求解不可压缩流动的分步有限元格式

提出求解不可压缩 Navier- Stokes方程的分步有限元格式 ,该格式没有高阶微分项产生、程序编制简单 ,适用于非线性的多维复杂流动。应用该方法实际模拟了二维圆柱绕流的旋涡形成与脱落过程 ,得出了不同 Re情况下圆柱绕流的流速分布。计算得到的不同 Re下的旋涡脱落频率(Strouhal数 )与前人已有的经典解答符合良好     

透平叶栅大攻角流动特性的三维数值模拟

应用新型 L U隐式格式和改良型高阶 MU SCLTVD格式 ,通过求解全三维可压缩 Reynolds平均的Navier- Stokes方程和 q-ω低 Re双方程湍流模型 ,对一种透平叶栅在 - 6 0°到 35°攻角范围内的流动进行了计算。对不同攻角下叶栅内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明 ,该方法不仅可以准确地捕捉叶轮机械内部流动中出现的激波与边界层、激波与尾迹相互干扰等流动现象 ,而且也适用精确模拟不同工况下 ,特别是大攻角工况下带有分离流和强二次流情况下叶轮机械内部更加复杂的流动。     

旋转同心圆筒间Couette-Taylor流动的数值模拟

通过求解三维不可压缩流Navier Stokes方程 ,数值模拟了旋转同心圆筒间的Couette Taylor流动问题 .计算预测了流动失稳的临界Reynolds (Rec)数及相应的空间失稳波长 ,与已有的实验结果相符很好 .同时 ,还计算显示了复杂的流场结构 ,结果表明 ,当Re小于Rec 时 ,流场为二维结构 ;当Re数增大到Rec数之后 ,流场发展成三维定常流动结构 ;当Re数进一步增大 ,流场演化为三维非定常流动结构     

黏弹性效应作用下Taylor-Couette流动转捩的直接模拟研究

本文通过高精度谱方法的直接数值模拟研究了黏弹性Taylor-Couette(TC)流动的转捩问题.通过以下3种方式考察了流体惯性和弹性效应相对强弱的变化对TC流动转捩的影响:(1)增大雷诺数Re(即惯性效应),保持Weissenberg数We(即弹性效应)不变;(2)增大Re,保持弹性数E=We/Re(即弹性和惯性效应比)不变;(3)保持Re不变,增大We.计算重现了黏弹性TC流动的多种典型流态,包括旋转驻波流态、轴对称的振动条带、非轴对称的振动条带和类行波流态.此外,发现了一种间歇孤立波流态,该流态含有明显的间歇性拟序结构,在径向速度u_r的时空图中表现为周期性间歇出现、局部集中的强烈径向内/外流.本文还考察了参数空间中起点和终点相同的3条路径上的转捩过程,对比分析了这些路径终点的流态特征,据此发现了在历经不同路径出现的多态现象.     

基于高阶谱差分和嵌套网格方法的三维无粘流动数值模拟

数值方法采用高阶谱差分格式,单元边界上的通量采用基于Roe格式的近似黎曼解,在嵌套网格上求解三维Euler方程.嵌套边界上使用了一种高阶紧致的插值格式.对三维亚音速定常无粘流动进行数值模拟,使用嵌套网格与单块网格得到的计算结果吻合很好.     

圆柱绕流的三维数值模拟

利用计算流体力学软件CFX－4,对粘性不可压缩流体的圆柱绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩Navier-Stokes方程,模拟雷诺数在亚临界区内的绕流流动,并计算了流体的水动力特性。为克服数值模拟高雷诺数时的数值不稳定性,计算中采用了QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度,圆柱两端边界采用周期性边界条件。计算结果表明,高雷诺数时圆柱周围的流动具有明显的三维特性,且沿柱长方向不同断面的升力和阻力系数并不相同。同时,对圆柱绕流进行了二维数值模拟,并与三维数值结果进行比较,发现三维模拟的升力和阻力系数均小于二维模拟。     

叉排玻璃球(20mm)多孔介质内流态特征的实验研究

利用叉排20 mm玻璃球床、折射率匹配技术、PIV技术截取流场中心图进行实验。用Tecplot软件得出Re=4.7至Re=857.8的流场、流线和等涡量线图。根据流场、流线及等涡量线的密集程度判断:流场在Re=4.7时,流动缓慢,从Re=23.3至Re=128.4,流动强度递增,形成四边形涡波区域,Re=128.4至Re=285.9流动逐渐增强;Re=285.9至Re=857.8,流动稳定;流线在Re=4.7至Re=81.7时,流线流动缓慢递增,在Re=128.4至Re=245.1,流线流动逐渐增强,形成海螺状图形,Re=326.8以后流动稳定;本实验结果对一般流动流态和多孔介质内流态演变研究都有促进作用,为流动区域划分研究起了重要参考作用。     

基于涡量-流函数法的曲面方腔顶盖驱动问题的数值研究

对几种不同几何构型下的曲面方腔顶盖驱动问题进行了数值研究。采用曲面上的涡量-流函数方法和曲线坐标系下的有限差分格式对曲面上的不可压缩流动Navier-Stokes方程进行数值求解。计算结果表明：在Re=100和Re=1 000下得到的稳态解与近期文献中基于原始变量的高阶曲面有限元方法所得的结果一致；在有限雷诺数下，正高斯曲率对漩涡有排斥作用，负高斯曲率对漩涡有吸引作用；曲面的曲率与涡量分布有复杂的耦合作用，可以造成更多漩涡结构的产生，且雷诺数越高，高斯曲率绝对值越大，几何效应越明显。     

单圆柱微通道内流动特性实验研究

采用Micro-PIV实验系统和压差测试系统,研究了含有单个微圆柱的通道内去离子水在10相似文献   

三维流动时间相关法数值计算

本文系研究采用显式差分方程时间相关法求解三维可压缩湍流的数值计算。它可应用于求解瞬态及准稳态流动。本方法具有程序编制简易和占用计算机内存少的优点，尤其后者对三维流动的求解是至关主要的。文中述及所采用差分格式的具体型式，推荐采用具有守恒和输运性质的第二迎风差分格式(亦称第二上风差分格式)作为对流项的差分格式。并对计算程序及其某些专门技术作了介绍。作为实际应用的示例，简示了求解四角喷燃锅炉炉膛的瞬态冷炉空气动力场的计算流态。     

奇性方腔黏性流动的完全高精度紧致差分方法

以涡量流函数形式的Navier-Stokes(N-S)方程为例,详细介绍了构造完全高精度紧致差分格式的一般方法.所建立的高精度差分格式,无论是在计算区域的内点还是在边界点上均可以达到4阶精度,且具有紧致性,与已有数值实验结果相比只需要用很少的网格(61×61)就可以求得较高计算精度的数值解,从而大大节省了计算时间,提高了计算效率.     

对流扩散方程的拟谱格式稳定性分析及扩稳方法

针对拟谱方法在高雷诺数下的格式非稳定性问题,通过特征分析及算例验证系统研究对流扩散方程的拟谱方法稳定性,重点采用罚方法处理边界条件来拓宽稳定性范围.研究表明:拟谱方法在处理强约束边界条件时稳定性条件苛刻,是无法计算高雷诺数问题的根本原因;罚方法处理后的边界条件问题可以将拟谱方法的稳定范围扩宽1～3个数量级,极大地提高了拟谱方法所能求解的雷诺数上限;此外,罚方法还能保持拟谱方法的高精度优点,对减少计算时间亦有裨益.研究工作对流动传热传质方程的拟谱格式的数学特性分析及设计具有理论指导意义.     

非定常Navier-Stokes方程的一种非线性局部投影稳定化有限元方法

针对非定常Navier-Stokes方程,本文提出了一种基于非线性对流项和压力梯度的局部投影稳定化有限元方法.该方法在空间上采用等阶有限元,时间上采用隐式有限差分.本文建立了非定常Navier-Stokes方程的全离散数值格式,进而分析了离散解的稳定性和收敛性.值得注意的是,该方法中得到的误差估计随着流体雷诺数的增大依然有效.     

三维低雷诺数后台阶流动的Lattice Boltzmann Method模拟

Lattice Boltzmann Method (LBM) 是近年来兴起的新型流体计算方法,该方法已成功应用模拟各工程中的流体流动.本文利用该方法研究在低雷诺数的不同雷诺数下三维后台阶流动的计算,并与前人的研究结果进行了比较,计算表明:与传统的计算流体力学方法相比,该方法具有极易处理复杂的边界条件和卓越的并行计算性能.已证明该方法在模拟恒温、不可压和低雷诺数条件下的流体流动时,有非常好的计算精度.     

二维非定常有涡流动的数值模拟方法

为有效地模拟二维有分离现象的粘性流动,发展了求解涡量流函数方程的数值方法。对涡量输运方程的时间项运用四阶Runge-Kutta法离散,从而将方程分解为4个计算步分别求解。在每一计算步对方程进行Steger-Warming近似因式分解,从而使涡量的计算在空间的两个方向上分别进行。对流项采用Chakravaythy-Oscher总变差减少(TVD)格式离散。流函数的Poisson方程运用Tschebyscheff SLOR方法交替方向迭代求解。运用该方法对突然起动圆柱和高雷诺数时弯曲薄翼的非定常有涡流动进行了数值模拟,并将计算结果与其它方法的计算结果和试验结果进行了对比,结果表明本方法具有精度高、数值稳定性好和计算效率高的优点。     

流体润滑轴承静动态特性的有限分析法

用有限分析法推导出流体润滑轴承的静动态雷诺方程的计算公式。公式表明，有限分析解比有限差分法和有限元法更为精确、合理。同时，在单元上可对其直接求偏导数，有利于提高动特性系数的计算精度。算例表明，在偏心率ε较大时，有限分析法仍具有稳定的计算精度     

大雷诺数流场中纤维层压力损失的计算

许多研究者对纤维层的压力损失进行了大量的研究，并取行了良好的结果。不过，这些研究均是假定气流为小雷诺数流，即层流，而在工业应用中，无纺纤维层常常在大雷诺数流中运行。作者给出了大雷诺数流场中单位长度纤维上无量纲流体阻力的定义式，并用类比法求得了这种无量纲流体阻力和纤维层压力损失的计算式，最后用实验证实了这些研究结果。     

非定常Navier-Stokes 方程基于H（div）型有限元的涡旋黏性法

本文将子格涡旋黏性思想与H（div）型有限元逼近（比如RT元和BDM元）相结合, 对不可压非定常Navier-Stokes方程提出了一种新的稳定化有限元格式. 这种格式不仅满足守恒条件, 而且克服了对流占优所引起的震荡. 然后通过半离散有限元格式, 得到了与约化雷诺数相关与雷诺数无关的误差估计.