流动与传热压力修正算法的研究现状及进展

求解流动与传热问题的压力修正算法于1972年首次由著名学者Patankar和Spalding提出,并被命名为SIMPLE算法。近四十年来,各国学者提出了多种改进方案来克服或者减轻由于这两点假设而引起的缺陷,所有这些改进的算法通称为SIMPLE系列算法。本文对压力修正算法,即SIMPLE及SIMPLE系列算法的研究现状及进展进行了详细介绍。     

SIMPLEC算法在同位网格中的研究及应用

对流扩散问题的求解关键是确定流场,而运动方程中最困难的就是对两个一阶导数项的处理,本文主要是解决另一关键问题——压力梯度项的处理.当利用有限体积法计算流动和传热问题时,普通的网格和离散方法无法检验出不合理的压力场[1],为了克服这一困难,通常采用交错网格技术,即把速度u,v和压力p(包含其它所有标量场和物性参数)分别存在三套不同的网格系统.这可成功地解决压力与速度的耦合关系问题,SIMPLE算法是压力修正算法的主导方法,本文采用的SIMPLEC算法就是SIMPLE的一种改进.     

改进Coupled算法在翼型气动性能计算中的应用

首先采用SIMPLE、SIMPLEC、PISO、Coupled算法对NACA0012翼型进行气动性能计算,并比较计算结果,得出Coupled算法能够准确反映翼型的气动性能;然后利用统计试验中的均匀试验方法对Coupled算法的主要参数进行多次试验,确定了其中对结果影响最大的参数为PE-RF(Pressure Explicit Relaxation Factors),表明了通过改进算法的参数可以实现更好的收敛特性,以及更准确的数值模拟值;最后利用NACA2412翼型验证算法参数设置的准确性。结果表明,应用改进的Coupled算法可以准确预测翼型的气动性能,并为以后的气动性能计算提供依据。     

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．     

磁流化床气固两相流动的数值模拟及实验验证

建立了床体为圆筒的磁流化床筒化数学模型。采用SIMPLEC算法对此类磁流化床床内的气固两相流动进行数值模拟，并对多种运行条件下床内气固两相流动的数值模拟结果进行分析，获得了磁流化床内气固两相在偏离或接近临界稳定区域的流化特性。通过用相对应的实验装置进行实验验证。结果证明：该简化的双相模型和SIMPLEC算法对磁流化床床内气固两相流场进行数值模拟具较好的适用性和准确性。     

水轮机蜗壳内流动的数值研究

在分析研究现有的水轮机蜗壳设计理论的基础上，对蜗壳在不同工况下的内部流动情况进行了三维不可压定常粘性流动的数值模拟。基于N－S方程和标准的κ－ε模型，采用贴体坐标、非结构化网格和SIMPLE算法，对蜗壳内部流动进行了计算分析，其结果与实验值吻合，可作为蜗壳优化和固定导叶设计、改型的依据。     

不规则区域中可压缩流动的数值模拟

将不可压缩流动的SIMPLE算法推广到可压缩流动的计算中。将二维直角坐标系和轴对称坐标系下的可压缩流动的控制方程用统一的方程式表达,在贴体网格中利用有限体积法进行离散,编制了通用的求解程序。对带有凸包的通道可压缩流动和轴对称坐标系下的马赫反射问题进行了数值模拟,得到的结果与相关文献中的结果吻合,表明了所提算法的正确有效性。     

基于泵内纸浆悬浮液数值计算的纸浆泵设计

在由吸水室、前盖板、半开叶轮和涡壳组成的过流部件内，对纸浆悬浮液的流动进行了三维不可压两相湍流流动计算．计算采用双流体模型及κ-ε湍流模型，Phase Coupled SIMPLE算法进行压力速度耦合计算．根据计算结果，对两相流动的速度、压力及体积分数进行了对比和分析研究．发现在叶轮叶片数较少的情况下，叶轮流道内速度变化不均匀．并着重对前盖板与叶轮间隙内的流动进行了分析，揭示了半开式叶轮输送两相流介质的优点所在．该计算结果为建立少叶片半开式叶轮纸浆泵的设计方法提供了理论依据．根据新的设计方法设计出的纸浆泵，效率经检测高出国家标准17．5％．     

多重网格法求解原始变量形式的Navier-Stokes方程

采用多重网格法 ,求解原始变量形式的Navier Stokes方程 .控制方程在交错网格上离散 ,并采用SIMPLE算法计算 .为加速收敛 ,结合使用适合非线性方程的全近似格式的多重网格法FAS .文章计算了雷诺数Re =10 0 ,10 0 0时不可压粘性流体绕圆柱的流动 .计算结果与实验结果和国外的计算结果基本吻合 ,说明了该方法的准确性和有效性     

二阶迎风有限体积法方腔流数值模拟

介绍了一种基于非结构网格的二阶迎风有限体积离散格式，在对流项的离散过程中，为了达到二阶精度，在界面上对物理量咖作Taylor展开，在处理展开项中的梯度时经入NND格式的优点，克服了中心差分格式不稳定的缺点，并对方腔流动进行了系统的数值模拟．计算网格采用三角形网格，节点数为12960，单元数为25600．压强修正基于SIMPLEC方法．给出了雷诺数Re达到5000时的定常流动结果，与以往方腔流计算的标准解非常吻合，但所用的网格数要少．计算结果表明该二阶迎风有限体积算法有很好的收敛性和稳定性，且松弛因子对计算结果影响很小．     

一种改进的SIMPLE算法

本文对传统的ＳＩＭＰＬＥ算法进行了改进，提出了一种新的协调型计算方法，并通过两个具体算例的计算与ＳＩＭＰＬＥ算法和ＳＩＭＰＬＥＣ算法进行了比较。结果表明，本算法有更好的收敛性。     

Implementation of an efficient segregated algorithm-IDEAL on 3D collocated grid system

The segregated algorithm-IDEAL (inner doubly-iterative efficient algorithm for linked-equations) is an efficient and stable algorithm. In this algorithm, there exist inner doubly-iterative processes for pressure equation, which almost completely overcome two approximations in SIMPLE algorithm. Thus the coupling between velocity and pressure is fully guaranteed, greatly enhancing the convergence rate and stability of iteration process. In this paper, implementation of the IDEAL algorithm on a 3D collocated grid system is conducted. The interface velocity is calculated by the modified momentum interpolation method (MMIM), by which the converged result is independent of the under-relaxation factor. Finally, five three-dimensional incompressible fluid flow and heat transfer problems are provided to compare the convergence rate and robustness between the IDEAL and three other most widely-used algorithms (SIMPLER, SIMPLEC and PISO). By the comparison it can be concluded that the IDEAL algorithm is more robust and efficient than the three other algorithms. Supported by the Key Project of National Natural Science Foundation of China (Grant No. 50636050), Fundamental Projects of Research and Development in China (973) (Grant Nos. 2006CB601203 and 2007CB206902)     

燃烧室冷态流动的数值模拟

采用曲线坐标,对一个典型的燃气轮机燃烧室的冷态流动进行了数值计算,得到的结果定性合理．同时,提出了一种新颖而又简单的网格生成方法,使用该方法得到的计算网格的质量明显优于常规方法     

稳定性可保证二阶格式在多重网格中的有效性和经济性

基于一种稳定性可保证的二阶差分格式（SGSD），对SIMPLE算法实施了完全多重网格循环以加速外迭代的收敛．采用规正变量的方法实施了SGSD．通过对二维顶盖驱动流动的计算，分析了多重网格在SIMPLE算法中的收敛特性．计算结果表明：SGSD格式具有与其他高阶格式及高阶组合格式相同的计算精度，且收敛速度优于其他高阶格式，在雷诺数较高时（Re=3000），其收敛速度是二阶迎风格式的1．77倍，是QUICK格式的1．37陪，同时在疏密网格层次上均可以保证计算的稳定性；采用多重网格加速SIMPLE算法的迭代时，不仅要考虑多重网格的循环方式，还要考虑对流项的离散格式，在计算中SGSD格式具有明显的优势。     

单流体变特性模型的定常局部空泡流数值模拟

采用单流体变特性模型，应用基于有限体积法的压力修正法(SIMPLE方法)对二维MACA0012翼型的定常局部空泡流问题进行了数值模拟．通过强隐式求解方法(SIP方法)求解联立方程组，由计算得到的密度变化确定空泡形状，以验证所用数学模型和数值模拟方法的可行性．该方法避免了势流模型中存在的困难，即空泡脱体点与空泡尾流模型的选取问题．     

基于区域分解的并行SIMPLER算法研究

在同位网格上建立了基于重叠型区域分解的并行SIMPLER算法，给出了区域划分和数据交换的实施细则．并在集群系统下通过对顶盖驱动方腔流进行模拟验证了算法的可靠性．数值结果表明，加速比成线性增加，随着计算规模的增大，并行效率可达到95％以上．     

考虑压力边界条件的SIMPLE算法

本文提出了一种能够考虑压力边界条件的ＳＩＭＰＬＥ－Ｐ（Ｐｒｅｓｓｕｅ）算法．该算法对已知压力未知流量的情况，计算性能大大优于ＳＩＭＰＬＥ算法．文中指出，一个完整的压力边界条件实现必须同时考虑到边界内部控制体的影响．算例表明，本文提出的方法是切实有效的．     

黄河小浪底坝区蓄水过程泥沙数学模型的研究

考虑高含沙水流特殊的运动规律,选用适当的公式和参数,得到多沙河流平面二维水沙运动方程,用SIMPLER程式求解。求解过程中为提高数学模型的精度,根据高含沙水流特性,采用了将沙场与流场进行耦合计算的方法;对沙场收敛条件提出应满足含沙量场与挟沙力场均稳定的观点,并给出了具体的判断式;对恢复饱和系数的取值进行了有意义的讨论。利用数学模型对黄河小浪底坝区物理模型的蓄水过程进行了模拟,通过计算结果与实测物模地形变化的对比,验证了建立的数学模型的正确性。