ALE方法用于气体环流生化反应器数值模拟研究

气体环流生化反应器的研究通常采用试验方法来进行,试验结果用一些宏观指标来评价,其方法和结果的局限性都较大数值模拟方法因其能更好地揭示宏观现象中的本质特性,而在许多领域得到应用本文简要说明了采用数值模拟方法用于气体环流生化反应器研究的目的和意义数值计算中,描述流体运动的方法有Lagrange方法和Euler方法两种,各有其优缺点,ALE(ArbitraryLagrangianEuler)方法是将Euler方法和Lagrange方法结合起来,既能处理畸变较大的流动,又能提供流体内部运动的细节,求解方法通用性较大文中介绍了ALE方法的特点和计算步骤,并采用ALE方法对安装了挡板的气体环流生化反应器的流场进行了三维数值计算和模拟,得到了分别有1块和3块挡板时,流场的发展情况,为进一步的研究建立了基础     

基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型

建立基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型,数值模拟汽水分离器的分离效率和内部液滴湿度分布。根据多液滴运动特点,选取数目密度函数描述其运动行为。通过分析液滴和流场之间的作用机理,采用δ函数构建液滴运动参数等Lagrange变量和流场参数等Euler变量的联系,从而建立多液滴运动的物理模型,并给出该物理模型的数学描述及数值求解方法。利用该模型计算得到的分离器效率与实验值及商用软件模拟值符合良好,且通过对速度场的分析,认为计算所得的分离器内部湿度分布合理。结果表明:多液滴运动模型所得结果可靠,该模型的提出为设计和优化分离器的结构提供了强有力的工具。     

轴向流吸附器内部流场特性

以轴向流吸附器内部流场为研究对象,采用CFD软件对其内部气体流动特性进行数值模拟.比较轴向流吸附器内无气体分布器、仅加装单一多孔板气体分布器、加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合等3种方式对吸附器内部流场均匀分布的影响.未加装气体分布器的轴向流吸附器内部气流分布严重不均;仅加装单一多孔板气体分布器的轴向流吸附器内部流场的气体流动稍有改善,但气流分布仍不均匀;加装多孔板气体分布器与单级挡板相结合的方式,吸附器内部流场的气体流动得到明显改善.多孔板气体分布器与单级挡板组合使用时,保持气体分布器开孔率不变,开孔孔径为0.003 m时气流分布最为均匀,效果最好;保持开孔孔径不变,气体分布器的开孔率为0.388时气流分布最为均匀.     

水下爆炸近场载荷的试验与数值模拟

借助于小药量水下爆炸试验及数值模拟研究了水下爆炸近场载荷及其运动特性。试验在爆炸水箱中进行,采用同时分幅扫描超高速光电系统拍摄炸药爆炸后视场600 mm×600 mm以内的冲击波及爆轰产物演化过程。使用LS-DYNA软件的ALE方法计算了水下爆炸近场冲击波、爆轰产物气体运动特性,以及冲击波峰值压力和爆轰产物气体与水介质边界压力变化特性,数值模拟结果与试验结果有很好的近似。在试验和数值模拟基础上,提出了适用于水下爆炸近场的冲击波运动、峰值压力的变化规律,并建立了爆轰产物气体初期膨胀运动规律及压力变化。     

破片侵彻双层钢板门的数值模拟

分析了ANSYS/LS-DYNA常用的两种数值计算方法,Lagrange算法和ALE算法。给出了预测钢板门在大速度破片侵彻与贯穿时的计算公式,对破片侵彻双层钢板门过程进行数值模拟,结果较为一致。数值模拟是对经验公式和试验研究的有益补充。     

Rayleigh-Taylor不稳定性的MAC模拟

利用MAC方法对Rayleigh—Taylor不稳定性数值模拟．主场方程采用变密度的不可压Navier-Stokes方程，在Euler网格上进行求解．为了克服Euler方法不能精确定位多介质交界面的问题，引入了Marker点来追踪界面，利用Lagrange方法计算界面的运动，从而能精确的追踪出界面的位置．     

爆炸成型弹丸侵彻钢靶的ALE算法

采用LS-DYNA3D有限元计算软件中ALE算法描述对爆炸成型弹丸成型过程以及对45^#钢靶板的侵彻过程进行了数值模拟和分析。在模拟过程中考虑了空气的存在,计算模型同实际基本相符。通过模拟,证明了ALE算法综合了纯Langrange和纯Euler法的优点,为研究爆炸成型弹丸侵彻问题提供了一个新的研究方法。     

甲烷-空气预混气体泄爆过程的数值模拟与实验验证

通过求解带化学反应的Euler方程，对甲烷-空气预混气体泄爆过程进行了数值模拟。采用分裂格式处理方程，其中采用二阶TVD格式求解流场，采用基于Gear算法的微分方程解法器求解化学反应过程。计算结果显示在外流场中出现了破膜激波和第二道激波。破膜激波逐渐衰退，第二道激波经历了由增强到衰退的过程。计算结果与实验结果在定性上是一致的。     

旋风分离器内部流场及分离效率的数值仿真

为了研究旋风分离器内部气体和固体的运动状况与其分离机理,采用FLUENT软件对一旋风分离器内部气相流场和颗粒的运动状况进行三维数值仿真模拟.在仿真过程中,采用RNGk-ε方程来模拟其中的气相湍流流动,采用Lagrange方程模拟颗粒的运动.仿真结果表明,分离器内部的流动空间可分为内、外两个流动区域,在不同的流动区域中,气体压力、速度场的分布有较大的差异;固体颗粒的运动较为复杂,且带有一定的随机性;固体颗粒的分离效率与其进入分离器的具体位置有关.     

副油箱从机翼分离流场的数值模拟

采用非结构网格的方法对含有动边界的流场进行数值模拟，非结构动网格的生成采用了改进的弹簧方法和局部网格重新生成相结合的方法，在网格局部重新生成时，采用了阵面推进方法.以基于格心的有限体积法为基础，空间二阶精度，网格单元边界处守恒量通量的计算采用Hanel方法.分别采用四阶Runge-Kutta方法、GMRES方法求解基于ALE形式的Euler方程对振动的NACA0012翼型绕流进行了计算，两种方法都是可行的，其中GMRES隐式方法计算的结果与文献中结果以及实验结果吻合较好.对副油箱从机翼分离的过程进行模拟，给出的副油箱运动趋势和风洞实验结果相吻合.     

膛口和一些简单的膛口装置周围的轴对称流场的有限差分计算

本文采用流体网格法对膛口和几种简单的膛口装置附近的轴对称流场作了数值计算。这个方法已扩展为一个能考虑火药气体和空气这两种介质的简单混合的程序。计算结果与无膛口装置时的阴影照相结果和有膛口装置时的挡板上的实际压力测量作了比较。     

填料塔轴径向气体分布器气体流场的数值模拟

采有K-ε双方程模型,用有限元方法对轴径向气体分布器的气体流场进行了数值模拟,其结果与实验结果良好,表明数值模拟可以有效预测较实验更为详细的气流运动特点。     

东中国海潮余流自适应数值模拟

以自适应数值模型首次计算整个东中国海三维M2分潮潮致Euler余流、Stokes漂流和Lagrange余流，并分析各海区Lagrange余流的特征。渤海M2分潮致Lagrange余流在整个海域基本形成一个大的逆时针环流系统；辽东湾有一个逆时针流环。在黄海，潮致余流也是黄海环流的重要组成部分。在东海的东北部，潮致余流有强化对马暖流的作用；在台湾台北海域，潮余流对台湾暖流有强化作用。在近海海域，由于复杂地形的作用，潮流非线性作用加强，潮余流的量值有较明显的增加。计算结果表明：在浅水区域，Stokes漂流较大，Euler余流与Lagrange余流差别显著。     

风沙跃移中颗粒冲击起动的数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的Euler-Lagrange数值模拟方法,对风沙跃移中颗粒冲击起动过程进行了数值计算.在模型中,把气相视为连续介质,在Euler坐标中建立控制方程,对离散颗粒采用Lagrange方法模拟,颗粒间的相互碰撞作用采用软球模型描述.计算结果表明该模型可以模拟出风沙运动中颗粒冲击床面的动态起跳过程,并且与均匀平整床面相比,在非均匀床面上的颗粒更易碰撞起跳,也更具有随机性.这进一步揭示了风沙运动中颗粒碰撞起跳机理.     

基于察／打一体无人机平台的导弹发射模拟

为研究机载导弹发射过程中载机、导弹之间存在的气动干扰特性和导弹运动规律,采用计算流体力学方法对导弹发射过程进行了数值模拟。结合刚体六自由度运动方程,将运动嵌套网格技术应用于机载导弹发射问题中,通过求解三维非定常Euler方程得到流场信息。应用此方法成功模拟了基于察／打一体无人机平台的导弹发射过程,获得了详细的导弹运动速度、运动轨迹和受力情况等丰富的流场信息。算例表明：运动嵌套网格技术处理具有复杂外形、较大相对位移运动问题的能力,发动机推力的影响,载机、导弹之间的气动干扰影响较小。采用计算流体力学方法和运动嵌套网格技术可为研究导弹发射过程提供参考和依据。     

二维含动边界流场的并行计算

将并行计算方法应用于含运动边界流场的数值模拟,采用弹簧方法生成非结构运动网格.并行程序结构采用主从模式,主进程只负责数据的发送和接收,每个从进程的计算任务对应一个子区域.通过守恒型ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)方程的求解,对NACA0012翼型振动问题进行了数值模拟,并对不同分区数目情况下的计算时间、并行计算加速比和并行计算效率进行了比较.算例结果表明,随着分区数的增加,进行计算CPU的效率先增加后下降,而并行计算的加速比不断增加.     

采用流固耦合方法的直升机桨叶鸟撞数值模拟

在鸟撞直升机桨叶过程中,鸟体与桨叶撞击相对速度很大,呈现出流体特性,属于典型的流固耦合瞬态冲击动力学问题。首先针对文献中的鸟撞铝板试验采用ALE流固耦合方法进行了分析,对计算方法与鸟体模型进行了验证。然后进行了桨叶鸟撞数值模拟。数值模拟结果表明ALE 方法能够准确模拟鸟撞过程,适用于直升机桨叶鸟撞分析。通过应力、位移以及撞击压力等计算结果的详细分析,对直升机旋翼抗鸟撞设计具有一定的参考价值。     

HLLC方法在二维非结构动网格上的应用

以自适应非结构网格的显式有限体积法为基础，采用格心方法以及基于近似黎曼解的Godunov一阶精度方法求解Euler方程，使用HLLC近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量，空间和时间都是一阶精度，对含有运动边界的多体干扰流场进行了数值模拟，并对数值模拟的结果进行了分析，为进一步进行多体分离数值模拟打下了基础。     

弹丸发射内弹道方程嵌入LS-DYNA数值模拟研究

为更好地分析弹丸发射内弹道过程,通过对LS-DYNA进行二次开发,将弹丸发射经典内弹道模型及火药气体状态方程引入有限元计算,并采用Lagrange方法对某弹丸发射内弹道全过程进行了数值仿真,成功模拟了火炮发射时火药燃烧推进弹丸运动的力学过程. 仿真结果表明：数值模拟获得的弹丸速度、弹后气体压力、弹丸过载曲线与经典内弹道计算结果一致性很好,同时数值模拟解决了经典内弹道无法获得弹丸具体受力情况和动态下的强度等问题.     

固体颗粒和空泡的Lagrangian模型

建立了固体颗粒和空泡在不可压缩流体任意流场中运动的Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ模型，考虑了浓度等因素对固体颗粒和空泡运动的影响，给出了计算固体颗粒和空泡的数值方法，并模拟了一水泵叶轮中的固体颗粒和空泡运动，得出了水泵叶轮流场中固体颗粒和空泡的运动特性，为分析水力机械的磨损提供了可行的数值模拟方法．