计算流体力学在清扫车仿真分析中的应用研究

为了在生成物理样机前获取高速公路清扫车清扫效果的特性,应用计算流体力学(CFD)技术,实现了对高速公路清扫车气路系统流场的仿真分析。基于有限容积方法采用了非结构网格和k-e湍流模型,给出了气路系统流场的仿真模型和典型气路系统的优化设计,如改变吸盘的水平截面形状,改变料箱的隔板形状和位置,并对优化设计下的CFD仿真结果进行了详细深入的讨论,分析了吸尘系统、除尘系统的设计优化以及二者的相互影响。研究表明利用CFD技术结合具体工程对流场进行仿真,能够有效的对清扫车虚拟样机气路系统进行优化分析。     

两栖车辆水上行驶流场的仿真

针对两栖车辆水上行驶流场研究需求,基于计算流体动力学,对静水条件下两栖车辆的水上行驶流场进行了仿真分析。数学模型中,基本控制方程使用雷诺时均纳维斯托克斯方程,采用SSTk-ω湍流模型封闭方程,并使用流体体积法捕捉气液两相信息。几何区域离散使用混合网格,方程离散使用有限体积法,空间离散使用二阶迎风格式,时间离散使用改进的欧拉法。结果表明,仿真流场在形态和水动力特性上与实验流场都很相似,有较好的逼真度。     

鲨鱼沟槽表皮减阻机理的仿真研究

通过对鲨鱼沟槽表面特殊流场的数值仿真研究，探讨了沟槽表面存在减阻效果的内在机理。针对沟槽表面流场的特点，在数值计算过程中对其计算域、计算网格及其流动参数进行了合理化的处理，并尝试将力学相似原理运用于沟槽表面流场的数值仿真。仿真结果表明，沟槽表面与“页流的“反向旋转涡对”相互作用，产生“二次涡”，削弱了“反向旋转涡对”的强度，进而抑制了低速条带的形成和发展，从而降低湍流猝发强度，实现湍流减阻。     

基于格子Boltzmann方法的建筑自然通风仿真

为了研究建筑内自然通风条件下的气流流动规律和预测气流分布状况,在建筑流场低速不可压假设下,构建建筑自然通风的格子Boltzmann二维仿真计算模型,把整个建筑流场分为室内区域和室外区域;对于低雷诺数情况,提出了基于D2G9的建筑流场LBM仿真模型;对于高雷诺数建筑流场,提出了建筑流场LBM-LES仿真模型;对建筑平直墙壁用反弹格式,而对于弯曲墙壁采用曲边界格式。最后使用该方法分别计算雷诺数Re=500和Re=5000自然通风建筑流场的气流分布,并把该模拟结果和Fluent 6.1软件模拟结果进行了对比分析,证明该方法是一种行之有效的建筑流场仿真方法。     

改进的MacCormack有限体积格式及其应用

大涡模拟在湍流边界层数值计算中扮演重要的角色。MacCormack格式由于耗散低、捕获激波能力强在超音速流动的数值仿真中得到广泛的应用。为满足湍流的工程计算要求 ,从泰勒级数展开出发 ,构造了三维可压缩流场Navier Stokes方程时间上二阶精度、空间上四阶精度的改进型MacCormack有限体积格式。对超音速飞行器流场数值的仿真结果表明 :改进格式精度高、耗散小 ,可应用到超音速湍流的大涡模拟中。     

氢氧发动机湍流两相燃烧三维全尺寸数值仿真

基于离散颗粒模型,采用单元内颗粒源法对某氢氧火箭发动机湍流两相燃烧流场进行了三雏全尺寸数值仿真。液氧雾化液滴采用Rosin-Rammler分布模型,其质量平均直径采用同轴直流喷嘴雾化模型计算;考虑液氧高压蒸发过程;燃烧速率采用湍流脉动机制和Arrhenius机制共同控制。所得液氧喷雾分布和其它流场参数与试车数据吻合,所提方法可应用于其它火箭发动机内流场的数值仿真,为发动机设计提供基础数据。     

旋转燃烧室两相湍流燃烧过程的三维仿真

为了解旋转对两相湍流燃烧过程的影响,采用RNGK-ε湍流模型,ED湍流燃烧模型和离散液滴模型,对转速n=0r/min.1000r/min和2000r/min三种工况下,单组元推进剂在某型水下航行器旋转燃烧室中的燃烧进行了三维仿真,得到了燃烧室内气相速度、静压、液滴轨迹和推进荆质量分数的分布,并对计算结果进行了比较和分析.结果表明,随着转速的增大,静压力升高,燃烧流场回流区中心的位置前移,回流区长度减小,燃烧室内燃气流场和液滴轨迹呈现螺旋状态,推进剂质量分数向燃烧室头部集中.说明旋转使得液体推进剂燃烧加剧,燃烧效率提高,燃烧室结构可以优化缩小.     

高温气流内顺／逆流喷雾的Eulerian-Lagrangian数值仿真

用Eulerian-Lagrangian方法对高温气流内顺/逆流喷雾过程进行了数值仿真.气相方程用Eulerian方法建立,用κ-ε模型封闭;液滴相方程用Lagrangian方法建立,采用了随初机轨道模型;考虑了气体和液滴间的双向耦合.结果表明,高温气流内喷雾后,气相流场内产生了速度亏损和温度亏损,气体出口压力变化不大,液滴运动决定于气流湍流强度和自身惯性力,液滴在气道内的停留时间决定于液滴运动特性和气流湍流强度;逆流喷雾对气流的影响比顺流喷雾时大.仿真结果与文献结果基本一致.     

轿车室内流场的数值模拟研究

轿车室内流场的数值模拟是轿车室内环境空气品质评价与研究的基础.本文选择RNG湍流模型,采用分区域划分网格的方法,并利用Monte Carlo法分析了太阳辐射引起的车体各固面的附加热流变化,对轿车室内空气三维流场和温度场进行了数值模拟研究,为轿车室内环境的舒适性评价和轿车室内通风性能的优化提供了参考.     

高超声速飞行器并行仿真方法研究

高超声速飞行器的系统仿真是一个多物理场高度耦合的过程,仿真过程中,需要完成大规模数据的迭代计算.目前大多采用分布式仿真的方法,但这种方法对于计算效率的提高不明显.为了有效提高计算效率,基于高性能计算机集群系统,分别对网格并行方法和模型并行算法进行了研究,提出了气动流场高效并行仿真解算方法、分区边界数据交换方法以及并行负载均衡技术,并在高超飞行器的系统仿真中进行了验证,验证结果表明,计算精度满足要求,求解方程的速度较快,工程应用效果较好.     

国际政治生态模型设计与实现

借鉴人工社会的思想，提出了人工国际社会——国际政治生态模型的概念。阐述了模型的设计原理、功能及个体Agent的设计，在此基础上给出了某危机条件下的仿真过程。实践证明，人工社会应用于国际政治仿真是完全可行的，并在战争模拟中有广阔的应用前景。     

基于CFD正交仿真的冲刷防治方法优化研究

桩基冲刷不但使桩基裸露,而且影响平台的侧向和轴向特性以及承载能力,因而冲刷防治在海洋平台维修中占有重要地位.通过正交实验设计,采用三维大涡模拟圆柱桩基冲刷导流防治方法.导流法是在桩腿上设置导流盘,减轻桩基冲刷.CFD仿真结果表明,导流盘的放置位置影响桩基周围决定沙土运移的海水流速,导流盘位置越低,冲刷防治效果越好.正交实验设计结合CFD仿真可有效减少仿真次数,找出防治方法关键参数并优化,适于老龄平台的延寿加固.     

抽油机井系统效率极限值的仿真研究

以油井供产协调方程为基础,建立了抽油机井动液面、产液量与抽汲参数之间关系的仿真模型,改进了以抽油杆柱动态仿真为基础的抽油机井系统效率仿真模型,并建立了基于抽汲参数优化设计的系统效率极限值仿真模型.分析了油藏参数、油井参数、设备类型与抽汲参数对系统效率的影响.仿真结果表明:系统效率随油井产能的增加而增加;含水率与气油比对系统效率有显著影响,气油比越大、含水率越低,系统效率越低;抽汲参数组合对系统效率有显著影响.对于低气油比、高含水、高产液量的油井,在优化设计抽汲参数条件下,抽油机井系统效率极限值可以达到50%,甚至超过60%.目前现场实际测试中所出现的50%以上的高系统效率是有科学依据的.     

基于HLA邦元结构的仿真引擎设计与实现

仿真引擎是在仿真系统中负责时间推进、调度运行、仿真控制、数据存储，并为仿真运行过程中的态势显示提供交互的仿真运控系统，是整个仿真系统的核心。通过分析仿真引擎的系统体系结构，将仿真引擎视为一个特殊的邦元，并对其三个组成部分：仿真调度器、仿真控制器以及数据记录器进行分析、设计与实现。将该引擎应用于某指挥自动化效能仿真与评估系统。实践证明，引擎邦元遵循主流仿真协议，可以对仿真进行高效、灵活、有序地控制执行，起到了提高仿真运行效率、缩短仿真应用开发周期的作用。     

基于树结构RDF闭包生成算法研究

RDF闭包是提高RDF数据查询效率的一种有效途经,目前大部分闭包生成算法依据推理规则间的触发实现推理,推理规则多次重复使用,闭包生成效率比较低。利用树的层次结构思想,根据RDF(S)语义推理规则的特点,提出基于树的闭包生成算法,将RDF(S)推理规则数据结构化,构造两棵分别对应RDF属性和概念的属性树和概念树,树的节点存储RDF三元组。然后根据映射机制将存储在树节点中的三元组映射为RDF闭包。仿真显示此方法有效地提高了闭包生成效率。     

基于图割的DCT编码图像分割算法

图割是图像分割中经典有效的算法,针对其计算量较大、实时性能不佳,面对广泛使用的DCT编码图像,提出一种改进的交互式快速分割算法。该算法利用DCT编码图像中的DC系数生成DC低频图像,有效降低了GMM参数学习的训练样本数,结合DC系数与AC系数生成纹理特征,通过颜色与纹理特征的有机结合、局部自适应正则化参数的选取,改善了对纹理图像和细长型边界的分割能力。实验结果表明,算法效率得到了提高,分割效果得到了一定的改善。     

多目标情况下无人机编队持续侦察能力的仿真

无人机(UAV)编队的规模即UAV的数量、UAV探测能力和目标强度的变化都会对UAV编队的持续侦察效能产生影响。针对水平面内常采用的交叉线搜索方式,在拟定假设条件和效能指标的基础上对UAV编队侦察体系进行建模与仿真分析。采用基于Agent的建模方法对UAV编队在多目标的情形下的持续侦察效能进行仿真分析。通过设计一组实验分析UAV规模、UAV探测能力和目标强度对UAV编队持续侦察效能的影响。结果显示UAV的规模和UAV探测能力对UAV编队的持续侦察能力影响比较大。最后根据分析的结果在相关方面提出建议。     

基于MDA的空军作战仿真系统开发模式研究

空军作战仿真系统是在模型驱动架构(ModelDrivenArchitecture,MDA)之上构建的一个复杂仿真系统。在系统的设计实现过程中综合运用了MDA和软件工程的思想。结合实现过程,提出了基于MDA的空军作战仿真系统的开发模式,重点讨论了空军作战仿真系统的分析和设计过程,详述了用UML图表示的空军作战仿真系统的平台无关模型(PlatformIndependentModel,PIM)。利用MDA开发模式,提高了空军作战仿真系统的开发效率,保证了整个仿真系统的一致性。     

基于正交试验和元胞自动机模型的加速并行遗传算法

针对标准遗传算法中存在早熟收敛、后期收敛速度慢以及解精度低的问题,结合正交试验设计和元胞自动机模型,提出了一种改进的加速并行遗传算法(APGA)。APGA利用正交试验设计确定较好的初始种群,利用元胞自动机模型固有的并行计算能力设计并行遗传算法,借助元胞信息的动态性和多元性实现正交加速过程。仿真结果表明,APGA能够有效地防止早熟收敛,可以极大地提高遗传算法的搜索效率和解的精度。