激波诱导变形液滴外流场数值模拟

基于Delaunay非结构网格生成方法和局部阵面推进重新生成网格的方法,应用边界边剖分与合并技术,对二维含自由表面流动中运动边界网格的生成方法进行了研究,改善了局部网格重新生成过程中的网格质量;对激波诱导变形水液滴在高速气流作用下的受力情况做了数值模拟.结果表明:该文在处理二维自由表面的动边界问题中采用的方法是可行的.     

激波诱导圆柱运动数值模拟

该文采用基于含有运动边界自适应非结构网格点的显式有限体积方法求解Euler方程，提出了一种运动边界的数值处理方法，对激波诱导的圆柱运动进行了数值模拟。由于物体的运动，物体边界附近的网格将发生变形。对运动边界附近严重变形的网格采用局部网格重新生成的方法进行处理。采用HLLC方法来处理运动边界问题，计算并比较了气流流过静止圆柱和圆柱在静止流场中运动2种情形。结果表明，应用HLLC方法处理运动边界是可行的。     

非结构动网格在变后掠翼气动问题中的应用

对非结构动网格生成的弹簧近似方法进行了研究.采用了顶点弹簧方法,分析研究了弹簧倔强系数的取值,同时通过引入挤压倔强系数和边界修正,对标准弹簧近似方法进行了改进.改进后的方法可以大大提高网格变形能力和网格质量.应用此非结构动网格生成方法并通过耦合求解基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述的Euler方程,模拟了作简谐振动的NACA64A010及M6机翼变后掠状态下的跨音速绕流,计算结果与实验结果吻合良好.     

用改进非结构动网格方法模拟跨音速非定常绕流

对用于非结构动网格生成的弹簧近似方法进行了研究.通过采用顶点弹簧方法,分析研究了弹簧倔强系数的取值,同时通过引入防扭转、防挤压倔强系数和边界修正,对标准弹簧近似方法进行了改进.改进后的方法可以大大提高网格变形能力和网格质量.应用本文发展的非结构动网格生成方法并通过耦合求解基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述的Euler方程,模拟了做谐和振动的矩形刚性机翼及大展弦比后掠机翼弯扭耦合振动跨音速非定常绕流,计算结果与参考文献提供的结果及实验结果吻合良好.     

复杂通道内非结构网格的生成方法

通过对非结构网格剖分方法的研究,给出了在复杂通道内非结构网格生成过程中的几个重要步骤。采用源项控制的方法来控制计算区域内的网格尺度分布,并利用非均匀有理B样条进行边界的拟合及重新离散,以满足边界上的网格尺度信息。分别用Delaunay三角化方法和前沿推进法生成初始网格和内部网格,同时保证了几何边界的完整性和内部网格的质量及生成速度。引入了整层加点和局域网重组的方法,对前沿推进法进行了改进,并对具体的复杂几何通道进行了网格剖分,给出了剖分结果。结果表明,该方法可以在一定程度上减少网格的判断与重组时间,从而提高了非结构网格的生成效率。     

含动边界非结构化自适应网格生成方法研究

在处理包含运动边界的流体运动时,由于边界的运动而引起网格的变形,对精度和计算步长造成严重的影响,该文讨论了当网格变形严重后对网格重新修正的方法,主要包含以下几个内容：常用的生成 非结构化网格的方法,即阵面推进法和Delaunay方法,利用自动插点的Delaunay方法生成 二维三角形网格以及网格的自适应过程,采用网格再生成技术解决含动边界网格的变形问题。     

转笼生物反应器流场的滑移网格与动网格计算比较

转笼生物反应器是利用动态流化床的理念研制的一种新型反应器,其内部流场直接影响反应器的污水处理效果,采用计算流体力学方法(CFD)模拟其内部流场,对于优化转笼结构,提高污水处理效率有着重要作用.通过采用滑移网格与动网格两种方法对转笼内部流场进行计算比较,分析表明:滑移网格在模型处理、复杂运动边界模拟和计算结果连续性方面不及动网格模型;滑移网格在计算耗费方面优于动网格模型.     

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。     

面向高速列车过隧道气动效应的自调节数值模拟方法

为研究高速列车过隧道时的气动效应问题，本文建立了基于结构网格和Cartesian网格的融合网格生成策略，提出了基于全叉树数据结构的融合网格生成方法，开发了一种具有移动边界条件的自调节Euler方程数值求解器.采用流动方向上单位压力变化的反馈绝对值作为网格自调节的控制参数，实现了动边界条件下流场网格的自动加密与稀疏.基于上述求解器对高速列车通过隧道场景进行了数值分析，获得了隧道壁面关键部位测点的压力变化数据，还进行了相同条件下的高速列车动模型试验.试验对比结果表明，求解器计算与模拟试验结果基本吻合.本文发展的网格生成策略以及动边界条件下的Euler求解器具有较高的数值精度，是面向高速列车动边界问题数值求解的一个较好选择.     

非结构网格RKDG方法求解多介质界面问题

在多介质流体力学方程数值模拟中,界面的计算是一个非常重要的问题.采用非结构网格上RKDG(Runge-Kutta Discontinuous Galerkin)有限元方法,给出了捕捉多介质界面的Lev-el Set方程和重新初始化方程的计算方法.数值实验表明多介质界面在非结构网格计算上,RKDG有限元方法具有很大的优点.     

一种求解N-S方程的自适应直角网格方法

提出了一种用直角网格表达背景、切削网格表达边界的非结构化自适应直角网格方法.该方法采用四叉树保存网格数据,将切削简化成6种类型,用速度的旋度和散度作为自适应加密标准,从而可实现任意二维区域网格的自动生成和自适应加密.通过将极小网格边界化处理,利用SIM-PLE算法处理速度和压力的耦合,实现了该网格上N-S方程的离散和求解.算例表明,该方法网格生成简单,可以用于任意形状上的流动和传热模拟,相比非自适应方法,用一半的网格数目即可达到相同的计算精度.     

面向双层插值边界面法的非结构自动网格划分

针对数值模拟前处理过程中网格划分存在的困难，提出一种面向双层插值边界面法的非结构自动网格划分方法.该方法基于网格尺寸、表面曲率、实体厚度等几何特征进行体二叉树自适应细分，避免使用任何协调过渡模板处理悬挂点，降低网格划分的困难.构建了体网格拓扑元素与实体模型边界的快速求交算法，有效提升求交计算效率，降低算法实现复杂度.实验结果表明，最终网格划分实现整体以六面体网格为主，实体边界附近的部分网格以四面体、三棱柱或金字塔网格为辅的非结构自动网格划分，验证了该方法的准确性、有效性及鲁棒性.     

气泡堆积法生成曲线多边形区域非结构化网格及其应用

对气泡堆积法进行改进,发展了一种基于气泡堆积法生成曲线多边形区域非结构化网格的算法,将曲线边界映射为直线完成气泡添加和位置动态调整,再通过弧长参数化的方法将气泡位置映射回曲线边界,避免了移动调整过程中气泡偏离曲线的问题.提出了一种简便的判断点在复杂曲线多边形区域内的方法,简单且易于编程.通过添加不同大小的顶点气泡以及在内部设置人工点源,利用加权平均法实现了网格的局部加密.应用基于非结构化同位网格的SIMPLE算法对环扇形空腔顸盖驱动流进行了数值模拟,不同雷诺数下的计算结果与文献结果吻合较好.     

Level Set方法在非结构网格上的应用

采用基于非结构网格的Level Set方法对多介质流动问题进行数值模拟.采用有限体积法求解Euler方程,控制面通量的计算采用HLLC(Hartern,Lax,van Leer,Contact)近似Riemann解方法.Level Set方程也采用有限体积法求解,采用Lax-Friedchs方法计算通量,通过窄带(Narrow Band)方法来减少计算量,重新初始化采用Fast Marching Method.界面的处理采用Ghost Fluid方法.Runge-Kutta显式时间推进,时间、空间都是二阶精度.对SOD激波管问题进行数值模拟,其结果和精确解相吻合;对空气/氦气泡相互作用问题进行模拟,取得较好的结果.     

基于高阶谱差分和嵌套网格方法的三维无粘流动数值模拟

数值方法采用高阶谱差分格式,单元边界上的通量采用基于Roe格式的近似黎曼解,在嵌套网格上求解三维Euler方程.嵌套边界上使用了一种高阶紧致的插值格式.对三维亚音速定常无粘流动进行数值模拟,使用嵌套网格与单块网格得到的计算结果吻合很好.     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams-Bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie-Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(TTU)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.     

气泡堆积法生成局部加密非结构化网格

对生成非结构化网格的气泡堆积法(BPM)进行改进,提出了一种生成局部加密非结构化网格的算法.该算法通过向多边形顶点添加任意大小气泡以及在内部设置点源,并利用反距离加权平均法传递节点信息,简单地实现了局部加密/稀疏网格的生成.同时,还提出了气泡数量的控制方法,可对过于稠密或者疏松的气泡群进行气泡的删除和添加,使所有的气泡更好地与计算区域相匹配,消除了不规则三角形网格的生成,提高了生成网格的质量.用改进的BPM算法对矩形区域生成了边界加密、中心稀疏的非结构化网格,在雷诺数为1000的工况下对方腔项盖驱动流进行了数值模拟,与基准解对比非常吻合,证明生成的网格质量较好.     

基于四叉树切削网格的N-S方程求解方法

以四叉树非结构化网格为基础,提出了背景区域采用正方形四叉树网格、边界区域采用切削网格的一种可以表达复杂几何形状的网格生成方法,该网格具有生成过程简单,正交性好等优点.在这种网格的基础上,采用非结构网格有限体积法进行离散得到了多种形状切削网格并存时Navier-Stokes（N-S）方程的求解算法,并以顶盖驱动斜方腔流和方腔内热圆柱自然对流为例,应用上述算法实现了网格生成和流动数值模拟,与基准解进行了比较,一致性较好.计算结果表明这种切削网格方法及其N-S方程求解方法具有可靠性和应用前景.     

运用三维动网格技术模拟计算离心泵的非定常流动

 运用三维动网格技术,对离心泵非定常流场进行数值模拟。使用Fluent流动软件的Profile文件定义叶轮计算域边界面的转向和转速,将所有计算域设在同一个惯性系中。采用弹簧光滑法、动态分层法及局部网格重构法3种方式实现计算域网格变形。在同样的计算模型、计算网格、初始条件、边界条件及软件设置条件下,将动网格与传统的滑移网格计算结果进行了对比。计算结果显示:在经历约5个叶轮旋转周期后,两种计算网格数值结果趋于一致,但动网格的迭代速度几乎是滑移网格迭代速度的3倍。原因是动网格计算仅在一个惯性系中进行,新旧网格节点的拓扑关系保证了良好的计算精度和时间上的连惯性;而滑移网格计算因多参考系之间的数据对接影响了时间上的连贯性、降低了迭代速度。研究表明采用动网格技术可实现水泵的三维非定常流场数值模拟,具有较强的通用性和广阔的应用前景。     

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.