基于复杂柔性运动流场数值求解的动网格方案及应用

为解决在复杂柔性边界非定常变化的流场中高精度结构化网格的应用问题,提出一种二维贴体结构网格快速生成的动网格计算方案,基于代数法对流场边界进行贴体网格快速生成,根据边界的变化,随时间步快速生成新的高质量结构化网格.应用于类鱼体柔性推进流场的计算结果显示,所提出的方案在计算负荷、网格交叉、多时间步网格质量等方面性能良好,充分显示了结构化网格在网格生成速度、网格质量、计算精度、湍流模型适用性等方面的优势,为柔性运动的流场研究提供了新方案.     

非结构化网格嵌套波浪数值模拟

为了准确模拟射阳河口航道和港池水域的波浪传播,基于非结构化三角网格的第3代波浪模型SWAN(Simulation Waves Nearshore),采用非结构化网格嵌套技术,建立了大区域和浅海工程海域嵌套波浪数学模型;进行了大、小计算域波浪数值模型的验证,结果计算值与实测值吻合良好;计算了各种方案情况下港池及航道的波浪要素,可作为工程设计的科学依据.研究结果表明,通过应用网格嵌套技术,一方面在充分发挥非结构化网格波浪数学模型优势的基础上,大大减小了计算域中网格的数量,提高了计算速度;另一方面可以布置更加精细的计算网格,适应复杂的地形、曲折的岸线边界,提高计算结果的准确性.     

高速列车数值计算模型网格划分方法研究

网格生产技术是CFD数值模拟计算的关键技术,网格的优劣直接影响计算的收敛性,决定着数值计算的准确精度和计算成本。结合ICE2高速列车简化模型,使用ICEM CFD软件,划分结构化网格和非结构化网格,比较两种网格的网格质量,对比数值计算结果,总结不同网格类型的优缺点和适应性,为复杂车体模型的网格划分提供参考依据。     

粒子系统在复杂风场及湍流场中的实现

为真实地模拟气溶胶在复杂风场中的输运扩散效果,提出一种将计算流体力学计算的风场结果与粒子系统相结合的方法.以一个存在障碍物的三维区域为例,采用非结构四面体网格对其进行网格划分,运用计算流体力学方法对这一区域的风场和湍流场进行求解;在仿真平台Unity 3D中建立了与计算模型对应的环境模型,并将风场和湍流场的计算结果导入环境模型中,实现了风场在虚拟环境中的可视化.在环境模型中建立了粒子系统,并在存储于非结构网格中的风场及湍流场的作用下模拟了粒子系统的运动变换,实现了虚拟环境中复杂风场、湍流场条件下的气溶胶的扩散仿真.     

基于GCI的离心泵网格的收敛性

为评估网格类型及网格收敛性对离心泵数值模拟精度的影响,对一台离心泵模型分别进行结构、非结构及混合网格划分,并对不同类型的网格进行三维定常全流场数值模拟,结合Richardson外推法判断数值解的收敛性,对比分析不同网格类型的离心泵内部流场情况.结果表明:随着网格单元数的增加,GCI变小,且当网格单元数相近时,结构化网格的GCI远小于非结构网格与混合网格;3种不同网格类型下的叶轮内部流动有着不同程度的差异,结构化网格能够得到更多的漩涡;混合网格在蜗壳出口处存在较大的低速区,且在扩散段的截面处能够捕捉到更多的二次涡现象.     

NS方程的非结构化网格方法及其差分格式

采用同位非结构化网格上的有限体积法,对ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ 方程的ＳＩＭＰＬＥ 算法及差分格式进行了研究．提出了适用于非结构化网格的不用求解单元顶点变量值的二阶混合差分格式．该格式的优点在于：１） 减少了计算工作量;２） 避免了普通混合差分格式因使用简单的一阶迎风差分格式所引起的网格界面方向相关性的问题．最后,采用三角形网格,利用提出的方法及差分格式,对方腔内的驱动层流及绕翼型湍流进行了数值计算,计算结果与基准解或实验值的符合程度优于普通混合差分格式     

基于IGG的水力机械三维结构化网格的生成

网格质量对数值求解的稳定性及精度是至关重要的,结构化网格以其节省内存和便于节点编号等优点被广泛使用.许多流动分析软件均采用结构化网格进行数值求解,对于几何形状复杂的水力机械过流通道,提高网格质量,尤其是提高网格的正交性成为计算是否收敛的关键.本文以一离心水泵过流通道部件,借助于网格生成软件IGG,进行了结构化网格划分,获得了理想的结果.     

基于网格数值耗散修正的圆湍射流模型

基于民用机舱内个性通风口,以圆湍射流作为研究对象,以标准κ-ε湍流模型较精细数值模拟与实验对比结果为出发点,通过对粗网格下数值结果的分析,针对网格尺度增大导致计算中数值耗散相应增大、射流速度沿轴向和径向衰减过快问题,从湍流耗散率方程出发,对影响湍流耗散的生成项和耗散项进行修正,平衡因网格尺度产生流动衰减过快的因素,进而提出了耗散率修正的κ-ε湍流模型.采用该修正模型验证了不同雷诺数和非等温条件下射流的适用性.应用修正的湍流模型可以避免机舱内大尺度空间流动对网格的苛刻要求,明显减少网格总数,同时达到对舱内复杂结构和边界条件下流场特征的正确模拟.     

大比例框架模型的桩土接触状态非线性分析

本文基于土一结构动力相互作用现场模型试验，以桩基剪切型结构为例，运用通用有限元软件MARC建立三维有限元模型、进行了计算机仿真分析，主要包括网格划分、土与结构界面接触的非线性模拟、边界的处理等。利用上述建模方法对土-结构动力体系进行计算，研究相互作用对建筑物基本周期的影响效应，并与试验结果相对照，通过试验手段验证对各种简化处理方法的适用性。     

典型标准水面船型阻力和黏性流场的计算

本文通过采用PISO(Pressure Implicit with Splitting of Operators)算法求解不可压缩RANS方程,对两类典型标准水面船型阻力和黏性流场问题进行数值计算验证.其中自由面的模拟采用单相Level set方法,湍流模式选取SST k-ω模型.首先以标准数学船型Wigley船为例,进行网格收敛性验证,讨论分析时间步长的选取和壁面网格参数的确定对计算结果的影响,为复杂问题的求解提供经验参考;然后在合适的网格及时间步长下计算不同Froude数(Fr)时Wigley船体受到的总阻力系数、摩擦阻力系数、船体表面波高图等,并分别与模型试验结果和经验公式估算结果对比,结果吻合很好,从而验证了该算法的可靠性.此外,还模拟计算了第二类标准船型DTMB5415的阻力系数和黏性流场,总阻力计算结果与实验结果吻合很好,船体波高图与实验结果相比稍有误差.数值计算结果和分析充分证明本文算法和计算程序的可靠性.