ALE有限元法解二维自由面流体大晃动问题

从Navier-Stokes方程和连续性方程出发，在ALE描述下，用四边形单元对所求区域加以划分；并借助于Galerkin加权余量法导出相应的有限元方程组，在有限元计算中速度和压力均采用四节点线性插值函数；通过二维自由面流体大晃动问题实例的计算，给出相应的计算结果，阐明了该方法的优越性和局限性。     

旋转周期性含液容器的流固耦合动力特性分析(Ⅱ)

本文针对基于位移（结构）—压力（流体）格式的流固耦合方程及其引入旋转周期分析方法后表达格式在数值求解中遇到的一些问题,给出了具体的处理方法。其中包括考虑流体液面为自由时,流体刚度矩阵奇异性的消除方法,以及对于旋转轴上包含自由度的系统在引入旋转周期方法后的约束问题,文中给出了系统的处理方法。通过实际算例验证表明,上述方法是有效和可靠的。     

波流及自由面对跨海桥隧预制结构水动力性能影响的数值分析

为提高静水和波流共同作用下的沉管和沉井浮运阻力计算效率，基于通用CFD软件StarCCM+和FLUENT及其二次开发，采用了包括叠模方法、VOF定常和非定常算法在内的几种水动力CFD计算方法并结合数值造波法，探讨了波流、自由面及流向角等因素对浮运阻力的影响.研究表明：对于静水计算，沉管可以忽略自由面的影响，沉井则不然；对于沉井，由于具有中空的内腔，VOF定常算法会抹掉由于初速影响产生的内部流体晃荡，而非定常算法则可以模拟出该晃荡现象.     

泥浆与液面、阻挡墙撞击的二维数值模拟

在交错网格中，用MAC方法求解非牛顿流体的二维不可压N－S方程，论文分别对圆柱形泥浆撞击液面，泥浆溃坝波撞击阻挡墙问题进行了数值模拟，并与水的相应结果作了对照，结果表明：当与液面撞击时，水和泥浆自由面随时间的演化图象与物理上的定性分析结果是一致的，由于本构关系不同，两者的侵彻自由面和液面运动均存在较大差异，当水和泥浆与阻挡墙撞击时，水的自由面变化要比泥浆复杂得多，在相同的时间内，左，右挡墙所受的冲击力和冲击次数也不相同。     

内嵌黏性流体欧拉梁的自适应减振模式研究

基于内嵌式黏性流体单元自适应减振方法（IVFUM），研究了一种新的内嵌式黏性流体单元（IVFU）减振模式．在简谐定频激励下，通过构建流体活动边界条件，将流固耦合模型近似简化为充液腔的纯流体动力学问题，并应用CFD软件FLUENT对内嵌流体欧拉梁在主振动下腔内流体的流动进行了数值模拟，结果表明：两种IVFU在一、二阶主振动下的自由表面形状、速度、相对压强及压力分布等流动性态对欧拉梁减振具有自适应和有效性；梁内流道水平比流道倾斜更具有减振的工程应用价值．     

电致流体运动的计算机模拟

近年来,电流体力学(Electryhodrodynamics,又称 EHD)已成功地应用于液态离子源技术。但由于缺乏相应的电流体力学分析方法,尤其是能够解决工程实际问题的数值分析方法,因而不能对电致流体运动给予直观的、定量的描述。本文以流体力学运动方程为基础,讨论了电流体力学的方程体系。重点分析了电场力与流体表面张力对流体运动的影响,并应用标志网格法(Marker and Cell)建立了电致流体运动的计算机模拟程序。计算了圆管流体在外电场与表面张力作用下的流动情况。计算结果与文献[9]的实验观察结果一致。     

基于流体力学方程的二维烟雾模拟

介绍了一种基于流体力学方程并采取欧拉法实时模拟二维真实感烟雾的算法.为了获得视觉真实感,烟雾流体场的物理模型是根据Navier-Stokes方程定义;采取欧拉法将烟雾流体场划分为二维网格空间,并将烟雾速度场和浓度场分布定义于每个网格中心点;最后,通过双线性插值获得整幅图象中每个象素的烟雾浓度.试验证明该算法能实时高效地模拟具有真实感的二维烟雾效果.     

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。     

直流电力设备表面电致水滴变形现象的数值模拟方法

电致水滴运动变形是一种涉及电场与流体场相互耦合的复杂物理现象,常见于雨后的绝缘子金具、设备高压均压环表面,高效快速的数值模拟方法是揭示雨滴变形和激发电晕的物理机制的基础。为此本文针对三维电动流体模型数值计算中常见的计算时间长、收敛困难的问题,从电场唯一性定理出发提出了基于场等效的数值模拟方法,从光偏折原理出发搭建了基于阴影法的水滴变形现象观测平台,通过数值仿真与试验拍摄结果对比的方式验证了该方法的有效性。研究结果表明:本文方法构建的电场与原始电场的相对误差在0.01%以内;数值模拟得到的水滴在正极性直流电压下的喷射形态与试验符合较好,通过比较水滴根部、中部、头部宽度和长度,表明数值模拟和试验的相对误差在10%以内,验证本文模拟方法的有效性,同时在保证收敛性的情况下计算时间由8小时缩短至1小时。     

基于M-PML边界的Lebedev网格起伏地表正演模拟方法及稳定性分析

贴体网格作为一种"边界拟合网格",能改善传统有限差分处理起伏地表时由阶梯状网格存在所产生的虚假绕射。此外,完全匹配层(PML)技术被证明是一种能够有效消除虚假反射的重要边界条件,但采用自由地表模拟面波时,传统PML易产生不稳定现象。为实现起伏地表自由边界条件下稳定的地震波场模拟,发展一种基于弹性介质的全交错-Lebedev网格有限差分方法,并将边界条件扩展为多轴完全匹配层(M-PML)。在实现算法的基础上,通过模型试算验证新方法的正确性;并对比几种不同完全匹配层技术的稳定性差异,解释PML边界产生不稳定的机制。正演模拟结果表明,M-PML在处理起伏地表面波模拟中有更好的稳定性。     

论多孔介质中流体流动问题的数值模拟方法

简要介绍了多孔介质中流动问题的数值模拟方法及其发展现状 ,对各种方法的优劣及适用范围进行了评价。对多孔介质纯流体耦合流动区域的数值模拟方法及发展现状进行了综合对比。多孔介质模型方法可以用于多孔介质中流体流动问题的数值模拟 ,并且非常适于进行多孔介质纯流体耦合流动区域的数值模拟。     

三维数值波浪水池技术与应用

建立了用于波浪-结构物相互作用数值模拟的三维数值波浪水池．应用VOF方法对粘性流动的基本方程进行数值求解并描述其自由表面，水池计算域的一侧使用数值造波机条件产生斜入射波浪，其下游开边界联合使用辐射条件和局部强迫衰减，侧向边界使用周期性条件使斜向波浪透过．数值试验表明，所建立的三维数值波浪水池产生和传播波浪具有良好的重复性和稳定性，应用于海洋结构物波浪荷载的确定也是可靠的．     

非牛顿流体的差分方法研究

用解析方法求解非牛顿流体的流动方程是非常困难的,工程上通常采用有限差分方法对其进行数值求解。为避免用势梯度分量差分方法求解非牛顿流体渗流问题所带来的偏差,提出了求解非牛顿流体渗流问题的势梯度模差分方法;从理论上分析了势梯度分量差分方法存在的缺陷,即非牛顿流体的渗流微分方程与之相对应的分量差分方程不相容。最后以Bingham原油为例揭示了二种方法在数值上的差别。     

WC-CMPS法对溃坝溢流问题的数值模拟

无网格粒子法(拉格朗日法)是计算流体力学领域最新一代的计算方法,由于不需要生成网格,无网格粒子法能够模拟任意形状的界面及其变形和碎裂,尤其适用于计算如溃坝溢流及波浪破碎等具有复杂自由表面运动的流体力学问题。其中,光滑粒子流体动力学方法(SPH)和移动粒子半隐式法(MPS)是无网格计算方法的典型代表。本文采用基于MPS法的修正弱可压缩移动粒子半隐式(Weakly Compressible Corrected Moving Particle Semi-implicit Method)法构建了用于求解自由表面流问题的数值计算模型,并用于模拟干床面与湿床面上的溃坝溢流问题。计算结果与实验结果的对比分析表明,采用基于WC-CMPS无网格法建立的数值计算模型对干、湿床面上溃坝溢流的溢流形态、水柱高度以及波前速度等均给出了良好的计算结果。     

致密油压后渗吸分子动力学模拟

在渗吸采油过程里,致密油储层微纳米孔隙中流体的吸附散和运移行为难以通过常规实验手段来描述。采用分子动力学模拟研究在不同温度、不同时间下渗吸过程中原油从孔道置换的现象和致密油自身的赋存状态,并分析分子间的作用机制。模拟结果表明,原油的自身扩散能力和压裂液剥离能力是导致原油被置换出孔道的两种现象“析出”和“剥离”的原因。烷烃自扩散能力导致“析出”少量的游离态原油会在升温的影响下产生微弱增加,而由于压裂液对原油的配位数接近于1说明油水两相混相,大量的原油成油带状被“剥离”出孔道,剩下孔道内吸附态的原油随着温度的提升逐渐减少,并且从范德华力的角度解释原油对岩石表面的吸附是从远离压裂液一端率先发生。此外也揭示了压裂液中内部组分和岩石表面的羟基结合生成氢键和隔绝分子层使原油剥离的机理。此研究结果全面深刻的从分子尺度探究了压裂液/致密烷/纳米级孔道体系下渗吸驱油机理,对致密油开发具有指导意义。     

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。     

渗流问题数值模拟计算的新方法

采用边界拟合坐标系，取渗流区域的边界为坐标线（二维问题）或坐标面（三维问题），用 Ｔｈｏｍｐｓｏｎ法将不规则渗流域转变为规则域，从而在规则域上求解转变后的渗流方程．避免了在不规则域上划分单元及迭代运算中生成新网格的繁琐过程，尤其对三维有自由面的无压渗流问题，本方法具有精度高而工作量小等优点。     

细长坩埚内分离结晶过程中熔体流型的转变

在微重力条件下,采用有限差分法对细长坩埚（无因次高径比A取2）内分离结晶生长CdZnTe晶体过程中的熔体热毛细对流进行了三维数值模拟。选取狭缝宽度B为0.1、0.075及0.05,考虑熔体顶部为固壁边界条件,得到了分离结晶过程中熔体热毛细对流的速度和温度分布,着重分析了熔体内部流型的转变过程。结果表明：当Marangoni数较小时,在下自由表面的表面张力作用下,熔体内部会产生顺时针方向的流胞,熔体的流动为稳态且流动较弱,但随着Ma数的增大,熔体的流动范围逐渐增大并且强度不断增强,熔体内部温度的非线性分布逐渐加剧;当Marangoni数超过某一临界值后,熔体内部的流动将由稳态转变为非稳态。     

显式差分格式与欧式期权定价问题

Black-Scholes期权定价模型的数值方法是当前研究的重点和热点问题,因此在已有的研究基础上,较为系统地讨论了欧式期权定价的Black-Scholes期权定价模型和采用显式差分法进行数值求解的过程.     

Two-dimensional investigation of forced bubble oscillation under microgravity

Recent referential studies of fluid interfaces subjected to small vibration under microgravity conditions are reviewed. An experimental investigation was carried out aboard the American Space Shuttle Discovery. Two-dimensional (2-D) modeling and simulation were conducted to further understand the experimental results. The oscillation of a bubble in fluid under surface tension is governed by the incompressible Navier-Stokes equations. The SIMPLEC algorithm was used to solve the partial differential equations on an Eulerian mesh in a 2-D coordinate. Free surfaces were represented with the volume of fluid (VOF) obtained by solving a kinematic equation. Surface tension was modeled via a continuous surface force (CSF) algorithm that ensures robustness and accuracy. A new surface reconstruction scheme, alternative phase integration (API) scheme, was adopted to solve the kinematic equation, and was compared with referential schemes. Numerical computations were conducted to simulate the transient behavior of an oscillating gas bubble in mineral oil under different conditions. The bubble positions and shapes under different external vibrations were obtained numerically. The computed bubble oscillation amplitudes were compared with experimental data.