瞬态二维不可压缩流动N-S方程数值解

用有限元方法对粘性不可压缩流体做二维瞬态流的Ｎ－Ｓ方程的变形公式－流函数－涡量式进行求解,壁面上的涡量边界条件用时间迭代法加以确定。并分别对雷诺数Ｒｅ＝４００,８００,１０００时方腔驱动流上到了收敛的效果,所得流线图和速度矢量图均符合物理规律。说明本文所用方法正确,对分析其它流动问题有一定的参考价值。     

平壁附近钝体绕流的数值模拟

采用有限差分法,模拟粘性流绕平壁面附近的圆柱的流动。流动方程采用涡量-流函数形式。涡量输运方程采用ADI方法求解,流函数方程采用SOR方法求解。计算网格采用椭圆型贴体曲线网格技术数值生成。考察了缝隙比（e/D)对圆柱尾流的影响,得到了与实验基本符合的结果。     

透平动叶栅二次流涡系演变及气动特性的数值模拟

采用控制容积积分法和协调一致的求解压力耦合方程的半隐算法，数值求解了三维稳态时均N－S方程组，并应用可实现k-ε湍流模型，计算 低展弦比透平叶栅二次流涡系的演变特点及叶栅气动特性。计算结果与现有的试验结果吻合良好，表明所用的数值方法及湍流模型适用于模拟存在复杂涡系的叶栅流动，计算结果表明，与静叶栅相比较，由于动叶栅的折转角较大，且气流膨胀加速程度较小，通道内横向压力梯度对涡系的发展及叶栅的气动特性产生了更为显著的影响，使得马蹄涡压力面分支在叶栅流道进口区域即与端壁上的横向流动相融合，并很快发展成强度较大的通道涡，马蹄涡吸力面分支也会较早地受到通道涡的卷吸而消失，以致叶栅的能量损失显著增大，出口气流角沿高度方向分布也很不均匀。     

用直接解法计算外掠后台阶层流流动

求解不可压流体耦合方程的直接解法（ＣＥＬＳ算法）在许多计算问题中体现了其优越性,多重网格法在加速数值计算的收敛速度方面也表现出了其有效性。作者将ＣＥＬＳ算法在多重网格下实施,对控制方程采用指数格式和虚拟时间步法进行离散,用原始变量对外掠后台阶的层流流动进行了数值计算。结果显示,外掠后台阶层流流动中,主涡,主涡下游的底部二次涡和上部二次涡开始出现的Ｒｅ数和位置均与Ａｒｍａｌｙ等人的实验数据符合良好,     

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。     

DC—EAES—LF熔池电弧电渣加热过程的三维数值模拟

建立了非规范正交曲线坐标系下ＤＣ－ＥＡＥＳ－ＬＦ炉电弧电渣加热过程三维数学模型，并进行了联立耦合求解：速度场计算使用了矢性流函数方程的涡量输运方程；湍流模型采用引入Ｒｅｃｈａｒｄｓｏｎ浮力修正贡的ｋ－ε双方程模型；温度场用非定常能量输运方程描述。现场测量的温度场与预报结果基本一致。     

弯曲圆管中矿浆湍流场的三维数值模拟及分析

采用三维、定常、不可压缩,时均Ｎ－Ｓ方程和混合长湍流模型,建立了弯曲圆管中矿浆流动的控制方程和模型,使用有限元法对计算区域进行了离散,并对流动方程进行了求解,为减小用有限元法计算三维湍流场的计算量而采用了加罚有限元法。     

涡方法数值模拟高雷诺数圆柱绕流

圆柱绕流问题是二维物体粘性绕流的基本问题.二维N-S方程的各种差分求解格式往往难以用来实际计算高雷诺数流动问题。80年代中期以来,Stansby等发展了70年代初Chorin提出的随机点涡法,用网格涡方法计算点涡的对流速度,大大减小了计算量,笔者采用Stansby等发展了的随机点涡法,对雷诺数2000的圆柱绕流进行了数值模拟。     

混流式水轮机转轮内部流场数值分析

从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,采用层流模型描述水流动状态,并在欧拉坐标系中用速度－压力修正法对模型进行求解,考虑到转轮内流道几何形状比较复杂,故采用有限元法进行数值离散,并将该解法用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编制计算程序,对三峡工程混 式水轮机转轮内部的流场进行数值计算,分析了转轮内的速度和压力分布。     

风扇转子在设计转速下内部流场的数值研究

采用三维Ｒｅｙｎｏｌｄ平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程程序求解了一个跨速低展弦比轴流压气相风扇转子内部流场,并把计算结果和激光测量结果进行了比较。这个程序采用有限体积显式时间推进方法求解控制方程,方程中的自变量选取在控制体顶点,采用简单的Ｈ型网格离散方程,离散后的代数方程用两步Ｒｕｎｇｅ－Ｋｕｔｔａ法进行时间推进求解,使用多重网格和当地时间步长方法加速计算收敛,程序中使用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａ     

蜂窝体催化燃烧反应器中流动特性的数值模拟

研究了伴有反应条件下蜂窝体催化反应器的流动性能。建立了包括流动、传热和传质的反应器模型,使用有限体积法求解模型方程组,基于模拟结果分析了进口浓度、进口温度、进口流速、反应活性等操作参数对流动性能的影响,结果表明通道内速度分布仍为抛物线型;对压降的模拟结果与哈根泊谡叶方程的计算结果的比较表明,后者用于反应器压降设计偏差较大,文中分析了产生偏差的主要原因.     

水泵吸水口临界淹没深度及其近场水力特性试验研究

通过试验观测水泵吸水管附近旋涡生成、发展的过程,得到了吸水口临界淹没深度与流量的关系式;同时应用粒子图像测速(PIV)技术,对吸水口近区流场进行了多方位、多断面连续拍摄,获取了全场瞬时及时均的流速场和涡量场,定量显示了吸水口周围流速分布、旋涡位置及大小等水力特性.     

基于Helmholtz速度分解的黏势流耦合方法

针对Navier-Stokes(N-S)方程,根据Helmholtz速度分解,将流场速度分解为势流部分和非势流部分,剥离势流部分后得到黏势流耦合的变形N-S方程.变形N-S方程求解的是非势流部分速度分量,其在远场的影响较弱,故较传统计算流体动力学(CFD)方法求解N-S方程计算区域小,计算效率较高.以圆柱绕流为例,势流部分速度分量采用解析解,并在OpenFOAM平台内实现了变形N-S方程的黏势流耦合计算.对不同雷诺数下圆柱绕流进行了计算模拟,并将耦合方法计算获得的流场中的速度、压力,与文献中的试验及传统CFD等计算的结果进行仔细比较和分析,相关结果吻合良好.研究表明,该方法适用于层流和湍流模型的计算模拟,为改善黏流计算效率提供了新的途径.     

筒型基础负压沉贯的物性参数动态模型

分析筒型基础负压沉贯的特点,首先,由有效应力原理和瞬时质量守恒原理确定了渗流方程和应力场方程;其次,建立了新的土颗粒本构关系,利用J2流动理论及各向同性硬化原理计算土体颗粒在渗流力作用下的弹塑性变形,利用离散元法求解土体骨架的体应变;然后,在此基础上导出了筒型基础负压沉贯流固耦合的孔隙度、渗透率等动态物性参数模型;最后,利用导出的模型进行了实例计算,检验了模型的理论性.     

Numerical Study of Void Fraction Distribution Propagation in Gas-Liquid Two-Phase Flow

A dynamic propagation model was developed for waves in two-phase flows by assuming that continuity waves and dynamic waves interact nonlinearly for certain flow conditions. The drift-flux model is solved with the one-dimensional continuity equation for gas-liquid two-phase flows as an initial-boundary value problem solved using the characteristic-curve method. The numerical results give the void fraction distribution propagation in a gas-liquid two-phase flow which shows how the flow pattern transition occurs. The numerical simulations of different flow patterns show that the void fraction distribution propagation is determined by the characteristics of the drift-flux between the liquid and gas flows and the void fraction range. Flow pattern transitions begin around a void fraction of 0.27 and end around 0.58. Flow pattern transitions do not occur for very high void concentrations.     

定常喷/吸流动主动控制方法减阻研究

针对Ahmed类车体,在车身斜面选定位置处设置控制槽,采用证明为有效的大涡模拟数值方法,研究喷/吸流动主动控制方法的气动减阻机理及效果.基于流场数据分析发现喷射控制致使车体斜面上流动大分离发生,拖曳涡对得以消除,但尾迹区尺度增大,气动阻力上升;抽吸控制方法抑制和消除展向涡结构的产生及发展,但拖曳涡对未受显著影响,气动阻力下降.     

具有抽吸/喷注的多孔壁圆柱管道内磁流体的流动

研究了水平方向存在磁场的可渗透圆柱形管道内稳态不可压缩流体的层流流动,通过引入流函数,将控制方程化为非线性常微分方程.假设抽吸/喷注雷诺数和磁场雷诺数均很小,将小雷诺数作为小参数,应用摄动法求解了问题的近似解,进一步研究了流体速度、压降及管壁表面的摩擦阻力系数.在磁场的影响下,主流方向的压降随着抽吸雷诺数的增加而降低,随着喷注雷诺数的增加而增加.壁面的摩擦阻力系数随着抽吸雷诺数或磁场强度的增加而降低.     

大吸附雷诺数下胀-缩壁面管道非稳态流动渐近求解

研究了大吸附雷诺数下,可渗透、膨胀或收缩的半无限长管道中的层流流动. 采用自相似理论,把描述该模型的Navier-Stokes方程转化成一个四阶的非线性微分方程. 应用奇异摄动方法,对该方程进行渐近求解. 分析了不同的膨胀系数、吸附雷诺数对管道流动的影响. 壁面收缩时,边界层变薄;壁面膨胀时,边界层变厚;当膨胀率与雷诺数之比大于1时,管道流动出现回流.     

小流量工况下旋转离心叶轮内部流场PDA测量与分析

在小流量工况下，采用PDA技术对一旋转离心叶轮内部的速度场进行了测量与分析，叶轮出口带有无叶扩压器．对流道内不同流面的数据进行了数据采集和统计．实验结果表明，在小流量工况下，沿周向叶轮内的相对速度从吸力面到压力面先减小后又增大，吸力面处的速度大于压力面；沿流动方向，因流道逐渐变宽，相对速度逐渐减小；靠近轮盖侧，流场结构复杂，在流道中部存在低速区；沿轴向，从盖侧至盘侧，相对速度逐渐增大，分布逐渐均匀；叶轮出口吸力面侧存在气流分离现象．     

湿蒸气汽轮机除湿级去湿性能的数值计算

采用了解压力耦合方程的半隐式方法数值求解湿蒸气汽轮机除湿级轴对称环形通道内可压缩粘性汽流控制方程组，得出考虑去湿槽口抽吸效应的旋流流场；在所得蒸汽流场基础上数值求解水滴运动微分方程，确定水滴运动规律及沉积特性。文中根据某一湿蒸气汽轮机除湿级的计算结果分析了静叶气流出口角、水滴直径、环形通道长度及汽流初始径向分速等参数对级的去湿性能的影响，并提出了关于除湿级结构设计的若干建议。