基于流体体积法的溢流堰粘性流场数值模拟

为了对溢流堰的流场进行数值模拟,从完整的N-S方程出发,采用k-ε两方程湍流模型封闭Reynolds方程,作为基本控制方程,对自由表面的追踪采用了VOF（volume of fluid）方法.数值计算中,对基本控制方程采用了基于交错网格的SIMPLE算法,对自由表面控制方程采用了施主-受主方法.计算了溢流堰上的流速和压力分布,并与已有的试验结果作了比较.结果表明,计算方法能够比较准确地模拟溢流堰的流场.     

计算旋转螺旋面三维边界层的一种积分方法

本文将计算二维层流边界层的Thwaites方法和计算二维湍流边界层的Truckenbrodt方法推广,用以求解旋转系统的“准三维”边界层方程,得到了计算旋转螺旋面上三维边界层的一种可迭代求解的积分方法.应用此方法进行了两例计算.计算结果与理论精确解或实验测量的对比表明,本文方法是有效的.     

二维各向同性湍流的Sedov型解及其应用

二维各向同性湍流能量逆级串现象是湍流理论中具挑战性的问题之一,基于二维不可压缩Navier-Stokes方程的统计解,对此问题进行了讨论.研究表明,新的Sedov型解精确解对于二维各向同性湍流能量逆级串现象的刻画与数值模拟和实验结果有较好的一致性.     

二维大涡数值模拟的算例及其分析

根据文[1]中给出的二维大涡模拟方程的离散形式及数值解法,编制了一套数值计算程序,并通过计算二维后阶湍流流动和双流道式污水泵叶轮内部流场的实例计算,验证了文[1]中推导出的方程的正确性、可解性,以及提供的数值解法的可行性和可靠性.经文中的实例计算,并把计算结果与实验实测结果相比较,令人十分满意.从而表明:二维大涡数值模拟既保持了原有三维形式的优点,又大大简化了三维求解对计算条件的苛刻要求,有望使大涡数值实现广泛的工程应用.     

宽顶堰紊流场的数值模拟

本文采用k-τ紊流模式求解完整的Reynolds方程,模拟了有坎宽顶堰自由堰流.在求解中,发展了一套用边界拟合坐标、控制体积法求解二维恒定有自由表面紊流的数值方法,提出了分区光滑变换、反馈迭代等新概念.结果表明,本文提出的计算堰流的数值方法,计算量较小,具有良好的稳定性和收敛性,能够满足工程实际需要.     

K-∈湍流模型下门桥水阻力的数值计算

采用RANS方程和RNGκ-ε二方程湍流模型及VOF算法对绕门桥的自由表面流动进行了数值计算。数值计算时，使用有限体积法离散控制方程，对流项采用二阶迎风差分格式，扩散项采用中心差分格式。对门桥模型进行了一系列速度下的数值模拟；计算结果与试验测量数据相比较，该计算方法具有较好的计算精度，可用于门桥性能分析和优化。     

非平直面二维地效翼性能时域计算

基于格林定理在时域中推导了适用于任意地形的二维机翼地效翼性能的计算方法.静止坐标系上,在所有边界布置兰金源和偶极子,对满足物面边界条件和尾涡面库塔条件的积分方程进行数值离散.翼表面网格坐标和尾涡面上的偶极强度随时间步进变化.将平直地面下NACA0012翼型升力系数随攻角变化的时域计算结果与已发表的试验数据进行比较,结果表明本文时域计算地效翼问题可行.最后讨论了地形变化对机翼升力的影响,进而非直平面二维地效翼性能计算可发展为自由面上的地效翼性能计算.     

气体密封动力特性数值分析

针对气体密封的二维动力学模型,由其控制体的4个控制方程入手,通过无量纲化及摄动分析,将其分解为零阶及一阶无量纲方程.由零阶方程求得定常流场,并确定流场是否发生阻塞现象,继而求解一阶方程得到密封的动力特性系数.针对阻尼密封控制体模型的特性,在静子表面采用粗糙圆管湍流的摩擦系数模型,而在转子表面采用光滑圆管湍流摩擦系数的Blasius模型,并且通过矩阵形式得到了更为清晰的模型及更为简洁的算法.最后与一般气体密封的计算结果进行比较,体现了阻尼密封在稳定性方面的优越性.随后分析了几种密封参数对其动力特性的影响,揭示某些规律并给出一些建议.     

带自由面三维船体周围粘性流场的数值模拟

采用有限体积法通过求解不可压缩的雷诺平均(RANS)方程,数值模拟了包括兴波的三维船体周围的粘性流场,湍流模式使用了子网络尺度模式(SGS)和Baldwin-Lomax模式相结合的混合模式.对于自由表面的处理,应用了任意拉格朗日-欧拉方法,网格采用了不仅与物体表面贴体,而且与自由表面贴体的动网络,即随着自由表面的变化要不断重新划分网格.虽然此方法需要很长的计算时间,但能较好地描述船体的兴波情况.计算了系列60船模在Fn=0.316,Re=1.9×106时带自由面的粘性流场,计算结果与试验结果吻合较好.     

连铸结晶器熔池内三维流场的研究

本文采用快速收敛的ADC法,k-ε双方程湍流模型和雷诺方程,计算了连铸结晶器熔池内的三维流场,计算结果与实验测定相一致,取得了快速收敛节省机时的突出效果,并且在流场结构及特性上得出了较二维计算更为真实全面的结果。在湍流计算中得出C_2的新经验值,保证了计算的稳定性。