船与桥墩相撞后的二维流体动力学数值模拟研究

将不可压缩Navier-Stokes方程与浸入边界法相结合,研究在流体中平面运动的物体(船)绕另一个静止物体(桥墩)的二维运动过程,分析船所受到的流体阻力、升力以及受流体作用后船的运动轨迹。结果表明在船绕着桥墩运动的初期,升力和阻力曲线出现有限振幅的起伏现象,不久,船的升力和阻力系数逐渐趋向稳定,做周期性小幅振荡。船的顺时针方向角速度受水流作用逐渐变小,然后变为逆时针方向。最后船的尾部远离桥墩,表明不会与桥墩二次碰撞。船的运行轨迹与实船实验的结果非常接近。     

基于浸入边界法的二维流场数值模拟

采用浸入边界方法进行了圆柱绕流的数值模拟.浸入边界方法是通过在Navier-Stokes方程中加入一项体积力,以满足物面边界的无滑移条件.整个流场在笛卡尔网格上求解,物面边界用均匀分布的拉格朗日点表示.拉格朗日点上的力通过离散了的Navier-Stokes方程求解后再分布到周围的网格点上.在有限差分法的基础上利用浸入边界方法分别计算了Re=40和Re=100时圆柱绕流,并将升力系数,阻力系数,斯特鲁哈尔数等结果与文献中的数值和试验结果进行了比较.     

基于浸入边界法和流体体积法的黏性二相流模型对含障碍物溃坝的数值模拟

采用了一种基于浸入边界法(IBM)和流体体积法(VOF)的黏性二相流的数值模型。基于该模型对带障碍物的溃坝这个经典的问题进行了数值模拟,将数值模拟结果与其他研究者的试验及模拟结果进行了对比分析,验证了该数值模型的有效性和实用性。     

基于流体体积法和浸入边界法的粘性二相流模型对带障碍物溃坝的数值模拟

本研究提出了一种基于浸入边界法（IBM）和流体体积法（VOF）的粘性二相流的数值模型。其中,IBM用于处理流体中的固体边界的影响,VOF用来捕捉自由液面。由于自由液面处流体的密度和粘性系数是变化的,所以,在流场控制方程中将密度和粘性系数也当作变量来处理。基于该模型,对带障碍物的溃坝这个经典的问题进行了数值模拟,并将数值模拟结果与其他研究者的试验及模拟结果进行了对比分析,验证了该数值模型的有效性和实用性。     

喷流与超声速主流粘性干扰流场的数值模拟

采用二维雷诺平均Navier-Stokes(N-S)方程时具有声速喷流的超声速主流干扰流场进行了数值求解。N－S方程的无粘项采用有限体积法在非结构网格上进行空间离散,通量分裂采用二阶精度的Vanleer格式,紊流粘性系数采用Bald-win-Lomax二层代数紊流模型计算。对当地时间步长进行了粘性修正,并发展了一种基于线化流量的逆风隐式格式以提高求解效率。     

八元瓜环与N-苄基六次甲基四胺盐酸盐包结配合物的二维核磁共振研究

利用1H NMR及二维核磁共振谱NOESY和ROESY,对八元瓜环(Q[8])与N-苄基六次甲基四胺盐酸盐(M)相互作用的模式进行考察,结果表明两者形成包结比为1∶2的主客体配合物,两个客体分子的苯环部分进入瓜环的腔内,而六次甲基四胺部分处于瓜环的两个端口。     

基于浸没边界和格子玻尔兹曼的流固耦合算法

为将格子玻尔兹曼方法(LBM)用于土木工程结构的气动弹性计算,提出了一种基于浸没边界-格子玻尔兹曼(IB-LB)方法的流固耦合算法.该算法在多松弛时间格式的格子玻尔兹曼框架下构造大涡模拟作为流场求解器;采用龙格-库塔法求解结构运动方程.为满足流固耦合面的无滑移性并提高算法的计算精度,采用一种迭代格式的浸没边界实施流固耦合面的数据交换.基于流固耦合算法编制分析程序对矩形断面的横向风振和福斯桥的颤振等气动弹性问题进行了模拟.与现有试验及数值结论的对比分析表明:本文算法可以较准确地预测矩形断面的涡振锁定风速、驰振临界风速及福斯桥的颤振临界风速.     

无单元伽辽金法求解不可压Navier-Stokes方程

用无单元伽辽金法(EFGM)求解了不可压的Navier-Stokes方程,由加权残值法推导了系统无单元伽辽金法离散的Navier-Stokes方程,在时间域上采用分步格式计算,使速度和压力采用同阶线性插值并由相互独立的方程以解耦的形式求解,在每一时间步中,对压力解和速度解采用了Newton-Raphson迭代法进行修正、最后将所得到的方法应用到Couette流中,验证了本文方法的有效性。     

刚体-流体耦合运动的浸入边界法研究

为避免复杂贴体网格的生成和动、静界面滑移网格技术插值带来的误差,提出采用浸入边界法模拟流体刚体的耦合运动.借助求解不可压缩N-S方程组的分步投影方法的思想,来求解基于浸入边界法的耦合系统方程.其中刚体边界离散点的作用力密度通过强制满足刚体边界的无滑移条件（位移和速度一致）导出,结合刚体定轴旋转的动量矩定理,采用Newmark时间积分方法,实现对刚体运动特性的预测.同时,通过δ光滑函数,将刚体边界离散点的作用力密度转换到流体的欧拉网格点上,实现对流场速度的修正.在空间离散上,对流项采用Quick迎风格式,扩散项采用中心差分格式,采用2阶显式Adams-Bashforth法离散时间项.以雷诺数为300的圆柱绕流为基准数值算例,验证数值计算结果的可靠性.      

船桥碰撞中桩土相互作用模拟方式的影响分析

为研究船桥碰撞模拟中的桩土相互作用问题,本文建立了单桩-土-船舶高精度碰撞有限元模型,采用桩底固结、土弹簧以及无反射边界模拟桩土相互作用,并计算了船舶撞击力以及船撞作用下桩基的位移响应。计算结果表明,当桩基固结深度大于5倍桩径时,船舶撞击力趋势与其他模拟方式计算结果区别较大,在撞击过程中撞击力出现卸载现象,说明船舶与桩基之间出现了一次逐渐脱离的状态。无反射边界条件模拟得出的撞击力与结构位移响应均最小,土弹簧计算结果居于固结模拟与无反射边界模拟计算结果之间。通过分析,结构动力响应不仅与最大船撞力、平均船撞力相关,且与船撞力时程持续时间有关,当无详细地质资料时,可采用3倍桩径固结深度对桩底固结,所得动力响应偏安全,可满足工程应用需要。     

求解不可压Navier-Stokes方程的三阶精度投影方法

在数值模拟不可压缩流动中,投影方法得到了越来越广泛的应用,一般认为,目前的投影方法在时间方向上仅仅停留在二阶精度.该文通过分析发现,压力更新公式在高阶投影方法的构造中具有非常重要的作用,它不仅影响压力的精度,同时还影响格式的稳定性.在此基础上结合相容的压力更新公式,提出了三阶精度的投影方法.正则模态分析的结果表明,该文提出的投影方法速度具有三阶精度.当采用相容的压力更新公式时,压力也具有三阶精度,而且格式是稳定的; 而采用传统压力更新公式,压力在边界附近只有二阶精度,且格式不稳定.数值结果验证了上述结论.     

不可压流动的二阶迭代投影法

投影方法的计算,需要引入一个中间速度场及相应的人工边界条件,因而带来了分裂数值误差和数值边界层.为了解决这些不足,提出了一种迭代投影方法.在每个时间步,采用投影方法作为该方法的子迭代过程,当迭代收敛时便构成了完全耦合的数值方法.既然中间速度场是对真实速度场的逐步逼近,因此,就无需人工边界条件,或者说人工边界条件即为物理边界条件.数值试验表明: 迭代投影方法可以显著地减小数值边界层; 经过1～4次迭代后,速度和压力在时间方向上都可以达到二阶精度.     

基于并行算法的双层储液容器碰撞冲击响应分析

双层储液容器相比于单层储液容器在抗碰撞冲击方面有着更加良好的性能.采用多物质ALE有限元方法和流-固耦合均衡分区并行计算方法,模拟计算了单/双层储液容器在与地面碰撞冲击时储液容器的动态响应,仿真计算结果为双层储液容器的设计提供了参考依据.最后比较了坐标递归对分和流-固耦合均衡分区两种并行算法对并行效果的影响.结果表明,后者比前者有着更高的加速比和并行效率.     

稳态不可压N-S方程的一个耦合边界条件

利用Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ（Ｎ－Ｓ）方程与Ｏｓｅｅｎ方程的耦合，设计出了原始变量下稳态不可压Ｎ－Ｓ方程在出流边界上的一个耦合边界条件。数值结果表明，耦合边界条件比Ｄｉｒｉｃｈｌｅｔ边界条件要精确得多。     

与密度相关的Navier-Stokes方程的数值模拟

利用有限差分理论,研究了二维与密度相关的非定常不可压缩常粘性的Navier-Stokes方程的数值理论,模拟了流场动态形式,得到相关的流场图.     

关于不可压流体Navier-Stokes方程的四阶精度有限差分紧致格式的边界处理

给出了与内点四阶精度有限差分紧致格式相对应的Navier—Stokes方程中的对流项和扩散项以及连续性方程和压力Possion方程在边界处的有限差分紧致格式的表达式，并以Taylor涡和方框流为算例，所得的结果表明所用的边界格式确有较高的精度．