两相湍流色噪声扩维法PDF模型及数值模拟

由颗粒运动的朗之万方程出发,对流体脉动速度采用扩维方法,得到两个不同层次的PDF输运方程.通过对颗粒运动方程求解和高斯分布假设,解决PDF方程的封闭问题,获得颗粒二阶矩模型,然后将颗粒应力方程简化成代数方程,建立代数应力模型.将对流扩散方程的有限分析法运用到求解两相流模型中,对壁面两相射流进行数值模拟,对比分析数值结果与实验结果.     

湍流两相流动有燃烧颗粒相概率密度函数输运方程理论

由有燃烧的湍流气粒两相流动的瞬态方程和统计力学概率密度函数概念出发,推导了有燃烧颗粒相的质量－动量－能量联合概率密度函数（ＰＤＦ）输运方程,并对方程中条件期望项用梯度模拟概念进行了模拟封闭。封闭后的ＰＤＦ方程可作为建立颗粒拟流体模型方程和封闭二阶矩模型的基础,也可以通过Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ 法求解用以直接计算颗粒雷诺应力和湍流动能,以便和二阶 矩模型的结果相对照,改善二阶矩模型。     

下降管中稠密两相湍流的数值模拟

本文将统一二阶矩两相湍流模型和颗粒动力学理论结合,推导并封闭了稠密两相流考虑颗粒间碰撞的统一二阶矩两相湍流模型。该模型用颗粒动力学理论模拟颗粒之间的碰撞,用各向异性的统一二阶矩模型考虑气相和颗粒相的湍流脉动,并用输运方程描述气固两相湍流之间的相互作用。最后用该模型对下降管中的气粒两相流动进行了模拟,模拟所得的沿径向颗粒浓度分布和速度分布与实验吻合较好,预报结果也反应出了颗粒雷诺应力的各向异性。     

基于小关联时间两相湍流色噪声的近似模型及数值模拟

从一般高斯型色噪声模型出发,通过泛函导数,应用小关联时间,近似计算多维色噪声,得到有效Fokker-Planck方程.将其应用到两相湍流中得到颗粒相的概率密度函数输运方程,从而得到颗粒相的二阶矩模型.将颗粒应力方程简化成代数方程,建立代数应力模型.将对流扩散方程的有限分析法运用到求解两相流模型中,对壁面两相射流进行数值模拟,并将求解结果与实验结果进行对比分析.     

颗粒Reynolds正应力轨道模型及后台阶两相流动数值模拟

用随机过程理论建立气固两相耦合脉动量Lagrange方程,并建立了气固两相流随机颗粒轨道模型中颗粒Reynolds正应力的Lagrange方程.将新的模型运用于各向同性的湍流衰减的流场中,模拟颗粒的湍流扩散特性,与文[1]中的模型和实验结果作比较,并使用新模型模拟了后台阶两相流动.     

DSM-LPDF两相湍流模型及旋流两相流动的模拟

本文由流体－颗粒速度的拉氏联合概率密度函数（ＰＤＦ）输运方程出发,用Ｓｉｍｏｎｉｎ建议的Ｌａｎｇｅｖｉｎ模型封闭颗粒所遇到流体瞬时速度的条件期望项,并用Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ方法直接求解 ＰＤＦ输运方程,将其和求解流体雷诺应力方程模型的有限差分方法结合,建立了雷诺应力－拉氏ＰＤＦ（ＤＳＭ－ＬＰＤＦ,简称ＤＬ）两相湍流模型．用此模型模拟了旋流数为０．４７的突扩旋流气粒两相流动,并与文献中ＰＤＰＡ实验和用类似于单相流动湍流模型封闭方法的时平均统一二阶矩（ＵＳＭ）模型的预报进行了对比．     

基于拉氏概率密度的两相湍流二阶矩模型

用颗粒运动的拉氏分析和PDF方法,改进了颗粒相的二阶矩模型。由拉氏两相运动的随机微分方程出发,采用随机过程分析和信号分析法得到湍流两相流动的PDF输运方程,双流体模型方程和两相脉动速度相关的基本模式的封闭式,和用其它方法导出的方程与封闭式的结果一致,对封闭式作了重要的改进,在分析颗粒轨道上的流体湍流作用时间时,全面地引入拉氏分析的轨道穿越效应、惯性效应、连续效应和湍流的各向异性。     

用视密度加权平均二阶矩模型模拟旋流两相流动

本文用视密度加权平均代替时平均,建立了视密度加权平均的统一二阶矩两相湍流模型方程组（ＭＵＳＭ）,其中用体积分数代替了数密度,用颗粒驰豫时间作为封闭两相脉动速度关联方程耗散项的时间尺度,并引入了颗粒视在的气体速度脉动的输运方程。用ＭＵＳＭ模型模拟了旋流数为０．４７的气粒两相流动。并和实验结果及时间平均的ＵＳＭ模型的模拟结果进行了对照,两种模型均能较好地预报的两相的轴向和切向速度,轴向和切向脉动速度。此外,ＭＵＳＭ模型可以减少所用方程数,节省计算量。因此视密度加权平均的统一二阶矩两相湍流模型是一种对时间平均的统一二阶矩模型的改进,今后可以进一步扩大应用。     

惯性颗粒所见被动标量统计特性的DNS与模型研究

本文采用DNS方法,对惯性颗粒所见各向同性湍流中具有平均标量梯度的被动标量场统计特性进行了研究。结果表明：惯性对颗粒温度脉动强度,两相温度关联,自相关特性以及颗粒热流与两相交叉热流的统计特性具有明显的影响。在PDF方法的框架下,系统地推导了非等温气固两相流的PDF方程,且基于朗之万随机体系对方程进行了封闭,并利用前面的...     

强旋气─粒两相湍流的统一二阶矩封闭模型

强旋气－粒两相流中两相的湍流均为强烈各向异性。本文由双流体模型出发，运用单相湍流的统计矩模拟方法建立了两相湍流的统一二阶矩封闭（ＵＳＭ）模型。这一模型是本文作者之一几年前提出的ｋ－ε－ｋｐ模型的发展，在此前已初具雏型，本文中进一步加以完善。ＵＳＭ模型正确反映了两相湍流的各向异性，并且更深刻地揭示了颗粒与流体的湍流相互作用的机理，是今后研究强旋气－粒湍流两相流动值得探讨的重要方向之一。     

关于Birkhoff表示的Lagrange像的研究

研究运动微分方程Birkhoff表示的Lagrange像.得出二阶Lagrange函数应满足的条件,在此条件下广义Lagrange方程为二阶微分方程组;提出新的求解Lagrange力学逆问题路线;指出在此问题研究中曾发生过的失误.举例说明所得结果的应用.     

完整力学系统的高阶运动微分方程

从质点系的牛顿动力学方程出发,引入系统的高阶速度能量,导出完整力学系统的高阶Lagrange方程、高阶Nielsen方程以及高阶Appell方程,并证明了完整系统三种形式的高阶运动微分方程是等价的.结果表明,完整系统高阶运动微分方程揭示了系统运动状态的改变与力的各阶变化率之间的联系,这是牛顿动力学方程以及传统分析力学方程不能直接反映的.因此,完整系统高阶运动微分方程是对牛顿动力学方程及传统Lagrange方程、Nielsen方程、Appell方程等二阶运动微分方程的进一步补充. 关键词： 高阶速度能量 高阶Lagrange方程 高阶 Nielsen方程 高阶Appell方程     

Lagrange--Noether method for solving second-order differential equations

The purpose of this paper is to provide a new method called the Lagrange--Noether method for solving second-order differential equations. The method is, firstly, to write the second-order differential equations completely or partially in the form of Lagrange equations, and secondly, to obtain the integrals of the equations by using the Noether theory of the Lagrange system. An example is given to illustrate the application of the result.     

弱非完整系统Mei对称性导致的新型精确和近似守恒量

研究弱非完整系统Lagrange方程的Mei对称性导致的一种结构方程和新型精确以及近似守恒量. 首先建立系统的Lagrange方程. 其次在群的无限小变换下, 给出了弱非完整系统及其一次近似系统Mei对称性的定义和判据, 然后得到了Mei对称性导致的新型结构方程、 新型精确和近似守恒量的表达式. 最后, 举例研究系统的精确新型守恒量和近似新型守恒量问题. 关键词： 弱非完整系统 Mei对称性 新型结构方程 新型守恒量     

Noether symmetry and conserved quantities of the analytical dynamics of a Cosserat thin elastic rod

In this paper, we investigate the Noether symmetry and Noether conservation law of elastic rod dynamics with two independent variables： time t and arc coordinate s. Starting from the Lagrange equations of Cosserat rod dynamics, the criterion of Noether symmetry with Lagrange style for rod dynamics is given and the Noether conserved quantity is obtained. Not only are the conservations of generalized moment and generalized energy obtained, but also some other integrals.     

Conformal invariance and conserved quantity of third-order Lagrange equations for non-conserved mechanical systems

This paper studies conformal invariance and conserved quantity of third-order Lagrange equations for non-conserved mechanical systems. Third-order Lagrange equations, the definition and a determining equation of conformal invariance of the system are presented. The conformal factor expression is deduced from conformal invariance and Lie symmetry. The necessary and sufficient condition that conformal invariance of the system would have Lie symmetry under single-parameter infinitesimal transformations is obtained. The corresponding conserved quantity of conformal invariance is derived with the aid of a structure equation. Lastly, an example is given to illustrate the application of the results.     

Chetaev型约束力学系统Appell方程的Lie对称性与守恒量

研究Chetaev型约束力学系统Appell方程的Lie对称性和Lie对称性直接导致的守恒量.分析Lagrange函数和A函数的关系;讨论Chetaev型约束力学系统Appell方程的Lie对称性导致的守恒量的一般研究方法;在群的无限小变换下,给出Appell方程Lie对称性的定义和判据;得到Lie对称性的结构方程以及Lie对称性直接导致的守恒量的表达式.举例说明结果的应用. 关键词： Appell方程 Chetaev 型约束力学系统 Lie对称性 守恒量     

LEPAGE EQUIVALENTS OF SECOND-ORDER EULER–LAGRANGE FORMS AND THE INVERSE PROBLEM OF THE CALCULUS OF VARIATIONS

In the calculus of variations, Lepage (n + 1)-forms are closed differential forms, representing Euler–Lagrange equations. They are fundamental for investigation of variational equations by means of exterior differential systems methods, with important applications in Hamilton and Hamilton–Jacobi theory and theory of integration of variational equations. In this paper, Lepage equivalents of second-order Euler–Lagrange quasi-linear PDE's are characterised explicitly. A closed (n + 1)-form uniquely determined by the Euler–Lagrange form is constructed, and used to find a geometric solution of the inverse problem of the calculus of variations.     

Parallel finite element simulations of incompressible viscous fluid flow by domain decomposition with Lagrange multipliers

A parallel approach to solve three-dimensional viscous incompressible fluid flow problems using discontinuous pressure finite elements and a Lagrange multiplier technique is presented. The strategy is based on non-overlapping domain decomposition methods, and Lagrange multipliers are used to enforce continuity at the boundaries between subdomains. The novelty of the work is the coupled approach for solving the velocity–pressure-Lagrange multiplier algebraic system of the discrete Navier–Stokes equations by a distributed memory parallel ILU (0) preconditioned Krylov method. A penalty function on the interface constraints equations is introduced to avoid the failure of the ILU factorization algorithm. To ensure portability of the code, a message based memory distributed model with MPI is employed. The method has been tested over different benchmark cases such as the lid-driven cavity and pipe flow with unstructured tetrahedral grids. It is found that the partition algorithm and the order of the physical variables are central to parallelization performance. A speed-up in the range of 5–13 is obtained with 16 processors. Finally, the algorithm is tested over an industrial case using up to 128 processors. In considering the literature, the obtained speed-ups on distributed and shared memory computers are found very competitive.