二维不可压N-S方程二次四边形单元有限元解

粘性不可压流体问题是众多工程中重要的力学问题.数值求解Navier-Stokes方程会遇到两大困难:非线性和不可压性.针对二维不可压Navier-Stokes方程的特点,建立了以流函数为求解变量的四阶微分控制方程,有效地避免了处理涡量边界的难题.采用8节点二次四边形单元,单元基函数为2次非线性高阶函数,建立了求解二维不可压N-S方程的有限元方程,并自主开发了二次四边形单元有限元程序.数值实验结果验证了该方法的精确性和可靠性.因此,该方法在计算流体力学中有较好的应用前景.     

方柱绕流的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数为2.2×104的方柱绕流流场进行了数值模拟.使用非交错网格的有限差分法,分别对准三维物理模型和真实三维物理模型求解不可压N-S方程,将沿流向方向方柱水平中心线上的时均速度的计算结果与实验数据进行了比较,结果表明,三维模型的模拟结果优于准三维模型的模拟结果.比较升力系数和阻力系数发现,与二维模拟(RNG)方法相比, 三维模拟的结果更加接近实验测试数据.     

三维菱形液舱剧烈晃荡和共振频率数值研究

为了预报真实液化天然气(LNG)船液舱的共振频率,采用基于直角网格的三维多相流模型,模拟了不同充液水深和激励频率的菱形液舱剧烈晃荡问题.该数值模型采用时间半隐式有限差分法在交错直角网格上求解不可压缩两相流Navier-Stokes(N-S)方程,采用径向基函数虚拟网格法(RBFGCM)处理不规则舱壁结构和,用三维梯度增...     

改进格式的组合网格法

针对组合网格法在求解特殊类型的工程问题时求得数值解精度低的缺陷,提出一个改进计算格式的组合网格法.粗细两套网格都是在各自区域上单独剖分,两套网格互不影响,在粗网格上达到粗网格的精度,在细网格上达到细网格的精度.该方法的网格剖分为粗网格和细网格,能够大大提高数值解的精确度.     

铸造充型过程模拟新技术研究

铸造充型过程数值模拟计算中,速度场和压力场的求解非常重要.通常求解粘性不可压流体的基本方程(动量方程及连续性方程)往往采用SOLA-VOF算法,但该方法计算精度和速度并不是很好.本文提出了一种新的计算方法--三维近似盒迭代法(ABX),该方法采用混和差分格式离散方程.实践证明,该方法可以准确而迅速地求解N-S方程.     

低速湍流中气动噪声预测方法

 为了研究气动噪声的产生机理和传播过程,在考虑介质黏性的影响情况下,采用分解法并结合湍流模型,对低速湍流流动中气动噪声问题在时域上进行数值计算。基于非结构化同位网格和有限体积法,把可压缩N-S方程分解成不可压N-S方程、含黏性项的声扰动方程;为了考虑质点振速和声压耦合,采用SimpleC算法来同步求解不可压N-S方程和声扰动方程。进出口远场边界采用以渐近解为基础的无反射边界条件,并采用与内部区域相对应的有限体积法、时间隐式格式对其进行求解。利用所编制的程序进行层流状态下圆柱绕流气动噪声仿真验证,并与文献结果进行对比,检验本方法的正确性;并结合湍流模型将数值解法推广到湍流状态下气动噪声数值模拟中。结果表明该方法能够很好地反映流场和声场的形态,无反射边界能很好地抑制声波在边界处的反射,适合低速流气动噪声问题模拟,为实际工程中的降噪工作提供预测信息。     

非结构化网格上N-S方程的离散

采用有限容积法离散控制方程,实现了二维非结构化同位网格上的SIMPLE算法,并编写了四边形网格求解不可压缩N-S方程组的程序.分别采用三角形网格与四边形网格,对计算传热学中有基准解的顶盖驱动空腔流问题进行了模拟.结果表明:所提算法既可用于三角形网格,又可用于四边形网格；三角形网格与四边形网格的模拟解均与基准解吻合,验证...     

Fredholm型泛函积分方程基于■插值的两层网格解法

本文探讨了一类Fredholm型泛函积分方程基于■插值的两层网格解法.利用Banach不动点原理,给出了其解析解存在唯一性的充分条件;在粗网格上采用高效数值积分公式结合配置方法对积分方程进行离散化,并给出了粗网格上的■插值解及收敛性的结果;再次采用不动点迭代的思想,得到了在细网格上以粗网格■插值为初始解的两网格迭代解及收敛性的结果;最后通过数值实验验证了理论分析的有效性和可靠性.     

非线性抛物型方程的两水平方法

对非线性抛物型方程的近似给出了两水平有限差分方法 ,分析了时间隐式离散格式的收敛性。首先在直径为H的粗网格上求解非线性问题 ,然后在直径为h的细网络上将非线性项关于粗网格解展开 ,在细网格上求解线性问题 ,最后利用超收敛节点的插值更新粗网格节点的值     

求解不可压N—S方程的完全压力校正方法

为解决在非交错网格上求解不可压N-S方程遇到的压力波动问题,将一种完全压力校正方法推广到三维非正交曲线坐标系中.该方法的校正压力由质量守恒项和压力平滑项组成.对带有移动顶盖的三维方腔层流和90°方截面弯管层流流动问题的数值模拟结果表明,该方法准确可靠,程序编制简易,计算效率明显提高.     

非线性椭圆问题的紧致差分格式及瀑布两网格法

为了讨论来源于科学工程问题的二维非线性椭圆问题的离散格式及其数值解法。首先,将泊松方程的四阶紧致差分格式推广至二维非线性椭圆问题,提出了紧致差分(CFD)格式,基于CFD格式,选取合适的步长,形成粗网格层和细网格层。在粗网格层上,使用牛顿法求得对应的非线性方程的高精度数值解;在细网格层上,运用插值算子将粗网格上的数值解进行插值,得到细层上较好的初始值,并再次使用牛顿法进行求解,提出了CFD格式下的瀑布两网格(CTG)法。数值实验表明:提出的CFD格式具有四阶计算精度,CTG法迭代步数少、计算时间短。     

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.     

非线性反应扩散问题两网格混合有限元法的数值分析

对于一类非线性反应扩散问题,给出了一种两网格混合有限元解法.首先在粗网格上求解非线性方程组,然后在细网格上采用了牛顿迭代求解.从数值分析的角度对两网格混合有限元算法进行了研究.数值算例结果表明,与混合有限元方法相比,两网格混合有限元方法在不降低解的精度阶数的条件下,提高了计算速度.     

非线性抛物型方程的两水平方法

对非线性抛物型方程的近似给出了两水平有限差分方法，分析了时间隐式离散格式的收敛性。首先在直径为H的粗网络上求解非线性问题，然后在直径为h的细网络上将非线性项关于粗网格解展开，在细网格上求解线性问题，最后利用超收敛节点的插值更新粗网格节点的值。     

二维不可压材料线弹性有限体积法的研究

发展了一种针对二维不可压材料线弹性问题的格点型有限体积法(CV-FVM),将不可压约束条件加入到线弹性体控制方程中,采用双线性四边形单元,对控制方程的数值离散过程做了详细的推导.将位移以及静水压力作为待解量进行直接求解,其分别存储在单元节点以及单元中心,并假设静水压力在单元内分布一致.对不可压材料的方板以及无限长圆管的线弹性问题进行了数值验证.通过数值解与理论解的对比,发现采用发展的CV-FVM可以避免有限元中当泊松比为0.5时所出现的闭锁现象,通过增加网格密度可以得到较高精度的数值解.     

铸造充型过程模拟新技术研究

铸造充型过程数值模拟计算中,速度场和压力场的求解非常重要．通常求解粘性不可压流体的基本方程(动量方程及连续性方程)往往采用SOLA-VOF算法,但该方法计算精度和速度并不是很好．本提出了一种新的计算方法——三维近似盒迭代法(ABX),该方法采用混和差分格式离散方程．实践证明,该方法可以准确而迅速地求解N-S方程．     

瞬态N-S方程的二阶全离散稳定化两重网格有限元方法

文中对瞬态N-S方程建立了一个二阶全离散稳定化两重网格有限元方法.该方法不需要有限元空间满足inf-sup条件,格式中的稳定项也与参数选取无关且无边界积分项.在实际计算时只需先在网格长度为H的粗格上解非线性N-S方程,然后在网格长度为hH的细格上解一个线性Stokes方程,仍可达到细网格上求N-S方程的逼近精度,既节约了计算内存,也提高了计算效率.如果选择适当的网格长度,则两层格式所得到的误差与标准格式的误差具有相同的精度.     

基于RNG k-ε湍流模型钝体绕流的数值模拟

采用RNG k-ε湍流模型对钝体绕流流场进行了数值模拟．计算采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N-S方程．计算结果表明，RNG k-ε湍流模型可以成功地模拟绕钝体的不稳定、非定常和剧烈分离流动。     

非线性反应扩散方程的两重网格算法

将两重网格算法和混合有限元方法结合起来,通过对二维非线性反应扩散方程右端的非线性项进行基于粗网格解的泰勒展开,化为细网格上的线性问题,从而为求解该类方程提供了一种有效的数值解法。收敛性分析和数值算例结果表明,该算法与标准有限元方法相比,其优点是在不降低解的精度阶数的条件下,提高了计算速度,同时能够得到精度更高的导数。     

Cahn-Hilliard方程的时间双层网格混合有限元方法

针对数值求解Cahn-Hilliard方程时非线性项引起的时间耗时问题,提出了时间双层网格混合有限元方法.首先,在时间粗网格上,通过非线性牛顿迭代方法求解非线性混合有限元系统,其中空间离散采用混合有限元方法,时间离散采用隐式欧拉格式;其次,基于初始迭代数值解和拉格朗日插值公式,在时间细网格上求解线性混合有限元系统;最后,分析了该方法的稳定性和误差估计,并通过数值算例进行验证.结果表明,与传统的混合有限元方法相比,该方法可以节省计算时间.