容器中自由液面波动的三维数值模拟

跟踪自由表面的流体体积函数法（ＶＯＦ方法）建立在部分流体体积基础上，是解决具有表面张力的液面波动问题的一种有效方法，该方法可利用部分单元体处理曲边界和内部障碍物。本文介绍了ＶＯＦ数值计算方法的基本原理，并用ＶＯＦ方法编制了程序，模拟计算了容器中具有自由表面的三维、非定常液面波动问题，得到了典型流动模型的计算结果，结果与物理分析相吻合，证明ＶＯＦ方法是解决具有表面张力的自由液面波动问题的一种有效方法，可为工程设计提供理论依据。     

基于 SIMULINK 的船-机-桨建模与仿真

从加快风帆助航的研制周期、降低成本、提高效率出发,提出了一种基于MATLAB/SIMULINK的船机桨仿真系统平台.介绍了该系统的组成、结构和各模块的功能及特点.试验表明,所建立的船机桨仿真系统满足了设计性能指标,达到了预期的目的     

船-桥碰撞有限元数值模拟分析

文章以船-桥墩碰撞为主要研究对象,重点探讨碰撞过程中撞击力、撞深的变化以及速度对撞击结果的影响,利用LS-DYNA进行数值模拟,仿真分析船舶在不同初始速度情况下的撞击结果,并与各国规范进行比较,同时分析船舶刚度对撞击结果的影响,为桥墩防护设计提供参考依据.     

VOF方法中自由液面重构的数值模拟

介绍了VOF方法中的斜线法,详细写出了重构的具体过程,并与经典的计算方法——HIRT-Nichols方法做了对比,发现斜线法易于编程,结果更接近真实的液面情况。     

双层半圆管盘式涡轮桨搅拌槽气液分散特性的数值模拟

采用基于气泡聚并和破碎机理的群体平衡（PBM-MUSIG）模型,对双层半圆管盘式涡轮桨搅拌槽内的气液分散特性进行了数值模拟;考察了不同通气量和操作转速下气液搅拌槽内流体流动,局部气含率和气泡尺寸的分布规律。模拟结果表明：通气工况下搅拌槽内的液相流场具有双循环流动形式;采用PBM-MUSIG模型预测的局部气含率分布与文献实验数据吻合较好;搅拌槽内气泡尺寸随转速增加而减小,随气量增加而增大;桨叶排出流区域内气泡尺寸较小,近壁区和循环区内气泡尺寸较大。     

基于自由液面预测的非线性液体晃动问题的数值模拟

针对一类矩形贮液箱的非线性晃动问题,提出一种基于有限差分算法的数值模拟方法.该方法首先采用σ变换将流体区域转化为矩形域;然后在时间迭代的过程中,运用自由液面运动学条件的显格式预测出下一时层的自由液面形状,并对边界条件中的非线性项作近似处理,由此得到描述下一时层各状态量的离散线性方程;最后根据数值解来对下一时层的自由液面进行校正.使用该方法计算了自由晃动、受迫晃动和行波3种情况,数值计算结果表明该方法具有良好的收敛性和准确性,能够有效地实现非线性晃动过程.此外,这种预测校正格式能够在保证算法稳定性的前提下,灵活地处理包含运动边界的数学问题.     

LNG FPSO液舱内储液晃动特性的数值模拟

研究液化天然气(LNG)低温大型SPB型储液罐在海上运动过程中晃动引起的对液舱壁面产生的动侧压力、储液的气液混合情况、储液的晃动幅度及液舱内压力分布。基于VOF(volume-of-fluid)模型模拟二维SPB型液舱内储液的晃动特性,并利用试验数据对模型的计算结果进行了验证。结果表明:模拟数据与试验数据吻合较好;晃动幅度与运输船的初始速度有关,初始速度越大,晃动就越剧烈;不同储液充满率引起的晃动不同,充满率越大,晃动的幅度越小,有利于减小储液的晃动;在液舱内合理的设置阻流板有利于抑制晃动。     

自由状态冰块尺寸及初始位置参数对冰桨耦合水动力性能的影响

为了模拟无约束状态下自由运动冰块对螺旋桨水动力性能的影响,文章使用重叠网格方法建立了冰桨相互作用的非接触模型,计算中采用六面体网格对计算域进行网格划分,然后使用动态流体-固体相互作用方法来模拟螺旋桨抽吸作用下的冰块的运动,经与冰桨作用下冰块运动轨迹实验结果的比对,证实文章方法的准确性.通过对不同大小的冰块、冰块的初始径...     

涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

文中采用FLUENT软件对六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,选用多重参考系法(MRF)及标准kε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时用计算机流体力学(CFD)方法研究了不同的加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律,模拟结果表明:混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制,混合时间与加料点及监测点位置密切相关。研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。     

剪切变稀型流体在搅拌槽中流动与混合特性数值模拟

使用计算流体力学(CFD)软件CFX对剪切变稀型流体混合特性进行了数值模拟。计算了剪切变稀型流体在不同转速下的自由液面高度及表面示踪粒子运动时间,并与实验进行了比较。搅拌槽直径D=480 mm,搅拌桨为45°两斜叶桨,无挡板,以某催化剂胶体为工作物料。自由液位高度计算方法采用VOF模型,层流状态。时间计算方法采用表面示踪粒子运动法,并比较了牛顿流体与剪切变稀型流体表面示踪粒子运动时间的差异。     

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.     

自由表面流动的移动粒子半隐式模拟方法

引入可压缩因子，对移动粒子半隐式方法（MPS）进行了改进，解决了MPS方法在计算中容易出现的不稳定问题．使用改进后的方法对液柱倒塌算例进行了模拟计算，并将计算结果与实验及其他数值计算结果进行了比较．计算表明，引入可压缩因子大大提高了计算的稳定性，且方法简单易于实现，在液柱与挡板发生碰撞、流体发生大变形时依然能进行有效地模拟。     

水平边界条件下深孔微差爆破的数值模拟

目的 研究水平边界条件下深孔微差爆破的作用机理。方法 采用动态非线性有限元法对单个水平自由面深孔微差爆破进行数值模拟。根据模拟结果分析岩块运动和槽腔内岩块的破坏方式。结果 孔底部分的岩石主要以冲击压缩破坏为主,而自由面附近的岩石主要以层裂破坏为主。结论 掏槽孔的爆破作用和微差时间的确定是影响微差爆破的重要因素,使用含定向裂纹的弹塑性模型可较好地描述脆性岩石本构行为。     

二维激波边界层干扰的数值分析

该文利用二维可压缩雷诺平均Navier-Stokes方程，采用k-ε湍流模式，运用半离散有限体积法，对捆绑火箭助推器和芯级之间的激波边界层干扰进行了二维数值模拟．数值结果表明，在激波边界层的干扰下，壁面边界层流动出现了分离和再附过程，压力和温度出现激烈变化．     

水下拖缆接触海底时的数值模拟

为分析拖缆和海底的相互作用,研究了水下拖缆和海底有接触时的运动响应.首先,基于集中质量法给出了三维非均匀拖缆运动的数学模型,并采用四阶龙格库塔方法进行数值求解.其次,将海底视为三维不规则连续的刚性曲面,其中海底对拖揽的作用力包括法向反作用力和切向摩擦阻力两部分,并计入了带速着底时的冲击响应,藉此考虑了它们对拖缆动力学性能的影响.最后,由仿真计算给出拖揽在不同运动状态下的响应并进行了分析.结果表明,摩擦阻力和冲击对拖揽动力学性能影响显著.     

容器中液体晃动的数值模拟

文章介绍了通度的概念和VOF方法的计算原理,采用修正的VOF方法跟踪自由表面,应用改进的三维施主与受主单元模型求解流体体积函数F的输运方程,通过编程模拟计算了容器中具有自由表面的三维、非定常液面波动问题,计算结果与实验分析相吻合。     

自由水涡结构及运动特征的数值研究

采用雷诺应力湍流模型和PISO算法对自由水涡的运动全过程进行了仿真模拟，运用流体体积（VOF）模型处理自由表面问题，通过模拟计算得到了自由水涡的详细结构和运动过程，研究结果表明，自由水涡是由旋转能量的局部集中造成的，其设旋转方向是由水池内水的旋转方向所决定的，自由水涡是一种类兰金涡，其旋转速度和压力的分布具有兰金组织合涡的特点；没有长排水管的自由水涡在成熟阶段具有两个特征区域，分别称为吸气孔和抬气区。     

基于HLLC近似Riemann解的自由面流动数值模拟

对于自由面流动问题,发展了一种新的数值模拟方法.在该方法中,自由面的捕捉通过求解Level Set方程实现.该方程与流体力学控制方程耦合形成双曲系统方程,并采用人工压缩方法进行求解.为了提高计算的分辨率,发展了一种有限体积框架下的高阶WENO格式,并构造了基于HLLC近似Riemann算子的通量函数.对若干典型自由面流动问题进行了数值模拟,计算结果表明了该方法的有效性.     

微重力状态下自由液面构型的Surface Evolver软件计算

以扇柱形贮箱为研究对象,根据微重力状态下液体的毛细现象,基于Surface Evolver软件平台,建立了三维分析模型.利用该模型进行数值模拟,深入研究了微重力状态下扇柱形贮箱内角处自由液面的爬升特性,数值分析结果与实验结果吻合良好,证明了该方法的合理有效性.通过数值分析,详细探讨了接触角及容器中心角对微重力条件下自由液面爬升的影响规律,发现液体与容器壁接触角之和小于90°时,液体会不断爬升;当中心角大于50°时,液体爬升高度变化很小.