进出流边界条件对二维后台阶流动影响的研究

用有限元方法对不可压缩流体沿二维后台阶流动的流函数－涡量式进行数值计算。讨论了进出流边界条件的改变对流动所产生的影响,证明不仅出流边界条件对后台阶流动进行正确模拟有影响,而且进流边界条件对后台阶流动进行正确模拟的影响更大。     

格子玻尔兹曼模拟壁面剪切应力的精度

采用SRT和MRT格子玻尔兹曼模型在反弹和曲线边界条件下模拟了二维斜管中的Poiseuille流,比较了不同斜管倾角、计算网格大小和雷诺数情况下的速度和壁面剪切应力计算误差.结果表明,采用曲线边界条件时,壁面剪切应力值在紧邻壁面的流点处计算精度更高;而采用反弹边界条件,计算壁面剪切应力时考虑到边界楼梯状近似的影响,壁面剪切应力的计算不应该选在离壁面最近的流点上,而应选择离壁面很近但不紧邻边界的流点,同时,MRT模型相对于SRT模型来说模拟结果稍微更精确一些,但没有明显的改进.     

不可压缩黏性流体基函数法的理论研究及其在三维动脉瘤中的计算

将基函数法应用到不可压缩黏性流动的数值模拟中去,采用人工压缩性技术、通量分裂法及中心格式和迎风格式相结合的技术,构造出可数值求解三维不可压缩流体N—S方程的三角函数类型的基函数格式．为了验证此方法,首先计算了有限长度的圆管内流动,解出的速度分布和压力分布除入口段和出口段外,与泊肃叶流的结果十分吻合．在方法得到初步验证后,又采用三角函数基函数及非结构网格生成技术,进一步数值地研究了二维和三维情况下动脉瘤内的血液动力学问题,计算了定常情况下动脉瘤内的速度、压力和剪切力分布并研究了动脉瘤的几何形状对血液动力学的影响．     

压力能驱动的自搅拌反应器流动特性数值模拟

提出了一种新型自搅拌管式反应器,并采用数值模拟方法对新型自搅拌溶出反应器内的流体流动特性进行了研究.在搅拌转速不变的情况下,研究了不同入口流速对反应器内部流体流动的影响.结果表明:不同流速下,反应器内部轴向流速整体分布均匀,但反应器入口和出口的流体,由于受到扰动作用速度偏大,且靠近出口的流速低于入口附近流速.径向靠近壁面处速度稍大,靠近搅拌轴处速度略小,说明搅拌桨叶端部对流体作用更大.入口流速为8.3 m/s时,更利于反应器内环流的形成.     

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。     

平直通道中层流脉动流动的数值模拟

对不可压缩脉动流动的流动和换热特性进行了数值模拟研究.当脉动频率较低时,充分发展的振荡速度分布类似于稳态的抛物形分布,而频率很高时,脉动的影响显现出来并且体现在靠近壁面的狭窄区域内.在脉动流动下,入口段的长度值发生类似正弦方式的波动,其相位和振幅受脉动频率的影响,壁面摩擦系数也发生正弦规律的变化,其相位和振幅也与脉动频率有关.另外,脉动对于壁面的换热也有一定影响,随着频率的增大,流体的脉动对于换热的影响逐渐被局限在加热段上游.研究结果表明,脉动流动的摩擦损失和换热特性与稳态流动的截然不同,对于处在非定常流动工况(如振荡流动)下的热系统部件的优化设计,需加以认真考虑.     

二维管道内交变流动的格子-Boltzmann方法模拟研究

采用格子-Boltzmann方法（LBM）对二维管道内不可压缩交变流动——Womersley流的流动与换热进行了数值模拟研究．结果表明：管道内压力梯度呈周期性变化，在周期较小时，管道的绝大部分区域速度分布相当平坦，在靠近壁面附近出现了速度的峰值，且靠近壁面处速度变化剧烈；在周期较大时，速度分布近似于抛物线，管道中心速度总大于壁面附近速度，且不同周期下的模拟结果与解析解都吻合得很好．另外，当速度交变时，温度表现为波动变化．速度与温度的相位差、温度的分布特性、温度的波动特性等都与压力梯度交变周期及幅值有关．研究结果表明，LBM可以用于交变流动的模拟．鉴于LBM的众多优点，该方法有望成为求解复杂流动与换热的一种有效的数值模拟手段．     

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。     

排气管内二维非定常流动的冷态试验

为了认识排气管内的多维流动特性,提供排气管二维非定常流动计算的边界条件和考题数据,设计了１根二维的排气管模型．在柴油机倒拖时,测量了该模型排气管内６个截面的压力和速度分布的变化,研究了模型排气管内二维非定常流动．测量结果显示,同一截面不同测点的压力变化曲线非常接近;支管的速度分布曲线是不对称的,其峰随偏向支管的内壁面,进入总管后速度曲线呈偏向总管外壁面的不对称分布,随后渐渐变为对称分布．测量结果可用于排气管二维非定常流动的计算．     

不可压缩流体周期性流动格子波尔兹曼的边界处理

提出了一种新的周期性边界处理方法,用于处理格子波尔兹曼(lattice boltzmann)方法中压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界条件。当压力驱动的不可压缩流体充分发展时,可以在周期性截面上直接用压力梯度而不是采用当量体积力的常规周期性边界处理方法,来确定周期性流动截面上的粒子分布密度。应用所提出的压力驱动不可压缩流体周期性流动的边界处理方法,对二维压力驱动下充分发展的泊肃叶流(poiseuille flow)和周期性方柱扰流进行了数值模拟。结果表明:该周期边界条件处理方法能够很好地保持系统周期性,在其宏观的周期性边界截面上产生了连续的压力分布,真正地实现了直接压力驱动不可压缩流体周期性流动条件下的所有特征。     

离心式压缩机无叶扩压器内三元紊流附面层的计算

提出了一种计算无叶扩压器两壁面上不可压缩三元紊流附面层的方法。分析中假设径向速度剖面为二阶梯形,且附面层内的速度分布采用能明显表示主流流线偏转角影响的Johns ton的三角形模型。将附面层的动量积分方程与主流的关系式联立起来求解。计算出的无叶扩压器的气动特性与作者的试验结果吻合良好。     

不同热流下平行平板微槽内流体滑移流动与层流换热

对两侧不同定热流热边界条件下,流动与热充分发展的平行平板微槽在滑移流区内的层流换热进行了理论分析,研究了微槽内温度场的分布和换热特性,并讨论了Kn、热流比、动量协调系数、热协调系数等的影响.     

基于OpenFOAM的周期性管内流动边界处理方法研究

为探究开源计算流体力学软件OpenFOAM中不同周期性边界条件处理方法的适用性,针对圆管内泊肃叶流动,分别在mapped,cyclicAMI,cyclic fan边界条件下开展数值模拟,对模拟得到的速度分布和压力分布进行分析.结果表明:3种边界条件设置下,数值模拟得到的速度分布均与解析解吻合,其中mapped和cyclicAMI边界条件下的数值解非常接近,且与解析解吻合更好;采用mapped边界能够得到与解析解符合的压力场,采用cyclic fan边界时在模拟区域进、出口存在很大的压力梯度,采用cyclicAMI边界得到的压力则恒为0.基于此,探讨了mapped边界条件下,数值模拟结果对计算网格的敏感性.研究发现:随着径向网格数目的增加,速度的计算精度先迅速提高而后趋于稳定;边界层层数的增加能够有效提高近壁区速度的计算精度;数值模拟时径向网格数目采用16个以上为宜,边界层层数不宜少于3层.     

Computer Simulation of Turbulent Flow through a Hydraulic Turbine Draft Tube

Based on the Naviev-Stokes equations and the standard κ-ε turbulence model, this paper presents the derivation of the governing equations for the turbulent flow field in a draft tube. The mathematical model for the turbulent flow through a draft tube is set up when the boundary conditions, including the inlet boundary conditions, the outlet boundary conditions and the wall boundary conditions, have been implemented. The governing equations are formulated in a discrete form on a staggered grid system by the finite volume method. The second-order central difference approximation and hybrid scheme are used for discretization. The computation and analysis on internal flow through a draft tube have been carried out by using the simplee algorithm and cfx-tasc flow software so as to obtain the simulated flow fields. The calculation results at the design operating condition for the draft tube are presented in this paper. Thereby, an effective method for simulating the internal flow field in a draft tube has been explored.     

有限空间风沙流动数值模拟及边界条件问题

采用Euler方法的双流体模型和颗粒动理学方法对二维风沙气固两相流动进行了数值模拟,研究不同边界条件下的气固两相速度与浓度分布以及进口条件下的风沙流动。结果表明,对边界为固体壁面的流动,沙粒边界条件对其浓度分布有严重的影响,必须计及能量平衡和沙粒速度滑移效应,体现为沙面上的沙粒起动和碰撞特性;进口效应的存在使得在较短的距离内不能获得合理的流动结构,要求根据实验给出准确的进口条件,或者计算域有足够的长度,使流动结构不受进口效应的影响。     

按可压缩流体计算结构响应对声辐射的影响

将流体分别视为不可压缩和可压缩两种情况建立了流固耦合方程，探讨了按可压缩流体计算水下结构振动响应对声辐射的影响．结果表明：流体可压缩性与流体边界条件、结构刚度和结构阻尼有关；在计算水下结构声辐射时，结构振动响应应当按可压缩流体计算．     

二维方柱绕流的人工侧边界数值研究

为研究人工侧边界条件对数值模拟计算的阻塞影响 ,选用无穷域中的二维不可压缩方柱绕流问题 (Reynolds数为 10 0 )作为算例 ,使用混合的中心、迎风格式的有限体积差分方法 ,分别在 4种侧边界条件的多种阻塞参数下进行计算 :Dirichlet边界 ,Neumann边界 ,对流边界和无摩擦壁面边界。给出并验证了 Strouhal数和阻力因数在不同阻塞参数和人工侧边界条件下的变化规律 ;还给出了不同人工侧边界条件下可以忽略侧边界影响的阻塞参数范围以及对 4种人工侧边界条件进行的比较结果。主要结论是 :相同的阻塞情况下 ,对流边界和无摩擦壁面边界优于其它 2种边界条件 ;对一般计算条件而言 ,侧边界间距应当至少为障碍物特征尺度的 10倍     

平面叶栅亚音速可压缩流场计算的三种边界元法途径

研究了平面叶栅在线性化小扰动范围的亚音速可压缩位势流场的三种边界元法计算途径。其一是移用正交异性域位势问题的边界元法;其二是先把物理平面内的亚音速可压缩流场变换成计算平面内的不可压缩流场,再用边界元法进行计算;方法之三是用压缩性修正法对不可压缩流场的边界元法计算结果进行修正。算例表明了这三种处理方法各自的特点。