轴对称体的局部空泡流研究

在流体为无粘不可压和流动有势的假定下 ,研究了轴对称体的定常局部空泡流 .空泡尾流采用压力恢复模型 ,应用高阶有限元离散的边界积分方程方法 ,求解给定空泡数下的解 .探讨了空泡形状与空泡数的关系 ,以及尾流模型参数对结果的影响 .典型算例的计算结果与试验数据及其他数值结果吻合很好     

计算体积分数函数的Youngs不分裂算法

为提高有交界面流动问题的计算精度 ,通过引入不分裂的界面推进 ,对现有的 Youngs算法 (流体体积法的一种 )进行改进 ,推导其算法公式。在此基础上 ,分别用 Donor-Acceptor算法、分裂和不分裂的 Youngs算法计算典型算例。几种计算结果比较后表明 :不分裂 Youngs算法在空间和时间上都具有较高精度 ,能够更有效地跟踪流体界面     

直角坐标系下三维轴对称非齐次不可压缩MHD方程的基本能量估计

考虑到三维轴对称非齐次不可压缩MHD方程的基本能量估计对后续解的存在性的证明至关重要,为了使其适用范围更广,在柱坐标下的MHD方程基本能量估计的基础上,通过移除其柱对称条件,在直角坐标系的情况下,给出了MHD方程基本能量估计中每一个子项的详细推导过程,充分利用MHD方程在直角坐标系下的质量守恒公式和不可压缩条件,最终推导得到MHD方程在直角坐标系下的基本能量估计.     

轴对称体空泡流的噪声特性与空泡界面瞬态特征

在空泡流发展的各个阶段 ,空泡呈现各种不同的流动特性和界面特征 ,且空泡流噪声与其界面的流动特征具有强烈的相关性 .本试验通过对半球头和 45°锥头轴对称体空泡流噪声测量和观察 ,运用总声级分析了空泡流发展各阶段的噪声特性 ,并与高速摄影记录的相应空泡界面特征进行比较后发现 ,空泡界面瞬态特征的演化将导致空泡流噪声总声级随空泡数演化趋势的变化 ,并参考二维空泡流归纳了轴对称体空泡流的瞬态特征     

不规则区域中可压缩流动的数值模拟

将不可压缩流动的SIMPLE算法推广到可压缩流动的计算中。将二维直角坐标系和轴对称坐标系下的可压缩流动的控制方程用统一的方程式表达,在贴体网格中利用有限体积法进行离散,编制了通用的求解程序。对带有凸包的通道可压缩流动和轴对称坐标系下的马赫反射问题进行了数值模拟,得到的结果与相关文献中的结果吻合,表明了所提算法的正确有效性。     

圆柱-圆锥型喷水孔的流体动力特性

为研究圆柱-圆锥型喷水孔的流体动力特性,采用不可压缩二维轴对称N-S方程,利用“RNG”k-ε湍流模型与VOF多相流模型和有限体积法对高压高速自由射流场进行数值模拟.模拟结果表明,对于入口转角为直角的轴对称喷水孔口,水在孔口入口处与壁面分离并开始收缩,收缩后的水针与孔口壁不再接触,两者被逆流而上的空气隔开.收缩水针所表现出来的流动特性符合水刺生产要求.通过数值模拟,了解了喷水孔内外流场的流动状态以及流场各参数在空间的变化规律,为喷水孔的设计与选择提供计算依据.     

小韦伯数下小球入水的数值分析

为了能准确预测壁面湿润性对固体入水的影响,使用二维轴对称模型和动网格技术模拟了疏水小球低速竖直入水实验,使用用户自定义函数(UDF)加入动态接触角模型来处理壁面湿润性.气液界面的捕捉采用流体体积(VOF)法,界面重构应用Compressive方法.首先模拟了小密度超疏水小球入水实验以验证小球受力计算的准确性,然后针对3种不同空泡类型实验进行数值模拟,模拟结果与实验符合较好,并数值分析了入水初速度的改变对入水过程的影响,对于shallowseal空泡,无量纲闭合时间与韦伯数可用二次曲线精确拟合.     

绕细长体空化器的垂直超空化流分析

对于绕轴对称细长体空化器的超空泡流问题,提出了一种积分方程方法.用奇异性离散化方法对积分方程进行了求解.在垂直来流时,考虑了Froude数对定常和非定常超空泡长度和形状的影响;比较了不同形状细长空化器的超空泡长度和横截面尺寸.应用时间有限差分离散化方法,计算了空化数变化时超空泡形状和长度的非定常变化.计算表明,空泡的形状变化具有时间滞后性和波动性.用Logvinovich空泡横截面独立膨胀原理对扰动波形沿空泡表面的传播过程作了定性分析.     

变攻角圆盘空化器生成自然超空泡数值模拟

基于结构化网格,运用N-S方程及k-ε湍流模型对均质流场求解,引入Rayleigh-Plesset方程模拟超空泡问题.对三维圆盘空化器在不同空化数情况下进行超空化流动数值模拟.将三维无攻角圆盘空化器的仿真结果与经验公式进行对比,二者具有良好的一致性.并且解决了带攻角圆盘空化器生成超空泡的数值模拟问题,详细分析了不同攻角圆盘空化器生成自然超空泡的形态特征以及升阻力特性.     

基于改进IMK恢复力模型的 钢筋混凝土柱参数识别与应用

提出了一种利用钢筋混凝土柱拟静力试验数据识别改进IMK模型骨架曲线参数,进而提高钢筋混凝土框架结构非线性模拟精度的方法.通过引入可抗差的基于奇异值分解的无迹卡尔曼滤波算法(抗差SVD-UKF算法),抑制观测值粗差对参数识别的影响,采用粒子群算法对初始协方差矩阵、过程噪声矩阵和测量噪声矩阵进行自动寻优,在MATLAB中实现了柱滞回特征正负向对称与非对称两种情况下改进IMK恢复力模型骨架曲线参数的识别.钢筋混凝土柱实测滞回曲线的模型骨架曲线参数识别结果及其在框架结构非线性模拟中的应用结果验证了本文方法的有效性.     

Interaction between microbubble and elastic microvessel in low frequency ultrasound field using finite element method

The interaction between microbubble and elastic microvessel wall has been hypothesized to be important in the mechanisms of therapeutic ultrasound applications.In this study,a 2D axisymmetric finite element numerical model is established to study the interaction between elastic microvessel wall and oscillating microbubble in low frequency ultrasound field using fluid solid interaction method.The numerical results show that the bubble oscillation induces the vessel wall dilation and depression.The von Mises stress distribution over the microvessel wall is heterogeneous and the maximum value of the midpoint on the inner vessel wall could reach 0.23 MPa and 1.32 MPa under PNP 0.2 MPa and 0.5 MPa,respectively.When the bubble collapses,the circumferential stress decreases rapidly and the transmural pressure increases dramatically.Noticeably,the circumferential stress becomes compressive with the maximum magnitude 1.83 MPa under PNP 0.5 MPa,larger than the maximum tension value.It is possible that the rapid compression stress during bubble collapse plays important role in mechanical effect on microvessel wall endothelial lining disruption.     

气泡堆积法生成曲线多边形区域非结构化网格及其应用

对气泡堆积法进行改进,发展了一种基于气泡堆积法生成曲线多边形区域非结构化网格的算法,将曲线边界映射为直线完成气泡添加和位置动态调整,再通过弧长参数化的方法将气泡位置映射回曲线边界,避免了移动调整过程中气泡偏离曲线的问题.提出了一种简便的判断点在复杂曲线多边形区域内的方法,简单且易于编程.通过添加不同大小的顶点气泡以及在内部设置人工点源,利用加权平均法实现了网格的局部加密.应用基于非结构化同位网格的SIMPLE算法对环扇形空腔顸盖驱动流进行了数值模拟,不同雷诺数下的计算结果与文献结果吻合较好.     

拟协调轴对称三结点退化壳单元

结合拟协调有限元方法和退化壳有限元概念,构造了一个轴对称三结点退化壳单元,采用了整体,局部和等参三个坐标系,使用与拟协调单元列式方法等效的基于胡－鹫津广义为分原理的杂交／混合单元列式方法构造轴对称三结点退化壳单元;使用相同的等参坐标插值来假设应力和应变,插值既考虑到低阶项的完备,又借鉴了拟协调九结点四边形爱化壳单元的结构经验。为了确定应力应变的插值形式,进行了多次数值试验和单元刚度矩阵的特征值分析     

Two-dimensional investigation of forced bubble oscillation under microgravity

Recent referential studies of fluid interfaces subjected to small vibration under microgravity conditions are reviewed. An experimental investigation was carried out aboard the American Space Shuttle Discovery. Two-dimensional (2-D) modeling and simulation were conducted to further understand the experimental results. The oscillation of a bubble in fluid under surface tension is governed by the incompressible Navier-Stokes equations. The SIMPLEC algorithm was used to solve the partial differential equations on an Eulerian mesh in a 2-D coordinate. Free surfaces were represented with the volume of fluid (VOF) obtained by solving a kinematic equation. Surface tension was modeled via a continuous surface force (CSF) algorithm that ensures robustness and accuracy. A new surface reconstruction scheme, alternative phase integration (API) scheme, was adopted to solve the kinematic equation, and was compared with referential schemes. Numerical computations were conducted to simulate the transient behavior of an oscillating gas bubble in mineral oil under different conditions. The bubble positions and shapes under different external vibrations were obtained numerically. The computed bubble oscillation amplitudes were compared with experimental data.     

Constrained oscillation of a bubble subjected to shock wave in microvessel

A three-phase coupled model of the gas–liquid–solid oscillation system is established to analyze the oscillation characteristics of a bubble inside a micro blood vessel with various radii and its shape changes with different interface boundaries. The results show that unlike the spherical symmetric oscillation in an unbounded fluid, the oscillating bubble has significant asymmetric characteristics under the constraint of a flexible microvessel, especially while its radius reduces to the same order of magnitude as that of the bubble. Moreover, the variation of microbubble motion, whether the geometric shape or oscillation feature, exhibits obvious differences in the micro blood vessel compared with the rigid wall. The reasons behind these phenomena are analyzed in this paper. The conclusions have significant importance in the understanding of the mechanism of microvessel injury in ultrasound therapy.     

T型微通道内气泡生成大小影响因素研究

采用流体体积函数（VOF）方法,对T型微通道中气泡形成过程进行数值模拟研究,根据气泡形成机理,分析了气液流速、流体性质和微通道尺寸等因素对生成气泡大小的影响。研究结果表明,T型微通道内生成气泡长度随气体份额的增加呈指数增加趋势,而在相同气体份额下气液流速对气泡长度影响不大;比较而言,液体粘度和表面张力对生成气泡大小的影响较小,当液相表面张力从0.072 N·m-1降低到0.01 N·m-1时,T型微通道内生成气泡的长度减小了18%,主要是因为在阻塞阶段,最大颈部宽度和塌陷时间减小了;气泡长度随微通道直径的增加而增大,而气泡的无量纲长度基本不受微通道直径的影响。     

金刚石压腔结合高速录像进行气–液体系中气相溶解、出溶动力学原位研究

利用水热金刚石压腔原位观测优势,结合显微镜高速录像技术,进行空气–H2O体系中气相溶解和出溶动力学实验研究.实验对金刚石压腔体系气泡生长、溶解过程进行原位实时记录,根据录像文件分解的照片来精确确定反应时间和温度,利用照片所记录的气泡半径随时间的变化来推算其体积生长参数和溶解程度.气–液相均一体系降温可促使气泡出溶,降温...     

真空预压与电渗固结联合加固技术的理论模型

真空预压和电渗固结是2种有效的软基加固技术,地基处理中阴极和阳极一般成梅花形布置,因此可以简化为轴对称问题进行研究。该文建立了真空预压-电渗固结问题的轴对称概化模型,研究地基加固过程中地基内超静孔压发展和地表沉降过程。在等应变假设的条件下,推导了轴对称一维模型的解析解。同时发展有限元计算软件,对软基加固过程进行数值模拟分析。真空预压、电渗固结和真空预压-电渗固结联合3种方法地基处理过程中的超静孔压发展情况的对比分析表明:真空预压-电渗固结联合时模型中负超静孔压最大,达到-90kPa,所产生的差异沉降最小,为0.01cm。因此,真空预压与电渗固结联合作用时地基中将形成更大的负超静孔压,达到更好的预压效果,同时有效地减小地表的差异沉降。     

黏弹性材料纳米压痕测试及接触形貌的影响

利用纳米硬度计测量聚氯乙烯(PVC)的力学性能,用有限元软件仿真了实测过程,比对实验和仿真数据,得出有限元法研究黏弹性材料纳米压痕实验的可行性结论.据此针对不同尖端曲率半径的圆锥形压头,模拟纳米压痕测量过程,结果显示:在黏弹性材料纳米压痕实验中硬度测量值随压入深度的增加而减小,随尖端曲率半径的增加而增大.最后引入压头表征尺寸概念,针对表征尺寸与表面粗糙度参数在同一数量级以及表征尺寸远小于表面粗糙度参数这两种情况分别进行仿真,结果表明:接触零点在峰顶或谷底时的硬度测量值会相应地偏小或偏大,并且硬度测量值的偏差随纹波间距和轮廓最大高度的增加而增大.