涡方法数值模拟高雷诺数圆柱绕流

圆柱绕流问题是二维物体粘性绕流的基本问题.二维N-S方程的各种差分求解格式往往难以用来实际计算高雷诺数流动问题。80年代中期以来,Stansby等发展了70年代初Chorin提出的随机点涡法,用网格涡方法计算点涡的对流速度,大大减小了计算量,笔者采用Stansby等发展了的随机点涡法,对雷诺数2000的圆柱绕流进行了数值模拟。     

圆柱绕流的三维数值模拟

利用计算流体力学软件CFX－4,对粘性不可压缩流体的圆柱绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩Navier-Stokes方程,模拟雷诺数在亚临界区内的绕流流动,并计算了流体的水动力特性。为克服数值模拟高雷诺数时的数值不稳定性,计算中采用了QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度,圆柱两端边界采用周期性边界条件。计算结果表明,高雷诺数时圆柱周围的流动具有明显的三维特性,且沿柱长方向不同断面的升力和阻力系数并不相同。同时,对圆柱绕流进行了二维数值模拟,并与三维数值结果进行比较,发现三维模拟的升力和阻力系数均小于二维模拟。     

高雷诺数下双圆柱绕流的数值模拟

使用表面涡法研究高雷诺数下不同排列方式双圆柱绕流的流动状态,计算了双圆柱在并列,级列的情况下的各种流动结构,涡街的变化及作用在圆柱上的受力情况,计算结果清楚地描述了双圆柱绕流复杂的流动状况,与实验显示的流动状况十分相似,斯特罗哈数与阻力系数无与实验结果相符。     

圆柱绕流的离散涡数值模拟

首先用面元法模拟了圆柱绕流的势流解,得到了多个圆柱不同配置下的流线图.在此基础上按照一定分离规则引入点涡,就可以用离散涡方法很好地模拟多圆柱绕流.先后得到了流场的流型、涡量等值线图、速度矢量图和阻力升力系数.结果表明单圆柱和双圆柱后的流场有相当大的差别,后者的流型、速度矢量分布都发生了很大的变化,阻力和升力系数也显著增大.     

圆柱绕流远场涡对的数值模拟

基于离散涡方法求得非定常、不稳定流场,数值模拟了三种不同时刻高雷诺数下圆柱绕流结构的发展,从流谱图、等涡量线图和涡谱图可以清晰地看出从近场的初生卡门涡街,过渡到远场的二次涡街的过程,计算结果发现：远场离散涡有形成二个涡的涡对及三个涡的涡对的趋势,计算结果说明了流体运动中涡对结构的本质：由于来流是均匀的,没有加入任何拔动,当流体流过钝体时产生具有剧烈分离的不稳定流动,因此在远场形成的二次涡对及卡门涡     

双排并列三方柱绕流数值模拟

采用有限体积法对雷诺数Re=2.2×104条件下双排并列三方柱绕流问题进行数值模拟,对横向桩距比L/D=1.5、2、2.5、3,纵向桩距比S/D=2、2.5、3共12种工况下绕流流场分别进行计算,得到了每种工况下各方柱绕流阻力系数值及其随桩间距的变化规律,同时分析了绕流流场的演变及方柱前后压差随桩间距的变化趋势,计算结果表明:多方柱绕流较单方柱已明显表现出群桩阻水效应,各方桩绕流参数变化幅度较大,流场演变相对复杂。     

低雷诺数下不等直径串联圆柱绕流数值模拟

针对海洋工程与各类大型工程项目中广泛存在的多柱体绕流问题,以不等直径串联的双/三圆柱为研究对象,运用流体力学有限差分法对不同间距比的柱群结构进行数值仿真计算,主要分析了各圆柱的升阻力系数和尾流特性。分析结果表明,在双圆柱系统中,各圆柱的升阻力系数变化趋势相同,且处于上游的圆柱升阻力系数总是高于下游的圆柱;在三圆柱系统中,随着间距比的变化,圆柱尾流场出现了不同的流态,且主圆柱对下游圆柱的升阻力系数具有引导作用。     

数值模拟放置附属圆柱的主圆柱绕流

利用格子Boltzmann方法, 对主圆柱尾流区域内放置附属圆柱的绕流进行数值模拟. 结果表明: 放置单个附属圆柱时, 主圆柱所受阻力减小, 阻力
系数发生周期性改变; 放置两个附属圆柱的减阻效果更好.     

低雷诺数下五圆柱绕流的数值模拟研究

基于四叉树自适应网格,采用有限体积法求解二维不可压粘性N-S方程,对X型排列和十字型排列的五圆柱绕流进行了模拟,计算均在Re=100的条件下进行.在文中给出了升力系数及阻力系数随圆柱间距比和排列方式变化的规律,并结合不同间距比下的流动特征进行了分析.计算结果表明,在不同的间距比下,五圆柱绕流存在三种不同的流动形式;在同一间距比下,十字型布置和X型布置的流动形式则既有类似之处又有各自的特点.在不同排列方式下,升阻力系数随圆柱间距比的变化规律有较大不同.     

高雷诺数下双圆柱绕流诱发振动的数值模拟

基于表面涡方法研究了不同间隙比及归一化阻尼参数下,串列和并列双圆柱的流体诱导振动问题,并计算了圆柱的振动响应、流体力、振动频率等.结果表明:圆柱为刚性时的计算模拟结果与相关文献的实验结果吻合良好;在文中的研究条件下,串列双弹性圆柱具有屏蔽流的特征,涡脱落频率比刚性圆柱的大,其值主要取决于归一化阻尼而非间隙比;流体从并列双弹性圆柱分离的涡是对称的,与并列双刚性圆柱相比其平均力系数略小,但由于流体诱导振动造成的脉动力系数较大,故流体诱导振动对并列圆柱的动态响应有重要的影响.研究结果为亚临界雷诺数范围内热交换器管束的复杂流体诱导振动等问题提供了一种可能的计算方法.     

微射流作动器外流场紊流数值分析

采用隐式高阶紧致差分格式、Beam—Warming近似因式分解法结合低雷诺数k—ε模型求解Faver平均N—S方程，对二维、粘性、非定常、可压微作动器外流场进行数值模拟。内置似牛顿子迭代用来消除因近似因式分解、线性化、显式使用边界条件及隐式——边采用低阶空间离散近似所带来的误差，以提高精度。隐式高阶紧致差分格式具有高的精度和强的稳定性。与其它人工粘性方法相比，隐式高阶数值过滤方法对许多情况，特别是对于低马赫数的流场计算有明显优越性。计算结果和实验现象相当吻合。     

高雷诺数情况下钝体绕流的数值模拟

在高雷诺数 (Re=1× 1 0 4)情况下 ,利用流函数———涡量法在二维空间对半圆半椭圆的拼接体 (新月形覆冰导线的截面 )绕流流场的流动结构、涡的变化及气动力特性进行数值模拟 .将模拟过程用于圆柱体和半圆半椭圆拼接体 ,结果与前人的研究结果及试验值相吻合 ,验证了此数值模拟过程的合理性     

串列叶栅静子粘性全三维流场的数值模拟

该文发展一种数值模拟串列叶栅静子内部流场的方法。应用有限体积法及Baldwin-Lomax紊流模型数值求解与时间相关的三维可压缩的薄层Nayier-Stokes方程组。对法国。Turmo-Ⅲc小型航空发动机静子串列叶栅流场作了计算与分析。在中径处，前、后排叶片吸力面上的附面层很薄，尾迹宽度比较窄。由于前、后排尾迹同端壁附面层相互干扰，机匣及轮毂附近尾迹较宽。应用法国ONERA某静子平面串列叶栅作为验证算例，计算与试验结果一致，表明了该文算法的可靠性。     

用改进的强隐式方法求解三维不可压粘性流动问题

提出了一种用改进的强隐式方法求解三维不可压缩粘性流动的交错网格有限体积法．该方法在ＳＩＭＰＥＲ算法的基础上，对Ｎ－Ｓ方程的对流项采用ＱＵＩＣＫ格式离散，利用ＭＳＩ方法求解代数方程．数值计算表明本方法具有计算稳定、收敛速度快等特点．     

多翼空空导弹复杂流场气动力计算

为了高精度地确定导弹的气动力参数,为导弹合理的气动布局提供理论依据,对绕某外形多翼空-空导弹全弹体三维绕流流场进行了雷诺平均Navier-Stokes方程数值模拟,为了使方程封闭采用了Spalart-Allmaras一方程湍流模型,计算方法为Jameson的有限体积多步Runge-Kutta时间推进法和空间中心差分耦合人工粘性项,使用分区技术,通过求解椭圆型偏微分方程方法生成了连续拼接式多块结构化网格,在超音速带有攻角和有滚转角或无滚转角的条件下,获得了导弹弹体、舵翼和副翼上的气动力和力矩,计算结果与实验数据以及其它程序的计算结果吻合较好.结果表明:文中算法可用于真实复杂外形导弹、复杂流态下的气动力计算.     

求解不可压流体Navier-Stokes方程的四阶精度有限容积紧致格式

采用四阶精度的有限容积紧致格式在交错网格上对二维非定常不可压流体的Navier-Stokes方程中的对流项和扩散项进行离散．压力项则由压力Poisson方程求得，并给出了新的压力Poisson方程的四阶精度有限容积紧致格式的离散表达式．用低存贮的三阶Runge-Kutta方法对Navier-Stokes方程进行时间推进．Fourier分析表明，有限容积紧致格式比一般的有限容积非紧致格式有更高的分辨率．最后以Taylor涡为例，得到了很好的结果．     

高压往复泵缸体系统接触问题数值模拟

针对往复泵外载荷作用复杂、缸体与阀套接触面上容易出现裂纹而失效的问题,依据往复泵工作原理、流体力学基本理论和接触问题数值方法,建立了高压往复泵缸体-阀座-阀套系统的接触模型.在考虑压力脉动、流量脉动、交变载荷和进、出口阀门开启关闭的撞击等多种因素的综合作用下,建立了高压往复泵缸体-阀座-阀套系统的有限元模型,对整个系统的接触状态进行了分析,得到缸体系统的应力分布、接触状态和接触面的接触应力分布情况及薄弱部位的位置.     

混流式水轮机转轮内部流场数值分析

从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发,采用层流模型描述水流动状态,并在欧拉坐标系中用速度－压力修正法对模型进行求解,考虑到转轮内流道几何形状比较复杂,故采用有限元法进行数值离散,并将该解法用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编制计算程序,对三峡工程混 式水轮机转轮内部的流场进行数值计算,分析了转轮内的速度和压力分布。     

用速度-涡量方法解具有表面抽吸的圆柱绕流问题

用有限差分法计算了不可压缩粘性流体绕具有表面抽吸圆柱的流动，控制方程采用涡量－速度形式的N－S方程，并引入对数有坐标变换，以使近壁处的网格加密，其中涡量输运方程采用二步R－K方法求解，速度泊松方程采用LSOR方法求解，并对速度进行了无散修正，计算表明合理选择抽吸的位置与强度，可有效减少阻力和升力，得到较好的流动控制效果。