近空间高超声速弹箭气动数值模拟

针对近空间高超声速飞行弹箭气动力、气动热问题,采用Spalart-Allmaras(SA)湍流模型和热完全气体模型,运用时间相关有限体积方法及AUSM~+格式对三维非定常可压缩流体Navier-Stokes方程进行了数值模拟.再现了超高速条件下弹箭周围的复杂流动现象,得到热流分布规律,为进一步近空间超高速弹箭研究奠定了基础.计算结果表明阻力系数随着攻角的变化显著变大;弹箭尾翼气动加热很严重,弹箭尾翼变大时气动加热量明显增大,在设计弹箭时应引起足够重视.     

非定常水斗表面自由水膜的流动机理

冲击式水轮机水斗内非定常自由水膜的流动非常复杂，至今还没有足够精确的数值方法来模拟这种流动．文中分析了非定常水膜流的流动机理，根据N-S方程推导出了水斗表面流体粒子在转动坐标系中的相对运动控制微分方程，依据控制微分方程编写出了数值解析软件并对水斗内的水膜流动进行了数值模拟，定量地得到了某模型水轮机水斗内部流动的速度场、能量场．对比一系列水膜流态分布，数值解析得到的结果与试验观测结果基本相吻合，最优工况下的水力效率与模型试验数据的误差为0．33％．     

壁面局部振动的二维管内流动分析

通过求解二维雷诺时均Navier-Stokes方程,对壁面局部振动的二维管内流场进行数值模拟,分析边界条件在不可压缩计算及可压缩计算情况下对壁面局部振动流动状态的不同影响.研究表明,在不可压缩计算情况下,总压入口条件相对于速度、质量流量入口条件限制少,壁面振动可同时影响振动壁面上、下游的流动参数.在壁面振动管道内,尽管马赫数Ma0.3,可压缩流体的流动现象是完全不同于不可压缩流体的.边界条件对于高频振动计算结果的影响比低频振动计算结果的小.因此,在模拟燃气轮机小幅高频振动叶栅的实际工程问题中,必须采用可压缩计算.在相对平缓、充分的入口段条件下,仍然可以采用常规模拟叶片绕流时的速度入口边界条件进行计算.     

壁判据检验激波/层流边界层干扰流动的数值计算

针对二维激波/层流边界层干扰流动数值计算结果的可信度问题,根据高智研究员提出的壁判据对数值计算结果进行了分析和可信度评估.对于二维可压流动,在壁面附近,已经证明壁判据与NS方程解析解相吻合,数值计算结果也表明达到了网格无关性,而利用Opencfd算出的数值解却发现:随着网格的逐渐加密,切向动量壁判据和能量壁判据吻和得越来越好,而法向动量壁判据仍然有较小的差距,但并不影响流场的结果,其原因是壁面压力边界条件选取不当.数值计算结果表明,壁判据可以作为含壁面流动的一种CFD计算结果可信度评估的工具,具体的评估标准仍需进一步研究.     

扰流片定常和非定常分离流动的数值模拟

扰流片的定常绕流和它作垂直方向振荡的非定常绕流,其流动特性有着本质的区别。本文利用有限差分方法求解二维不可压缩的定常和非定常Navier-Stokes方程。系统地研究了这两类流动问题。考虑了Reynolds数、扰流片高度和宽度、来流速度分布等因素对流动的影响。对于非定常绕流,还研究了振荡频率的影响。并对对流项采用一阶迎风、混合和幂函数等不同差分格式做了计算和比较。     

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。     

学校计算机房室内气流分布的数值模拟

运用k -ε紊流模型对学校计算机房 (学生机房 )室内气流组织 ,主要是速度场的温度场进行了数值模拟 .采用有限单元法和交错网格 ,将人体散热和设备散热及围护结构得热作为能量方程的附加源项 .求解了计算机房室内空气流动与传热问题 ,为改善空调计算机房室内气流组织形式提供了依据     

凹槽状动叶顶部非定常气膜冷却性能的研究

采用数值求解三维(RANS)方程的方法,开展了燃气透平级在动静叶干涉下凹槽状动叶顶部定常和非定常气膜冷却性能的研究.定常计算结果表明:吹风比为1.0时的动叶顶部气膜冷却有效度优于吹风比为0.5和1.5的情况.在吹风比为1.5时,气膜冷却气流脱离槽底壁面并导致气膜冷却有效度降低.非定常计算结果表明:在动静干涉下凹槽状动叶顶部内流动和气膜冷却有效度具有高度的非定常特征;上游静叶尾迹和通道涡周期性地与动叶顶部间隙泄漏流相互作用,使得动叶顶部凹槽底部分离线发生变化,冷却气流覆盖槽底壁面的位置和面积也发生相应的改变,进而导致槽底和槽侧面的气膜冷却有效度发生变化;定常计算得到的凹槽底部气膜冷却有效度的预测值大于非定常计算的时均结果.     

竖壁对流换热系数计算模型的探讨

根据流体边界层理论,研究了高普朗特数常物性不可压缩流体在重力作用下,沿竖直壁面无初速度加速流动过程中速度边界层和热边界层的形成规律,给出了速度边界层和热边界层的厚度函数·据此,研究了该模型下对流换热系数的计算方法,推导出计算公式·在短距离流动中,该模型的速度边界层和热边界层较流体外掠水平板模型厚,换热较弱,因此对流系数较小·工程实际中的许多换热问题都可以简化成流体在重力作用下沿竖直平板流动模型·把该模型下得到的对流系数公式应用于飞机附件机匣的传热计算中,得到了比较精确的结果·     

改进的酸压裂缝温度场模型及应用

高黏度酸液体系的广泛应用,对传统温度场模型提出挑战.作者的研究考虑了反应热对裂缝温度场分布的影响,将酸岩反应释放的热量添加到裂缝壁面能量方程中,并结合连续性方程、缝中流体能量守恒方程、裂缝壁面能量方程耦合求解,编制了相应的计算机程序,利用靖边气田交联酸携砂酸压施工井进行模拟计算,验证了模型收敛、合理.模型模拟成果更为接...     

Ⅰ型平面应变定常扩展裂纹线场分析

本文合理地假设了近裂纹线塑性区外的弹性场的形式,从弹塑性理论的基本方程出发,通过在裂纹线附近弹塑性边界上应力和变形的匹配,得出了理想弹塑性不可压缩材料平面应变Ⅰ型定常扩展裂纹,近裂纹线的应力与变形场,以及弹塑性边界的单位法向量和长度,并基于裂纹前方一确定距离处的应变准则,给出了定常扩展判据.     

非定常等离子体激励对大攻角流动分离控制的数值模拟研究

应用交流电(alternating current, AC)介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)等离子体流动控制由于其结构简单、响应频率快、可实现实时定量控制等优点,正在成为等离子体流动控制技术的重点研究方向。结合基于分离涡模拟(detached eddy simulation, DES)和等离子体唯象体积力模型的方法研究非定常等离子体激励对NACA0015翼型在攻角为20°情况下流动分离控制。结果表明：非定常等离子体激励在高雷诺数、大攻角下对翼型分离具有明显的控制效果,可以达到增升减阻目的,且流动控制效果比定常激励效率更高;非定常等离子体激励流动控制与定常等离子体激励流动控制机理不同,非定常等离子体激励通过促进分离区内速度脉动,对流场产生非定常的干扰,使得分离剪切层提前失稳,增强流场涡结构的掺混,从而抑制流动分离。     

耦合热弹梁的横向自由振动特性

研究了温度场与位移场耦合热弹梁的振动特性.根据梁的运动微分方程和考虑变形影响的热传导方程,得到了温度场和应变场耦合情况下梁的耦合热弹振动微分方程.采用微分求积法建立了耦合热弹振动方程的特征方程,对耦合与非耦合情况下梁的固有频率进行了数值计算及分析,并分析了耦合与非耦合两种情况下梁的无量纲耦合系数和长高比对梁固有频率的影响.     

多道次中厚板热轧过程的综合数值解析法模拟

采用微分方程的解析解法和数值解法相结合的思路建立了中厚板热轧过程温度场、变形场和轧制力的综合求解模型.在该模型中,考虑到轧件厚度方向的温度梯度远大于沿宽度和长度方向的温度梯度,因而将热传导方程简化为一维微分方程,基于拉格朗日坐标建立了温度场的级数解法.针对中厚板轧制的速度场特点设定了速度场函数,基于欧拉坐标架建立了应变速率和应变的数值解法,从而解决了多道次轧制过程的温度场与变形场连续计算问题.利用该模型模拟了中厚板12道次热轧的成形过程,给出了轧件温度随时间的连续变化曲线以及各道次的轧制力、应变和应变速率的分布和大小.模拟结果与工业现场实测数据吻合较好.     

二维离心流场叶片边界层方程

建立了简化成二维定常不可压缩流体的离心泵叶片的边界层方程,并对相关量进行了分析。强调构造边界层内速度分布函数并设法得到边界层厚度的迭代式式对求解边层动量积分方程的重要性。     

舰船非定常气流场数值模拟

以SFS为研究对象,选择空间三阶MUSCL格式离散\动量插值法、二阶隐式时间积分方案、Smagorinsky-Lilly LES湍流模型对舰船气流场进行数值模拟.对结构网格密度进行敏感性检查,确保边界层网格在10层以上及y+取值在101~102.将风速放大到0.3Ma,采用计算机集群进行并行解算,对非定常速度及其脉动值进行时频域转换,考察流场的谱特征.无量纲化的结果表明,SFS流场速度的脉动十分剧烈,非定常速度的时间平均与定常计算结果局部存在较大差异,最大为10%左右;且定常计算结果相对非定常时间平均值偏小,SFS流场的湍流能量集中在1 Hz以下.采用已有试验结果对仿真进行初步验证,结果表明仿真具有较高的可信度.     

结构位移对受电弓气动抬升力的影响分析

为了研究受电弓结构位移对其气动特性的影响,利用流体分析软件Fluent,基于三维定常不可压缩流和标准k-ε两方程湍流模型,对运行速度300 km/h下受电弓所处的有限个结构位移状态下各部件的气动力进行数值模拟。建立受电弓气动抬升力的简化计算模型,推导气动力转化为气动抬升力的传递系数。结果表明:受电弓气动抬升力的传递系数与其工作高度有关;在受电弓从初始工作高度1.5 m抬升至1.6 m的过程中,整弓气动抬升力值随升弓高度的增大而减小。     

复合材料身管膛内气流与固壁传热分析

为了给复合材料身管传热分析提供较为精确的边界条件,采用一维内弹道膛内流场模型,将弹后空间核心流部分考虑为包含气流与身管管壁发生摩擦和热交换的不稳定准一维流.得到身管内侧不稳定、非定常可压缩流的边界层方程.基于MacCormack有限差分方法求解该方程,得到的内弹道特征量与经典内弹道模型计算结果的相对误差在3%以内,同时结果显示瞬时气流速度对换热系数影响较大,因此在对复合材料身管传热分析时需采用气流温度和换热系数瞬时计算结果.     

基于混合热格子Boltzmann方法有限热源加热气泡动力学模拟

为探究不同润湿性表面单气泡动力学特性,通过引入差分方法的单组分多相格子Boltzmann模型,耦合能量方程构成了气液相变模型,模拟了不同润湿性表面单气泡形成过程周围流场与温度场细观,阐述了气泡生长脱离机理;研究了润湿性、过热度、有限热源长度对气泡动力学影响.结果表明,在相同过热度下,疏水壁面气泡生长速度大于亲水壁面.气...     

考虑固壁作用力的微可压缩流体纳微米圆管流动分析

针对流体在纳微米尺度下的流体流动规律不符合泊肃叶规律的理论依据不足的难题,研究了纳微米圆管中流体的流动,将流体的微可压缩和固壁对流体的作用同时考虑进来,并将固壁对流体的作用采用固壁作用力的形式引入到流体力学方程,采用涡函数流函数将方程解耦,并用正则摄动法求得一阶精度的压力和速度的解析解.结果发现:固壁作用力导致零阶径向压力的出现,一阶压力的增强和一阶速度的降低;量纲一的体积流量偏离了不可压缩流体的体积流量,偏离效应受流体的微可压缩性和固壁作用力的共同影响.体积流量在同尺度下偏离泊肃叶流动的流量大小随着可压缩系数和流体中和壁面产生作用的离子浓度增大而增大,随着纳微米圆管管径减小而增大,纳微米圆管管径低于某一尺寸时,流体将不能流动.通过研究表明:纳微米尺度下产生微尺度效应的原因是流体的微可压缩性和壁面力的共同影响.