表面波诱导的近底高浓度泥沙水层内波动场的计算

随着水质恶化,底泥悬浮对水质的重要影响受到极大地关注.计算机的迅速发展为数值模拟底泥运动与再悬浮研究提供了可靠手段.利用连续性方程和N-S方程模拟流体质点运动,采用VOF法追踪自由面和水-泥沙水的相界面运动,建立了空气-水-高浓度泥沙水的数值波浪水槽,实现了波浪作用下的流场动力学响应模拟.利用波谱分析手段,分析了流场中表面波和内波耦合波场的波动特性,提出了小幅值线性波动场的计算方法.     

界面模拟方法在气泡运动领域的应用述评

介绍了几种界面模拟方法如边界积分方法、锋面跟踪法、VOF方法以及水平集方法的基本思想.对这几种方法在模拟气泡运动领域取得的成果进行了总结:边界积分方法在模拟三维界面流动方面存在局限性;锋面跟踪法在模拟大量气泡动力学特性方面取得了一定的进展,但未对气泡在上升过程中的破裂及融合现象加以考虑;VOF方法及水平集方法则以计算量小、模拟精度高而越来越受到广泛的关注.     

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。     

液态金属熔体中气泡运动特性数值模拟

为了揭示高温液态金属熔体中气泡运动规律及其彩响因素,应用VOF方法对单个气泡在液态金属中的运动特性进行了数值计算,得到了与实验数据相符合的气泡变形及上升速度规律;分析预测了表面张力对气泡变形过程的影响及单个气泡在液态铝熔体中的运动轨迹．结果表明,气泡的变形随着奥托斯数的减小而减小;其运动规律是呈螺旋式上升的,容器半径越小、气泡越小,气泡的摆动幅度越大．     

水平圆柱出水数值模拟

针对水平圆柱出水问题,以Fluent软件为计算工具,建立了数值水池.应用VOF结合RANS的方法对零浮力水平圆柱出水过程的气液两相流动和刚体运动耦合的问题进行了数值模拟.捕捉了圆柱出水过程中自由表面的变化以及出水过程的黏性流动分离;模拟显示了圆柱竖直运动过程.结果表明：圆柱出水的数值模拟结果和经典实验照片符合较好;圆柱运动轨迹同样和实验结果符合,验证了方法的有效性和精确性.     

刚性沉水植物影响下波浪传播及泥沙悬浮数值模拟

由于植物引起的紊动作用,含刚性植物床面中悬浮泥沙浓度与无植物裸床相比显著增加,而通过平均流速计算底床切应力的传统泥沙模型无法模拟出该现象。因此,在含植物水流水沙运动物理模型试验的基础上,构建了基于Flow–3D的含刚性沉水植物条件下波浪传播的三维数学模型,模拟了植物影响下波浪动力特征和泥沙悬浮过程,同时从紊动能角度修正希尔兹数,对泥沙模块进行了改进。与实测数据相比,该模型可较精确地模拟出植物引起的整体水流流速减小和局部冠层顶部处的流速增大、水体紊动增强以及紊动能在波周期内出现两个峰值的现象。与原始泥沙模块相比,改进的模型考虑了植物尾流紊动对泥沙运动的影响,可提高含植物床面泥沙悬浮模拟的精度。     

波浪的NS方程数值模拟

采用粘性的ＮＳ方程,数值模拟惯性和重力占主要地位的表面波浪．为了“严格”地满足自由条件,采用了σ变换,把时变的水域变为固定的矩形计算域;在计算域的深度方向采用不均匀网格,水面处特意加密．同时,连续性方程变成波面起伏的对流型偏微分方程．出口边界处设置阻尼耗散区,外边界再用Ｓｏｍｍｅｒｆｅｌｄ－Ｏｒｌａｎｓｋｉ（ＳＯ）条件闭合．计算了多种波浪问题,特别是对入射余弦波的模拟,着重考察了数值粘性（特别是时间步长）和出口条件对波浪传播的影响．     

离心泵输送清水和含沙水时滑移系数的变化

应用Fluent软件对离心泵进行清水和含沙水的数值模拟,分析离心泵在输送清水和含沙水时的滑移系数变化.结果表明:滑移系数的变化与扬程有关;泵在输送清水和含沙水时滑移系数差异较大,且滑移系数随流量的增大而迅速减小;含沙水体积分数较小时,滑移系数随粒径的增大而增大,扬程也伴随升高;体积分数增大,滑移系数随着沙粒粒径的增大而减小,随着体积分数的增大而递减剧烈,扬程随之降低.     

二维非定常水跃的数值计算

本文采用直接解N-S方程和标准K-ε湍流模型方程的方法,模拟了一类二维强迫水跃的产生和发展过程,给出了水跃在发展的不同时刻的的自由表面形状和流速分布情况.计算结果较好地与试验结果符合.所编制的通用计算程序GRAFST可对一般的二维非定常带自由表面的湍流进行计算.     

Numerical Simulation of Condensation-induced Water-hammer

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ┐ｉｎｄｕｃｅｄＷａｔｅｒ┐ｈａｍｍｅｒＹａｏＺｈａｏｈｕｉ（姚朝晖），ＺｈａｎｇＸｉｗｅｎ（张锡文），ＷａｎｇＸｕｅｆａｎｇ（王学芳）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭ...     

浅水不规则波的无网格数值模拟

采用基于配点和径向基函数的无网格数值模拟方法,建立数值海洋工程水池,将源点布置在模拟波浪场之外,沿边界布置配点而不是划分网格;对深水不规则波经斜坡过渡后在均匀水深浅水域中传播的过程进行无网格数值模拟和波谱的迭代修正.不规则波的数值模拟结果显示,该方法形式简单、计算速度快、稳定性好.经物理水池的造波实验验证,波浪谱、波浪参数、波浪时历都与实验结果吻合良好,并具有浅水波特征,最终模拟得到的浅水不规则波令人满意.     

基于N-S方程的储层渗流与孔眼管流耦合分析

为了实现储层渗流与孔眼管流全耦合模拟分析,应用多孔介质渗流力学、流固耦合理论,建立了应力作用下油藏流固耦合数学模型,依据流体动力学管流理论用Navier-Stokes方程控制井筒和孔眼中流体流动;采用多重物理量耦合分析软件COMSOL Multiphysic对所建的模型进行数值模拟分析,实现了对四个偏微分方程组的全耦合求解,对模拟结果的研究表明孔眼末端压降和应变最大,该处岩石容易失稳,模拟结果证明所建模型和求解方法是有效的。     

高海况机翼波浪地面效应数值模拟与分析

针对三维等直机翼型(NACA0015),采用计算流体动力学(CFD)分析方法,以非定常不可压缩流动N-S方程和2阶RNGk-ε湍流模型,对高海况波浪地面效应进行了数值模拟与分析.首先在二维情况下数值模拟分析了波浪地面效应,讨论了计及当地风速和波浪行进速度的必要性,同时分析了高海况下波浪地面效应翼型气动力系数随飞行高度变化趋势及原因.在此基础上,计算分析了三维情况下,等直机翼在不同航向与风向角时的气动力系数及滚转力矩的变化,并重点对侧风影响下的滚转力矩产生机理及变化特点进行了论述.通过数值模拟,初步探讨了高海况下波浪地面效应对等直机翼气动特性的影响规律,为深入研究高海况对地效飞行器设计的影响提供了依据.     

基于N-S方程的储层渗流与孔眼管流耦合分析

为了实现储层渗流与孔眼管流全耦合模拟分析,应用多孔介质渗流力学、流固耦合理论,建立了应力作用下油藏流固耦合数学模型.依据流体动力学管流理论用Navier-Stokes方程控制井筒和孔眼中流体流动;采用多重物理量耦合分析软件COMSOL Multiphysic对所建的模型进行数值模拟分析,实现了对四个偏微分方程组的全耦合求解,对模拟结果的研究表明孔眼末端压降和应变最大,该处岩石容易失稳,模拟结果证明所建模型和求解方法是有效的.     

悬移质泥沙运动过程模拟分析

为了实现悬移质泥沙运动过程的模拟分析,应用联合k-ε紊流方程和悬沙输运方程的单流体模型,采用有限体积数值方法对其离散求解,分别对净冲刷和净淤积试验算例进行了计算模拟,计算结果与试验结果吻合良好,说明该模型是正确有效的,可以用来模拟悬移质泥沙的运动问题.分别对两个试验中泥沙上扬和沉降的运动过程进行数值模拟,结果表明:净冲刷和净淤积试验中泥沙开始上扬和沉降直至稳定状态分别运行24 s和35 s.采用单流体模型可以有效地对悬移质泥沙运动过程进行数值模拟,为河流海岸工程中的水沙研究提供可靠的参考和依据.     

复杂海况下舰载机着舰的动力学研究

探究了舰载直升机着舰的动力学问题.首先提出了随机海浪信号的数学模型,利用舰艇的响应振幅算子(RAO),基于叠加原理分析出舰艇摇荡的运动规律,而后利用带有耗散能的拉格朗日方程建立着舰机身的动力学模型.通过结合经典的舰艇及舰载机的动力学模型,对舰载直升机着舰过程中的动力学特性进行模拟.最后通过运用Runge-Kutta法求解动力学方程得出了有效的数值解,并运用Matlab仿真软件对该动力学模型进行了验证.     

水流运动物质点法数值仿真

在水流体运动问题的三维数值模拟中,结合拉格朗日法和欧拉法的物质点法具有计算精度和计算效率比较高的优势,本文应用物质点法和显示积分算法对水柱在固壁面上自由塌落、箱体内水流溃坝和水流绕过障碍流动的过程进行三维数值仿真,从数值仿真结果看,与实际水流的运动过程较为符合,表明物质点法在模拟水流体运动问题同样是一种有效的仿真方法。     

蓄水单坑非均质土土壤水分运动的数值模拟

针对蓄水坑灌法中非均质土壤水分问题，建立了数学模型，并采用ADI（交替方向隐式）差分法进行求解以模拟非均质土土壤水分运动规律，物理模型试验验证表明其与数值模拟结果基本相符，说明将此方法用于果树单抗灌溉入渗问题的研究是行之有效的，对促进果树灌溉技术的进一步研究具有重要意义。