导致计算无法进行下去;而用欧拉方法进行数值模拟的难点在于混合网格中界面的确定及物理量的处理。因此,界面处理技术是欧拉数值方法的主要研究内容之一。     

多速混合车辆单车道元胞自动机交通流模型的研究

在交通流NS模型的基础上，建立了多速混合车辆单车道元胞自动机交通流模型， 通过计算机数值模拟，得到了混合车辆在不同参数下交通流模型的基本图，并对混合交通的 特性进行了分析和讨论. 关键词： 元胞自动机 混合交通流模型 计算机模拟     

非预混燃烧大涡模拟的代数二阶矩模型

一种改进的代数二阶矩燃烧模型被应用在Flame-D的大涡模拟中。代数二阶矩模型能够将化学反应速率的脉动项进行模拟,更准确地计算化学反应速率。在实际燃烧过程中,化学反应速率不仅与当地的温度以及组分浓度等相关,更与反应物的混合速率有密切的关系。研究考虑了亚网格尺度内混合速率对化学反应速率的影响,提出了改进的代数二阶矩模型。通过与相同模拟条件下的涡耗散概念模型的模拟结果以及实验结果进行对比,改进的代数二阶矩模型的准确性得到了验证,同时亚网格化学反应速率的模拟对总化学反应速率的影响也得到了研究。     

考虑最近邻关联的一维链中两类原子的混合熵

从概率分布及自由能最小的原则出发，讨论了一维链中两类原子的混合熵，结果表明，只有在一定条件下，通常计算混合熵的公式才严格成立，一般情况下混合熵与晶格的具体结构、原子间相互作用、温度等物理性质有关。     

非结构多边形网格解扭和重分方法

在多维流体动力学计算中，流体运动和计算网格的关系可以分为两种情况。一是Lagrangian方法，即网格跟随流体运动；二是Eulerian方法，即流体流过固定；下动的网格。一般计算网格的运动是任意的。这就对应于任意Lagrangian—Eulerian（ALE）方法。ALE方法的核心是通过调整网格运动，使得数值模拟的精度、效率有所提高。它的主要步骤是：显式Lagrangian步；网格重分，即得到新的计算网格；物理量重映，即将Lagrangian步的计算结果变换到新网格上。在这3步中，较少研究网格重分。数值模拟和网格重分的一个基本前提是网格是合理的，或者说网格不能发生翻转，网格应当是凸的。而Lagrangian步数值模拟会造成网格扭曲，因此在网格重分前进行网格解扭是十分必要的。文中描述了通用的网格解扭、重分算法，使得解扭、重分后的网格有较好的几何品质，同时尽可能接近Lagrangian网格。     

“反尖端”界面不稳定性数值计算分析

利用可压缩多介质黏性流动和湍流大涡模拟代码(MVFT),在超算平台上对"反尖端"界面不稳定性及其诱发的湍流混合问题进行了大规模三维数值模拟分析。数值模拟结果清晰地显示了冲击波加载界面后分解产生的冲击波、稀疏波、压缩波及其在SF6气体中的运动和相互作用,以及波多次加载界面的复杂过程,波和界面的每一次作用都会加速湍流混合区的发展和物质混合。"反尖端"界面受冲击波加载后发生反相而形成典型的大尺度壁面气泡和中心轴尖钉结构,该大尺度结构基本确定了湍流混合区的平均几何特征和包络范围而不依赖计算网格。高分辨率的计算网格下,捕捉到了更精细的小尺度湍涡结构和更强的湍流脉动,显示了湍流混合区所具有的复杂结构和特征。     

立方型状态方程的空气焦-汤效应数值模拟

气体在经过小孔、狭缝、节流阀等流阻元件时,由于存在焦-汤效应,压力急剧下降,温度也将发生变化。为此,首先建立了气体通过节流孔的简化模型;其次,采用Gambit软件对模型进行网格划分;最后对满足立方型状态方程的实际空气,利用Fluent软件模拟进口压力0.3—0.6MPa和进口温度283—298K下,空气节流前后的温度变化。结果表明:保持出口压力不变,随着进口压力的增加,节流前后温降也增加;随着进口温度的升高,温降呈现减小趋势,但趋势缓慢;保持进口压力和温度不变,随着出口压力的增加,温降将减小;并与相关文献对比,得到了相同的结论,侧面验证了数值模拟的可行性。     

液体在线混合室混合效果的数值模拟

本文根据液体在线混合室的两种不同结构归纳出两种入口界条件，相应获得二维和三维物理模型，应用有限差分法对其混合效果分别作了数值模拟。研究结果表明：设计液体在线混合室时，为了达到最佳混合效果，应使得浓度梯度与速度梯度方向一致，即让两种液体的入口管在同一根轴线上。     

加装旋转叶片T型通道内流动混合的数值模拟

本文采用大涡模拟方法对加装旋转叶片的T型通道内冷热流体流动混合过程进行了数值模拟研究.在主管支管管径比为2:1的条件下,探究旋转叶片对T型通道内冷热流体混合的影响机理.通过对比分析有无叶片的T型通道内温度场,发现加装旋转叶片能够加快通道底部和对称面两侧流体的温度混合从而缩短通道内的混合长度,同时能够减小y轴方向的平均温...     

两级4K-脉冲管制冷机数值模拟

针对工作在液氦温区的两组4K-脉冲管制冷机的特性，为模拟和动态显示其内部工作过程和参数变化规律，发展了一种新的欧拉-拉格朗日数值计算模型。采用拉格朗日方法，用移动网格跟踪脉冲管中气体微元随周期性压力波动的具体运动轨迹；采用欧拉法，用固定网格直接模拟蓄冷器内部的动态参数变化。模型还考虑了实际气体工质（氦气）的热物性变化、多层磁性蓄冷材料、冷热端换热器及蓄冷器填料的压力降和非平衡换热等。并采用该模型数值分析一典型两极4K-脉冲管制冷机的气体温度、压力、流量和焓流在一个周期内的变化情况，分析了多层磁性蓄冷材料对制冷机性能的影响。     

分流技术强化超声速混合及燃烧的数值模拟

本文提出一个利用分流技术强化超声速横侧射流混合及燃烧的新方法,即通过一个细小通道连通燃料喷口上下游,上游高压流体部分分流到下游,从底部抬高燃料穿透深度.应用修正可压缩性的 k-ε湍流模型,对不同喷射压力下冷态及燃烧流场进行数值模拟.有无采用分流技术的结果对比表明,分流技术能有效增大混合效率和燃烧效率,分流孔位置是一重要影响因素.观察到两类强化混合及燃烧的机制,合理布置分流孔位置可使燃烧效率相对提高 25% 以上.