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     

200 km/h电力机车气动性能风洞试验与数值模拟

采用模型风洞试验和数值计算方法研究了200 km/h机车外形的气动性能.试验风洞为FD-09单回流低速风洞,模型缩尺比为1:8.873.数值计算采用流体动力学软件FLUENT,数学模型为三维粘性不可压缩流体雷诺时均方程和κ-ε双方程湍流模型.数值模拟结果与模型风洞试验结果基本吻合.在此基础上对多个外形的设计参数进行了优化,并对优化后的模型流场作了数值计算,得出了一些有益的结论.     

Navier-Stokes方程的数值解法

介绍了N-S方程二维非定常粘性不可压缩流体的两种数值解法；有限差分法和有限元法，并从求解方法、稳定性、收敛性和误差上对两种方法进行对比。     

叶栅梢部与固壁间隙流动的数值模拟

通过求解不可压缩流体RANS方程，对叶栅梢部与壁面之间的粘性流动进行数值模拟，计算模型基于Chorin的人工可压缩性方法，采用Baldwin-Lomax零方程湍流模式封闭控制方程组，针对间隙流动的特殊性，采用流场分块的方法以提高网络生成质量和计算稳定性，数值计算结构和试验数据的比较表明，该方法能够准确地模拟间隙流动。     

离心式叶轮内三维紊流场的数值模拟

对设计工况下离心压缩叶轮内三维紊流场进行了数值模拟，数值计算使用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩，时均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ε紊流模型方程。数值计算结果揭示了离心压缩机叶轮出口的射流－尾迹特性和二次流分布规律。本文的研究表明：加罚有限元方法具有预元复杂流场的能力，并且可以大大减小有限元方法的计算工作量。     

N-S方程的加罚非线性Galerkin方法近似

针对二维非定常不可压缩Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程初边值问题,在有限元情形下,对加罚形式的非线性Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法进行研究。给出了一般解的形式,可使逼近误差迅速、稳定地减小,使数值解较快地逼近其精确解。     

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。     

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.     

结构网格下求解非规则区域流场的一种差分法

对于粘性不可压缩流场的计算，提出一种标识边界的差分方法，对不规则区域的流场边界做标记，应用SIMPLE算法在直角坐标系的结构网格下离散求解N-s方程；对圆柱绕流，不规则腔体流等问题进行数值模拟，取得了较好的效果。     

基于弱可压缩方法的水中声流数值分析

为研究水中的非线性声波传播问题,本文主要开展了基于弱可压缩方程的理论分析及水中声波动及声流模拟工作。首先,采用正压流体的密度与压力函数,结合粘性流体动力学方程,对方程组采用特征变量的波动分析,证明了该方程能描述水中的涡旋和声波传递。然后,本文结合时空守恒元解元算法求解该方程组,并对一些典型气动声学问题进行了计算和对比研究：通过计算分析了二维顶盖半圆腔驱动流,本文计算结果与其他研究结论进行对比分析,证实了该方法可以准确模拟出流体的粘性;通过对平面声波在不同粘性流体中传播进行了数值模拟,声波衰减趋势与理论解完全一致;最后,本文还通过对Rayleigh声流问题进行非定常数值模拟,得到的模拟结果与其他研究学者结论完全一致。这说明,采用二维弱可压缩方程组及时空守恒元解元方法,能够模拟水中的声波传播及耗散过程。     

一种基于代数图论的有限元模型节点排序方法

提出了一种基于有限元模型中节点自由度构造赋权单元团图的方法,根据代数图论的理论,应用赋权单元团图的拉普拉斯矩阵的Fiedler向量,对有限元模型的节点进行排序,以达到减少结构刚度矩阵的半带宽和外形的目的,该方法不但能适用于一般有限元模型,而且适用于包含不同类型单元、具有不同自由度节点的混合节点模型,对于混合节点模型,该方法比基于单元团图的拉普拉斯矩阵的代数图论方法能够取得更加满意的结果,据此编制的前处理程序,可以对任意编号的模型进行优化处理,数值算例结果表明本方法是有效的.     

ALE有限元法解二维自由面流体大晃动问题

从Navier-Stokes方程和连续性方程出发，在ALE描述下，用四边形单元对所求区域加以划分；并借助于Galerkin加权余量法导出相应的有限元方程组，在有限元计算中速度和压力均采用四节点线性插值函数；通过二维自由面流体大晃动问题实例的计算，给出相应的计算结果，阐明了该方法的优越性和局限性。     

两相多孔介质动力问题的混合有限元及其解法

针对基于混合物理论的流体饱和两相多孔质模型,采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权残值有限元方法导出基于ｕ＾Ｓ－ｕ＾Ｆ－ｐ３个变量的混合有限元动力平衡方程。这种方法克服了 限元方法选择恰当的罚参数的困难,且计算得到的压力分布的精度高于罚有限元方法。由分片试验得出节点压力插值函数的阶须高于固体相节点位移插值函数的阶的重要结论。     

A-?方法在高频电磁场计算中的应用

基于节点的有限元方法具有网格剖分、构造高阶基函数容易的优点。由于在节点上定义场量,节点有限元更适用于多物理问题。但节点有限元方法直接求解电磁场会出现伪解,场量在不均匀介质中不连续等问题。基于节点的A-φ方法可以有效避免传统节点有限元方法存在的问题。本文研究A-φ方法的工程应用,研究开域和闭域问题中如何设置关于矢势和标势函数的边界条件,特别是波导问题和理想导体球的散射问题,讨论了端口边界条件,辐射边界条件的使用方法。对于理想导体边界条件采用了阻抗边界条件,与端口条件配合,克服方程的奇异性。数值卖验比较分析了A-φ法节点有限元和棱边法有限元的计算结果,验证了A-φ法节点有限元的正确性和有效性。     

骨组织流动电势数值分析

作者引入基于混合物理论的两相多孔介质模型来描述骨内固体骨质变形、骨液流动以及骨内流动电位间的耦合效应。采用Galerkin加权残值法推导出有关流动电位分布的有限元公式并编制了相应的计算机程序。算例表明,骨组织在外界作用下产生变形,引起骨液流动,从而使带电粒子在孔隙间运动,引起流动电位。     

广义有限元及其应用

基于传统有限元理论，吸收数值流形方法中有限覆盖技术，将每个结点位移的Lagrange型插值空间推广为具有任意多个广义位移的函数展开式，给出了广义四结点等参单元的有限元列式，结合算例探讨了广义有限元的数值实施措施，针对复杂结构形式，提出广义有限元与传统有限元的联合运用，从而解决计算交和精度这一问题，算例结果表明了本文方法的合理性。     

电子封装件受热载荷作用有限元数值模拟分析

针对典型塑料方形扁平封装体PQFP在工作过程中的受热分析问题,基于热弹性力学理论建立了二维和三维有限元数值模拟分析模型.研究了封装体在功率耗散情况下受均匀和非均匀热载作用时其材料的热膨胀和导热性质.有限元数值模拟取得了与实验一致的结果.数值结果表明,采用较小弹性模量和热膨胀率的材料可以有效地减小热应力,基板和芯片的厚度是影响封装体变形的主要参数.数值分析结果为提高封装件的可靠性和优化设计提供了理论依据.     

板料成形有限应变弹塑性有限元分析

本文依据Kirchhoff薄壳理论与J2塑性流动理论,提出了分析轴对称刚性冲头胀形成形的大变形弹塑性拉格朗日有限元分析的数学模型.文中采用改进的直接增量法,在Honeywell DPS 8/52计算机上成功地模拟了金属薄板的半球面刚性冲头的胀形成形过程.文中还运用网格技术进行了实验验证.     

关于无网格法节点布置方案的研究和探讨

无网格法是一种新的数值计算方法，节点的布置方案和节点的性态特点则是无网格法的重点，也是难点，根据敏感性分析在有限元方法和形状优化设计中的应用以及节点敏感性这一概念，利用敏感性分析理论来分析无网格法中的节点布置方案，选择相应的响应变量，计算节点的敏感性系数，得出节点敏感性系数和节点布置方案之间的关系，并且指出相应的解决办法。     

改进的基于特征线理论的流体力学有限元法

通过沿特征线求解动量方程,并运用局部泰勒级数展开对方程的离散进行简化,在传统的基于特征线离散的分裂算法的基础上,推导了一种精确的显式离散方法,详细给出了基于局部泰勒级数展开的特征线离散过程,并推导了有限元控制方程.通过自主研发的空间结构自动分析设计系统(简称AADS)流体模块中的三维算例计算,表明文中的分析是正确的,提出的改进方法具有较高的计算精度.