带自由面流体运动的单相格子Boltzmann方法模拟

采用Thurey提出的单相格子Boltzmann方法模拟了带自由面流体的运动.它在标准的单相模型的基础上将每个格子标记为气体、液体或自由面.格子的类型通过计算格子间的质量通量来重新初始化.与多相模型相比,它不需要求解气相格子的运动,提高了计算效率.针对此方法,给出了一种来流和出流边界条件的提法.最后,计算了来流被竖直圆柱阻挡,破碎成两股后又接合起来运动的动态过程.结果表明,此方法能描述来流经圆柱后高度降低,并形成涡等现象.     

圆柱绕流的格子Boltzmann模拟

针对流体力学中模拟圆柱绕流的边界层内部流动问题,采用格子Boltzmann方法,用两个分布函数分别定义涡量和流函数,得到用两个格子Boltzmann方程建立的模型。以数值为例,圆柱绕流的数值模拟结果符合经典的理论结果。与直接模拟Navier-Stokes方程相比,该方法计算模型简单,分布函数简单,易于计算。     

用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题

用格子Boltzmann方法计算来流为水平剪切流的方柱绕流问题, 得到了在不同速度梯度条件下方柱绕流的流线和等涡线图. 发现在圆柱尾部形成两排涡, 当来流速度梯度较大时, 两排涡有很大的不同. 计算结果表明, 用格子Boltzmann方法计算剪切流的方柱绕流问题是可行的, 计算结果与理论分析相符.     

不可压缩绕流的并行格子Boltzmann模拟

应用并行格子Boltzmann算法分别对二维管道中方柱、 圆柱和NACA0012机翼绕流问题进行计算, 得到了在不同雷诺数、 不同时间步的流动结果. 计算结果表明, 并行算法的使用可增加流场的计算区域.     

一种曲边界处理的格子Boltzmann模型

本文提出了一种曲边界条件处理的格子Boltzmann模型.在模型中,计算边界点的平衡态分布函数由物理边界点的宏观量确定;计算边界点的非平衡态部分可由非平衡态外推方法与插值方法确定.对圆柱绕流进行了数值模拟,计算结果与前人结果吻合较好,表明该模型是可行有效的.     

一种隐式扩散浸入边界-格子Boltzmann方法及应用

结合格子Boltzmann方法和隐式扩散浸入边界方法,实现流体-固体耦合运动的求解。预测的速度和压力场可以通过格子Boltzmann方法快速求解,而流固耦合界面力由满足流固界面的无滑移边界条件隐式获得,固体边界节点与流场节点间的信息交换通过高阶导数光滑函数实现。该方法的主要优点是易于实施,效率高,并且减少了非物理振荡和非物理流线穿透。为了确定该数值方法的有效性,通过圆柱绕流和翼型绕流基准算例证实了该方法的可靠性;模拟不同雷诺数下被动旋转转子与流体的相互作用,进一步验证了该方法的鲁棒性。     

群体互扰下的风场绕流特性和风压分布分析

研究群体互扰下的风场绕流和风压分布问题.改进了流场模拟大涡模型的亚格子应力的湍动黏度,以改善大涡模型对壁面湍流的描述,在壁面处得到与直接数值模拟(DNS)相近的结果.基于此种改进的大涡湍流模型,在单物体和3个物体绕流情形下,分别选择结构刚性模型和弹性模型开展了流场和风压的数值模拟,得出相应的绕流特性和风压分布并与运用其他湍流模型的计算结果进行对比分析,以验证本文提出的改进技术.同时,计算表明,单物体和3个物体情形下的流场特性和风压分布显著不同.     

基于多松弛格子Boltzmann方法插值反弹运动边界研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,结合曲边插值边界处理方法,在固定笛卡尔坐标系均匀网格下,模拟了运动圆柱绕流问题.结合非平衡外推思想,提出了一种新的预估格点分布函数的方法:通过"圆柱表面垂直方向附近的流场内格点的密度和圆柱的速度"构造平衡分布函数,并将其作为新生成格点的分布函数.利用对绝对误差的频谱分析技术,与现有两种方法(基于平均和预估思想)对比结果显示:新提出的方法在具有更高的精度的同时,可以保证仅需要流体域内较少的流动信息,从而为流体内的颗粒碰撞等问题提供了有利条件.通过误差频谱结果,进一步对相应方法中的误差根源进行了讨论,为进一步改进方法提供了依据.对相同雷诺数下加大一倍流场区域的计算结果表明,加大网格可以减小升阻力误差在低频时频谱幅值.     

用格子Boltzmann方法计算电磁场中圆柱绕流的减阻问题

利用格子Boltzmann方法,模拟电磁场中的圆柱绕流过程,研究电磁力对圆柱所受阻力的影响,并分析了曲线边界处理方法和曲线边界受力的计算方法;计算得到了不同强度的电磁力作用下圆柱绕流的流线、等涡线及阻力系数.结果表明,电磁力能改变圆柱绕流的边界层结构,延缓边界层的分离,同时还能有效抑制旋涡的脱落,减少阻力.     

二维方腔内热表面张力流的格子Boltzmann方法模拟

热表面张力驱动的对流是微重力下浮区法晶体生长中熔体最重要的物质与热输运方式。采用单松弛双分布函数格子Boltzmann模型,自主开发了相应的格子Boltzmann方法的串行和MPI并行程序包,并应用该程序包对开口方腔内流体的二维热表面张力对流进行了数值模拟研究。其中串行程序合并碰撞迁移过程和引入临时数组以连续读入分布函数,相比分开碰撞迁移过程,计算性能提高了二倍;在此基础上,采用单向计算区域分区和非阻塞通信模式,实现了MPI版格子Boltzmann并行程序包开发。对比基于传统有限体积法CFD程序计算结果表明,串行和MPI并行版格子Boltzmann程序包计算结果精确可靠;并行程序具有较好的性能。     

水工闸门振动稳定性研究

水工闸门在启闭过程中或局部开启时,常发生振动,其中大振幅不稳定性振动或自激振直接影响闸门的安全运行。本文首先讨论水工闸门振动激励和稳定性类型,提出了负阻尼失稳和负刚度失稳两种形式,总结了平面闸门、弧形闸门、水力自控闸门等各类闸门的振动稳定性研究成果,分析了拓动失稳机制及各类失稳型式相互关系,提出了相应的稳定性指标,供工程设计参考,以便设计出无危害性振动的闸门。     

水工弧形钢闸门动力不稳定性研究

定量估计了3种情况下弧形钢闸门支臂动力失稳的可能性：小开度、支臂与面板联接处无切向位移与侧向位移,主梁相对挠度〈1／600。Iax〉Iay／3且闸门下游无旋滚时不会形成参数共振;大开度、支臂与面板联接处有侧向位移时,深孔弧形门容易引起参数共振,表孔弧形门不易形成参数共振;小开度．支臂与面板联接处有切向位移,两种负阻尼同时存在,若单位挡水面积上用钢置不足,有可能使负阻尼大于结构阻尼导致支臂动力失稳．给出了判断动力失稳所必须的弧形闸门结构阻尼比的原型观测结果,它表明表孔弧形闸门的结构阻尼比是很小的．     

轴向流中平行简支弹性薄板的大挠度流固耦合的数值模拟

分析研究了轴向流中简支弹性薄板大挠度流固耦合系统的振动响应和流场特性.板结构动力学方程采用基于位移的有限元法离散;流场采用二维不可压缩粘性流体N-S方程,并用有限体积法离散;在此基础上结合动网格控制技术,建立模拟双向流固耦合作用下轴向流中简支弹性薄板的二维数值模型.利用该数值模型得到了单块简支板随流速变化流致振动特性,研究了结构大挠度的振动稳定性,分别得到了Pitchfork分岔曲线和非线性系统结构的Hopf分叉曲线.通过轴向流恒定流速下不同间距的平行两块简支弹性薄板流固耦合的数值模拟得到了的流致振动特性.     

基于动网格技术楔形双闸板闸阀开启特性分析

为分析DN225型楔形双闸板闸阀开启过程中复杂的流态问题,得出其流态、阀后涡街等参数特性,通过Fluent流体动力学、动网格技术及用户自定义函数(UDF)的方法研究了楔形双闸板闸阀的开启过程。结果表明:在小开度情况下,喉口效应使得流态呈射流状态,涡流长度可达管径的7倍,并且随着闸板的开启,涡区呈长度缩短、高度减少的规律变化,最终涡区在闸板右上角消失,流体趋于稳态; DN225型楔形双闸板闸适合用作为开关阀,不适合用于调节。     

轴向流中固支弹性薄板的大挠度流固耦合系统的数值模拟

就轴向流中两端固支大挠度弹性薄板的流固耦合振动特性,固支薄板的结构动力学方程用有限元法离散,流场采用不可压缩的二维粘性流体(N-S方程)用有限体积法离散,结合ADINA中的流体单元划分技术,建立了双向流固耦合作用下轴向流中两端固支薄板的二维仿真模型.通过模拟仿真分析研究了给定不同流速下固支板的流固耦合振动特征和大挠度系统的振动稳定性.分别得出了不同流速下固支板中点的挠度—流速曲线、挠度时程曲线及挠曲线图.结果表明:当流速小于固支板的临界流速时,板将处于稳定的直线平衡状态;当流速大于固支板的临界流速时,板将在新的位置达到弯曲平衡状态,以及在弯曲平衡位置附近发生极限环振动.     

不同倾斜角新型板式换热器特性及场协同原理分析

通过三维CFD数值模拟软件ANSYS-CFX模拟分析一种新型波纹板式换热器——复合人字形板式换热器,分析其倾斜角β为20°～70°的传热和阻力特性,并对不同倾斜角的复合人字形板片进行场协同理论分析。数值计算结果表明:在β=60°时复合人字形板式换热器比普通人字形板式换热器的摩擦阻力系数低8%左右,综合性能提高25%左右;β=20°时速度场、温度场和压力场协同最好。     

双螺带-螺杆搅拌桨在不同流体中的搅拌流场特性

采用计算流体力学方法对双螺带-螺杆搅拌桨在层流域内的搅拌流场进行了数值模拟,考察流体为高黏牛顿流体和假塑性非牛顿流体数值模拟计算得到的功率值与实验测量值吻合较好;双螺带-螺杆搅拌桨的功率常数为162．7,Metzner常数为19．0;搅拌雷诺数以及流体的流变指数对非牛顿流体搅拌流场的无因次速度、循环量数均有不同程度的影响;与双螺带搅拌桨相比,双螺带-螺杆搅拌桨能在一定程度上提高全槽平均剪切速率和平均速度研究进一步认识了双螺带-螺杆搅拌桨的混合性能特点,为高黏流体搅拌桨的设计、应用以及开发新型搅拌桨提供了指导和参考     

薄板压铸件充型过程流场的数值模拟

压铸充型的流场数值模拟作为压铸模ＣＡＤ的一项重要内容，成为压铸行业科研的前沿课题。本课题以ＳＯＬＡ—ＶＯＦ方法求解不可压缩的粘性流体，开发了压铸二维流场的数值模拟程序。可以用它来模拟复杂薄板压铸件的充型过程。在边界条件处理时提出考虑边界能量损失的修正方法和自由表面压力边界条件简化处理方法。该程序可用来预测由于流动方式不合理产生的冷隔、裂纹、气孔等压铸件主要缺陷。适用于形状复杂的板状压铸件及某些三维薄壁压铸件。实际分析验证表明，运算结果与实测结果一致。     

一位量子逻辑门的物理实现

作者研究了自旋为1／2的粒子在随时间变化的磁场中的运动情况．该系统哈密顿量具有SU(2)代数结构．用代数动力学方法对此系统进行求解,得到了严格的解析解．基于严格解,就可构造一位量子逻辑门．通过调节磁场强度和频率,可以控制该量子逻辑门,实现一位量子逻辑门的任何操作．     

注塑模浇注系统的平衡分析与设计程序

本文提出了浇注系统的平衡分析与设计准则,建立了数学模型,编制了相应的计算程序,并给出了计算实例.