基于物理的不可压缩流体动画模拟

在计算机动画领域中,经常需要对流体进行模拟,基于物理的流体模拟已成为目前的一个研究热点.纳维-斯托克斯方程组（Navier-Stokes Equations,NSE）能够完整的描述流体运动,对它的求解直接影响流体模拟的效果.本文利用MAC（Marker And Cell）方法求解NSE,通过粒子来确定流体的运动状态,能够生成具有真实感的流体动画.     

随机2-维纳维-斯托克斯-伯格斯方程的不变测度的存在性

在具有光滑边界的有界区域D(∈) R2上,讨论了不可压缩流体的随机2-维纳维-斯托克斯-伯格斯方程du=(△u+1/2▽u2+(u·▽)u)dt+dW(t),其中w关于时间是白噪声的,关于空间变量是尽可能一般的高斯型时-空随机向量场;利用Krylov-Bogoliubov判别定理证明了上述方程的不变测度的存在性.     

平面Poisseuille流动数值模拟方法的改进

改进了二维Navier－Stokes方程的谱方法求解过程．对于其中的四阶常微分方程研究出一种较有效的求解方法，既保证了相当高的精度，又有较快的求解速度．我们采用此方法计算了Tollmien-Schlichting波的发展过程．数值结果与理论值基本一致，证明该方法是行之有效的．     

微射流作动器外流场数值模拟

采用隐式高阶紧致差分格式结合Beam-Warming近似因式分解法术解全N—S方程，对二维、粘性、非定常、可压报作动器外流场进行数值模拟。内置似牛顿子迭代用来消除因近似因式分解、线性化、显式边界条件及隐式一边采用低阶空间离散所带来的误差，以提高精度。隐式高阶紧致差分格式具有高的精度和强的稳定性。与其它人工粘性方法相比，隐式高阶数值过浇方法，尤其对马赫数很低的流场计算有明显优越性。计算结果揭示了报射流的特点及其产生、发展与耗散的过程。     

硫系玻璃狭缝波导微环的模拟分析

硫系玻璃材料在中红外波段具有高的透过率,成为制备中红外光波导光学传感器的首选材料。为了提高光与待测物的作用,减小器件体积,优化设计并分析了硫系玻璃狭缝光波导微环器件。通过COMSOL软件对狭缝波导进行了建模,为了减小高折射率衬底的影响、减小电极材料对红外光的吸收并避免共振吸收,优化了下缓冲层厚度、上缓冲层厚度、电极厚度。采用优化的狭缝波导结构,设计了圆形和跑道型硫系玻璃狭缝波导微环谐振器,优化了微环谐振器半径,分析了品质因数、自由光谱区、以及谐振光场分布等性能参数。分析结果显示,圆形微环谐振器具有更高的品质因数(28452),谐振峰更加尖锐,对光的选择性更好;而跑道型微环谐振器的自由光谱区更小(6.2nm),用电极调节谐振峰的波长时,谐振峰更容易和气体的吸收峰对齐,更适合于红外气体检测。     

球阀流场的数值模拟与分析

首先应用前处理软件GAMBIT生成简化计算模型,并采用T-Grid格式划分网格,利用FLUENT软件,对球阀流场三维分离流动进行模拟．分析不同阀芯开口度下的阀门内部流场,并提出如下结论：球阀开口度为20°时在球阀内形成了漩涡流动,整个流场以回流为主,有一对大小相等方向相反的漩涡控制阎芯的流场;当球阀开口度继续增大时,漩涡尺寸随开口度增大而持续增大;当球阎开口度大于70°时,整个流动区域漩涡流动全部消失．球阀流量系数随球阀开口度的增大而增大并呈抛物线状,开口度越大,增长的速度越快．     

轴流式止回阀的数值模拟

根据轴流式止回阀的结构特点,利用Solidworks造型软件对其流道进行三维造型,将造型导入到ICEM中进行网格划分,利用FLUENT对止回阀的压力降特性和动态特性进行数值模拟,通过对计算结果的分析,得出轴流止回阀具有节约能源、可以减小水锤作用等优点;应用FLUENT对几种流速工况下的流动进行计算,并与试验结果作对比,结果表明两者比较接近,验证了CFD/CAD的结合在工程应用中的有效性。     

波纹管层流传热与流动的三维数值模拟

应用计算流体力学软件FLUENT对波纹管在层流情况下的传热与流动问题进行了三维数值模拟。所模拟的波纹管的母线由多段凹凸圆弧组成(半径分别为R1和R2),其公称直径为20mm,长度为2m。模拟了几何参数R1、R2对其传热与流动性能的影响。在模拟过程中压力-速度耦合选用SIMPLEC格式,压力方程的离散选用Standard格式,其他方程的离散均选用QUICK格式。结果表明:与光管相比,层流情况下波纹管能显著强化传热,在雷诺数(Re)相等情况下,波纹管的R1越大、R2越小时的强化传热效果越好;在几何参数相同情况下,Re越大,强化传热效果越好,在所研究的范围内,Nu最大增加了199.5%。同时,波纹管还具有良好的流动性能,大部分Re的范围内流动阻力系数小于光管的情况,并且随着Re的增大而逐渐接近于光管的摩擦系数。     

FLUENT在发动机工作过程数值模拟中的应用

利用CFD技术可求解流体的流动、传热、燃烧、多相流及化学反应等控制方程,且信息量大、费用低、周期短、效率高.FLUENT是应用面最广、影响最大的CFD软件.将FLUENT用于发动机工作过程数值模拟中,阐述其处理过程和求解步骤,为研究发动机工作过程的研究提供了一种方法.     

电子膨胀阀射流噪声数值模拟

应用Realizable k-ε湍流模型和Mixture两相流模型,对电子膨胀阀小开度下的二维流场进行了数值模拟,根据计算结果,使用宽频噪声计算方法得到了膨胀阀内流体噪声分布。对电子膨胀阀的改进模型进行了数值模拟,并对流体的速度场及其噪声辐射结果进行了分析,结果表明,阀口长度加长和阀口改为喇叭口结构可以减小射流噪声。     

Theoretical modeling of cutting temperature in high-speed end milling process for die／mold machining

A parametric model of cutting temperature generated in end milling process is developed according to the thermal mechanism of end milling as an intermittent operation, which periodically repeats the cycle of heating under cutting and cooling under noncutting. It shows that cutting speed and the tool-workpiece engagement condition are determinative for tool temperature in the operation. The suggested model was investigated by tests of A1TiN coated endmill machining hardened die steel JIS SKD61, where cutting temperature on the flank face of tool was measured with an optical fiber type radiation thermometer. Experimental results show that the tendency of cutting temperature to increase with cutting speed and engagement angle is intensified with the progressing tool wear.     

一种跳频系统下变长时隙传输的设计

为提高变长时隙下Turbo码的抗干扰传输能力,提出一种将Turbo码的编码符号通过跳间交织分散到时隙各个数据跳中的改进算法.算法提高了接收灵敏度,实现信息的无差错接收.通过实际系统验证了该改进算法性能优良.     

基于等差法与数值模拟的圆管拉拔配模方法

配模设计是拉拔工艺设计的核心,对保证拉拔质量和效率至关重要。基于等差外径减缩系数KD和壁厚减缩系数Ks的拉拔配模法（等差法）,提出一种等差法与塑性有限元数值模拟相结合的圆管拉拔配模方法。该方法包括：采用等差法进行初始配模设计;采用塑性有限元对初始配模设计进行数值模拟分析及评价;根据分析结果,调节配模参数,优化配模设计。采用此方法对某规格的铝圆管冷拉拔进行配模设计,并通过生产工艺验证。等差法与数值模拟相结合的圆管拉拔配模方法可有效地保证圆管拉拔配模设计的成功率。     

半固态镁合金压铸充型过程的数值模拟研究

在考虑半固态AZ91D镁合金充型过程的压力和速度变化特征的基础上,建立了模拟计算所需要的表观黏度数学模型。采用ProCAST软件,对半固态镁合金压铸充型过程进行模拟,预测卷气、夹杂物产生的可能性,以便优化其工艺参数和工艺方案。结果表明,与全液态镁合金充型过程相比,半固态金属充型平稳,模具寿命长,铸件质量好;改变内浇道和溢流槽的设置位置和数量,还可有效地减少铸件本身内部杂质,提高铸件质量。     

摆角铣头气体静压轴承的工程设计与数值模拟

对转速为1.6×105r/min的精密摆角铣头主轴系统的2种气体静压轴承,即双排孔圆柱轴承和闭式平面止推轴承进行设计研究.对两种气体静压轴承在不同节流方式、不同节流孔直径下的最佳气膜厚度和对应的最大刚度进行设计计算,得到该轴承结构参数对其刚度的影响规律.利用FLUENT软件对所设计轴承的气体流动状况进行数值模拟,得到偏...     

Effects of process parameters and die geometry on longitudinal welds quality in aluminum porthole die extrusion process

By using the rigid-visco-plasticity finite element method, the welding process of aluminum porthole die extrusion to form a tube was simulated based on Deform-3D software. The welding chamber height (H), back dimension of die leg (D), process velocity and initial billet temperature were used in FE simulations so as to determine the conditions in which better longitudinal welding quality can be obtained. According to K criterion, the local welding parameters such as welding pressure, effective stress and welding path length on the welding plane are linked to longitudinal welds quality. Simulation turns out that pressure-to-effective stress ratio (p/σ) and welding path length (L) are the key factors affecting the welding quality. Higher welding chamber best and sharper die leg give better welding quality. When H=10 mm and D=0.4 mm, the longitudinal welds have the best quality. Higher process velocity decreases welds quality. The proper velocity is 10 mm/s for this simulation. In a certain range, higher temperature is beneficial to the longitudinal welds. It is found that both 450 and 465 °C can satisfy the requirements of the longitudinal welds.     

交流电渗微泵理论模型与数值仿真

通过交流电渗流的产生机制及对非对称电极交流电渗微泵驱动原理的分析，建立了交流电渗微泵的物理模型和数学模型．根据微通道内电势分布满足Laplace方程，确定了交流电渗微泵微通道内电势及电场分布．并且利用设定的微通道内流场的边界条件，对Navier-Storks方程进行了数值仿真计算，获得了微通道内电渗流流场，分析表明其仿真计算与实验结果具有较好的一致性．从而验证了交流电渗微泵理论模型的正确性，为进一步研究和分析非对称电极交流电渗微泵提供了理论工具和仿真手段．     

自然通风冷却塔进风口流场模型的建立及计算

冷却塔的运行状况对电厂的经济性和安全性有较大影响.环境侧风严重影响冷却塔的冷却性能.以逆流湿式自然通风冷却塔为研究对象,建立了冷却塔进风口附近空气流动的数学模型和冷却塔内传热传质的物理模型.采用有限体积法进行了数值计算.得到了冷却塔进风口附近空气动力场的分布规律,同时进行了实型塔的现场测量,与模拟结果对比.该方法可定量评价冷却塔的运行状况,为冷却塔通风量和进风阻力的计算,以及冷却塔全面优化设计和改善冷却塔的冷却性能提供了理论依据.     

一维悬移质泥沙数值模拟及其应用

针对传统有限元方法在求解以对流作用为主的泥沙运动方程时所遇到的困难，应用特征有限元方法建立了一维悬移质泥沙对流扩散方程的数值模型并进行了误差分析．利用Matlab数值计算软件编程对水沙模型进行了数值计算，从数值解与解析解的对比以及对河津站1969～1999年实测数据的数值模拟结果可以看出：数值模型对河津站31年的含沙量有较好的模拟，所得数值模型可用于对含沙量较高河流在一段时间内进行模拟。     

直升机飞行动力学建模及仿真

为了在直升机飞行模拟器上实现虚拟驾驶,建立了六自由度的直升机动力学模型。该模型以拉格朗日方程为基础,以实时获取的驾驶杆状态信息为输入,对直升机受力进行了简化分析。采用龙格库塔法进行动力学模型的实时解算。最后通过与实际试飞数据比较以及仿真画面,验证了此动力学模型和仿真算法具有较高的可靠性,能更精确地对直升机机动飞行科目进行预先性研究。