振动噪声和气动噪声统一分析方法的理论研究

首先对振动声学和气动声学理论进行了关联性分析,证明了振动声辐射的积分方程是FW-H方程的一种特殊形式,表明声比拟理论不仅适用于气动噪声的预测,而且同样适用于振动噪声的预测,是分析噪声产生机理的普适化理论。然后利用FW-H方程计算了球脉动和振动辐射噪声的声压级,计算结果和采用振动声学理论分析得到的结果完全一致。在此基础上,对流固耦合噪声的预测方法进行了探讨分析。结果表明,流体和弹性薄壳体耦合作用激发的噪声仅取决于流体的运动速度和流固界面的作用力,而与壳体边界的振动速度无直接相关。     

偶极子噪声在均匀流管道中传播的声学模型

通过建立对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的混合声学模型,研究偶极子噪声在均匀流管道中的传播与散射问题.计算均匀流中的声源及其在管道中的传播,采用对流FW-H方程确定均匀流中的声波传输,采用计算流体力学方法所得流场数据确定气动噪声源,采用薄壁边界元法计算声波在管壁上产生的散射声压,并将数值计算结果与Tyler-Sofrin管道声学理论方法及声学实验所得结果进行对比.结果表明,对流FW-H方程与薄壁边界元法相结合的声学模型可用于偶极子噪声在均匀流管道中传播特性的预测,并可准确预测风扇偶极子噪声在机匣内的传播.     

铸造充型过程模拟新技术研究

铸造充型过程数值模拟计算中,速度场和压力场的求解非常重要.通常求解粘性不可压流体的基本方程(动量方程及连续性方程)往往采用SOLA-VOF算法,但该方法计算精度和速度并不是很好.本文提出了一种新的计算方法--三维近似盒迭代法(ABX),该方法采用混和差分格式离散方程.实践证明,该方法可以准确而迅速地求解N-S方程.     

波浪变形数值模拟

从 Navier-Stokes方程出发 ,采用修正的 k-ε模型来封闭雷诺方程 ,作为紊动波浪场的控制方程 .采用修正的 VOF方法跟踪自由表面 ,应用施主与受主单元模型求解流体体积函数 F的输运方程 .在差分离散方法的基础上 ,采用通度概念 ,对不规则边界进行处理 .在近壁区范围内 ,采用壁函数技术解决壁面效应问题 .通过数值计算成功地模拟出椭余波通过潜堤时波面的变形过程 .     

流体机械粘性流场的数值模拟方法

流体机械内部流动的完全不可压缩假设使得流场的求解十分困难。为了有效模拟流体机械内部的粘性流场，根据流动的物理本质，将流体的实际压缩性引入控制方程，用声速方程代替可压缩流动的能量方程，发展了一种模拟流体机械内部流场的新方法。该方法将控制方程按特征值的正负号进行矢通量分裂，相应采取前差或后差格式，提高了计算的精度和稳定性。选定的计算域将一个叶片完全包容在求解域里面，避免了尾流边界条件给定的困难。计算结果表明，分离区域的压力系数基本不变，工程上将分离区内的压力视为常数，采用死水区模型是可以接受的。计算结果和实验结果基本一致     

永磁电机温度场分析基础

采用流体场与温度场耦合的求解方法,建立温度场计算模型,对永磁电机内的流体以及温度分布特性进行研究.首先推导出导热微分方程,然后结合温度场求解过程中边界条件的分类和确定方法,通过对导热微分方程的离散,最终推导出温度场求解总体合成方程.     

粘性层流流速度分布的数值计算方法

介绍了如何运用数值计算方法来求解粘性层流流体的速度分布,通过坐标系转化理论、连续性方程、Navier-Stokes方程导出有关速度的非线性微分方程,运用数值计算方法分别对对称性速度流体和非对称性速度流体进行数值求解,其结果对深入了解粘性流体运动的基本规律有着重要的现实意义.     

黏塑性流体运动的二维浅水方程模拟

利用垂向平均浅水方程模型描述黏塑性流体的运动,并基于剪切流动区切应力分布与明渠均匀层流切应力分布相等的假定,推导了浅水方程中切应力项的摩阻系数表达式.建立了黏塑性流体运动平面二维非结构化网格数值模型,空间离散采用有限体积法显式求解,时间积分采用具有二阶精度的Runge-Kutta格式求解.数值模型模拟结果与已有黏塑性流体流动实验结果进行了比较,二者有较好的一致性.     

捕获运动界面的有限元方法

介绍了使用LeveiSet方法对界面的运动情况进行精确追踪,采用Taylor-Galerkin(TG)有限元方法离散LevelSet方程,易于处理复杂边界.利用不可压缩流体性质,避免求解重新初始化方程.采用有限元方法对剪切流场中界面的运动变化进行数值模拟,并与有限差分方法离散LevelSet方程,修正的Godunov方法求解重新初始化方程的计算结果,进行对比.结果验证TG有限元方法具有简单灵活和易于编程的特点,求解LeveiSet 方程是可行的.     

运动激波和气泡(串)相互作用的三维数值模拟

对激波和气泡（串）相互作用诱导的大变形界面演化进行了三维数值研究.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Level Set方程追踪多流体界面.在三维情况下,采用GFM确定界面边界条件.将速度分量分别外推,再沿法线分解,得到伪流体切向速度分量,给出了不同时刻运动激波和气泡（串）作用后的压力、密度云图分布图像.计算结果表明：采用速度分量外推方法适合三维界面边界条件处理,并与二维情况下切向速度直接外推的计算结果兼容,验证了切向速度外推方法的正确性.该方法模拟多个流体界面也是有效的,得到了高分辨率的三维变形界面.