非正交同位网格中的SIMPLE算法

利用有限体积法建立了非正交同位网格系统中的压力校正方程,详细给出了压力校正方程的离散形式,并对正方腔及倾斜角为45°的斜方腔内流场进行了数值模拟计算.结果表明,非正交同位网格系统中的SIMPLE算法具有编程简单,计算量、存储量小,计算效率高,收敛速度快的优点,可用于几何形状比较复杂流场的计算.     

GAMMA格式及DATE方法在SIMPLE算法中的应用

为了提高N-S方程数值计算的精度并解决压力-速度的耦合问题,将GAMMA格式、DATE方法与SIMPLE算法相结合,得到了一种高精度非结构同位网格下的SIMPLE算法.该算法用GAMMA格式离散对流项,用DATE方法处理方程求解过程中压力-速度的耦合问题,可以弥补传统动量插值法不能处理强非线性压力场的不足,保证对流项离散的稳定性及高精度特性.     

基于AMG法及多块非正交网格的三维方腔流场数值模拟

为了将AMG法与多块非正交结构网格结合起来,应用于求解基于多块格离散的三维N-S方程离散系统,针对经典算例三维顶盖驱动直方腔和45°倾斜方腔流动问题,构建了三维多块非正交结构网格系统,设计了三维N-S方程块结构网格离散系统系数矩阵CSR存贮格式;根据非正交同位网格SIMPLE耦合算法,建立了N-S方程的AMG数值求解方法,编制了用AMG法计算的三维数值仿真程序,并采用AMG法求解控制方程中所有流动参数;同已有的结果做了比较,给出了三维方腔流场内复杂的涡系图像,并对算法的有效性进行了验证.结果表明:AMG法及相关算法可用于复杂区域流动问题的数值模拟,为大规模的CFD数值模拟问题奠定了基础.     

非结构化网格上N-S方程的离散

采用有限容积法离散控制方程,实现了二维非结构化同位网格上的SIMPLE算法,并编写了四边形网格求解不可压缩N-S方程组的程序.分别采用三角形网格与四边形网格,对计算传热学中有基准解的顶盖驱动空腔流问题进行了模拟.结果表明:所提算法既可用于三角形网格,又可用于四边形网格；三角形网格与四边形网格的模拟解均与基准解吻合,验证...     

静压气体球轴承承载力的三维计算方法

为研究环面节流静压气体球轴承的承载力特性,提出一种基于三维模型的计算方法.应用非结构同位网格技术对轴承进行网格划分,采用有限体积法对三维稳态可压缩N-S方程进行离散,将适用于可压缩流体的改进的SIMPLE算法应用于离散方程的求解.实验表明,该方法的计算结果与二维有限元法计算结果及实验数据相符,证明算法是有效的.     

交错布局轻型四坡房屋群风致干扰效应研究

为研究交错布局轻型四坡房屋群风致干扰效应，利用计算流体动力学软件Fluent,结合TTU低矮建筑实测结果，分析与探讨网格数量、湍流模型、离散格式等技术参数。根据轻型四坡房屋使用情况，设计8个四坡房屋交错布局的布置方式，以反映群体布置疏密程度的房屋间距与房屋平面对应尺寸之比的5种纵、横向疏密系数，3种风向角为参数，进行共75种工况的目标房屋表面风压分布规律数值模拟计算。在此基础上，引入干扰因子量化交错布局目标房屋相对于单体房屋的受扰程度，得到适用于交错布局轻型四坡房屋群抗风设计的风荷载体型系数，为轻型四坡房屋群规划布局和结构设计提供理论依据。分析表明交错布局轻型四坡房屋群间距小于临界间距时，群体风致干扰效应不可忽略，实际设计布局时应引起重视。     

同位网格有限体积法在变密度浆液流场计算中的应用

为研究自膨胀浆液的扩散机理,基于现代计算流体动力学理论,建立了一种变密度浆液二维流场计算方法.该方法采用结构化同位网格剖分计算区域,利用有限体积法离散浆液流动控制方程,借助动量插值技术构建压力修正方程;采用压力耦合方程组的半隐式算法(SIMPLE)迭代求解动量离散方程和压力、速度修正方程.通过变密度浆液在二维矩形狭槽中自由膨胀算例对该算法进行检验.结果表明,该方法求解正确,并具有较高的计算精度,为建立膨胀性高聚物注浆材料在二维裂隙中流动扩散仿真分析方法奠定了基础.     

一类复杂型腔内聚合物充模过程的数值模拟

基于一类厚度不均衡的三维复杂型腔,对聚合物注射成型的充模过程进行数值模拟.型腔不规则边界的处理采用区域扩充法,拟建立Navier-Stokes方程和Level Set方程耦合的两相流体模型,采用同位网格有限体积法及SIMPLE算法对模型分别进行离散和求解.基于上述模型和算法,对复杂型腔内熔体的流动和前沿界面的发展变化进行有效模拟,捕捉这类厚度不均衡型腔充模过程中的"跑道效应"与"喷泉效应".数值结果表明区域扩充法与有限体积法结合是有效的,能够模拟相对复杂型腔内聚合物熔体的充模过程.     

动量插值的一种简单有效的修正

针对动量插值数学上的不足,提出一种简单的修正格式,采用与原始的SIMPLE算法非常相似的推导过程,得到不可压流体流动的一种简单的同位网格SIMPLE算法。利用有限数值算例证明新提出的同位网格算法的有效性。结果表明,所有界面速度均采用算术平均值,具有编程简单、内存占用少的优点,同时有效地克服了计算结果与松弛因子有关的的缺点,并克服了同位网格上用动量插值计算界面速度的数学上的缺陷。     

空调房间气流组织的数值模拟

应用计算流体力学的理论和方法模拟建筑物室内通风空调气流组织的湍流流动 ;使用了K-ε模型与SIMPLE方法对室内气流组织进行模拟 ,并对方程的离散、耦合求解以及SIMPLE算法等数值计算问题进行了论述 ,并以带热源的空调空间的室内气流组织为实例作了数值模拟和讨论     

并列建筑物周围风场的数值模拟

研究单体建筑物高度及并列建筑物高差及并列建筑物间距等因素对并列建筑物周围风场的影响．建立了10组不同的并列建筑群布局,计算采用标准k-ε湍流模型．数值计算得到各种布局下建筑群周围风场,并对它们进行了对比分析．结果表明,单体建筑物高度与并列建筑物高差、并列建筑物间距与单体建筑物高度差共同对并列建筑物周围风场产生影响．     

关于住宅小区风环境的数值仿真

由于建筑间强烈的气动干扰,住宅小区的绕流风场异常复杂。为避免因建筑排列方式不当而导致不良风环境的出现,需要在规划阶段对风环境进行预测并优化方案。结合某一住宅小区风环境的研究,采用以k-εRNG湍流模型封闭控制微分方程的时均数值模拟方法,模拟了该小区在夏、冬季节主导风向下的绕流风场,针对风速场及风压场的模拟结果,分析评价了该小区的风环境。模拟表明,数值方法预测小区的风环境可以为优化规划方案提供科学依据。     

城市小区环境流场及污染物扩散的风洞实验研究

介绍了一次有关城市小区环境流场和污染物扩散规律的风洞实验研究．实验以位于北京市东南部的方庄小区为研究对象，以1：250的缩尺比在南京大学MU环境风洞中建立模型并进行实验．实验包括：小区气流分布测量、小区空气污染物浓度分布测量、建筑物周边气流分布测量、建筑物周边空气污染物浓度分布测量．实验结果表明：小区内水平流场分布受不同高度建筑物影响，但风速垂直分布总体上仍符合幂指数律．小区内污染物分布亦受到建筑物及环境风速大小的影响．单体建筑物流场试验结果清晰显示了气流遇建筑物后的抬升翻越过程，以及街渠内的抽风效应，该效应可使街渠内风速达到来流的2～3倍．单体建筑物污染物分布试验结果显示随着离源的距离增大污染物浓度逐渐减小，其垂直分布仍符合地面源排放的扩散分布形式，实验结果与实际观测结果相比较为接近．相应数值模拟结果与风洞实验结果进行比较表明：两的气流和污染物浓度分布除个别有差异外，总体上相当吻合．     

高层建筑简化振型及在结构风振计算中的应用

基于弯剪型悬臂梁模型分析高层建筑的动力特性,给出控制高层建筑振型形状的特征参数;通过对具有不同特征参数的基阶振型曲线进行拟合分析,得到既形式简洁又能准确反映实际结构基阶振型的简化模型;同时,给出控制简化振型形状的振型指数的确定方案.将简化振型应用于实际高层建筑的结构风振计算,结果表明,采用该简化振型能更准确地体现风荷载沿建筑高度的分布情况,提高风荷载和风振响应计算的精度.     

高层建筑群风场的数值分析

针对高层建筑物风场和风压力的问题,采用计算流体动力学（CFD）软件对高层建筑物进行模拟,得出了单个建筑物在不同风向下的风场和风压力,并对高层建筑群进行了模拟,将其分布规律与单个建筑物进行了比较,结果表明,风在受到第一个阻碍后的区域里的漩涡分布最强烈,压力梯度最大,是最危险的受力区,在建筑群中,最靠近迎风面的建筑物所受负压最大,且建筑物之间的间距也对风场有很大影响,因此研究结果对于减少高层建筑物中大尺度的漩涡脱离区,以及降低室内噪声具有指导价值,同时也显示了CFD技术强大的分析能力及其在工程应用领域中的广阔前景。／     

低矮建筑非定常绕流大涡模拟影响因素研究

掌握结构周围风场及其特性,是开展建筑结构抗风设计的基础。借助采用大涡模拟（LES）的方法,对低矮建筑非定常绕流进行了大涡数值模拟研究,分别分析了不同运算时间、建筑物不同高度处及不同风速因素,对低矮建筑非定常绕流特性的影响。结果表明：（1）随着时间的增加,建筑物迎风侧的速度和压力均增大,背风侧的压力出现了负值,速度最小值出现在背风侧的涡中心位置;（2）随着建筑物高度逐渐增加,涡的位置逐渐向上偏移,由于风速比较均匀,当遇到建筑物时,在建筑物迎风侧,速度流线会形成一种上升的趋势,背风侧的压力逐渐增加;（3）随着风速的增加,建筑物的背风侧出现了大涡且速度逐渐增大,背风侧的压力最小值逐渐减小。     

超高层连体建筑风荷载干扰效应大涡模拟研究

超高层三塔连体建筑的主楼受到裙房及子楼的干扰作用显著,以某超高层三塔连体建筑为对象,基于LES(大涡模拟)方法对其进行了24个方向角下的数值风洞试验,并将主楼的体型系数与物理风洞试验结果进行了对比验证,再基于大涡模拟结果分别从平均和脉动风压特性、涡量分布以及干扰机理等方面探讨了超高层多塔连体建筑风荷载和干扰效应.结果表明:大涡模拟和风洞试验结果吻合较好;单体工况下主塔表面随机涡旋较密集、风压脉动较大、且尾流分离区域较小,当子塔处于主塔上游位置时对主塔结构抗风设计存在有利的"遮挡效应",此时来流湍流对主塔风场分布起主导作用;当子塔处于主塔下游位置时会对主塔存在不利的风压放大作用,特征湍流作用更明显.     

3个不同高度高层建筑间的横风向动力干扰效应

试验分析了5种不同高度比情况下3个任意排列高层建筑间横风向基底弯矩响应的动力干扰效应,结果显示2个施扰建筑的协同作用会产生远高于单个施扰建筑的干扰效应.对3个建筑物间的包络干扰因子(FEI)分布提出了有效的简化表示方法,解决了三建筑物间干扰效应难以表示的难点.采用神经网络、统计方法对不同参数配置的FEI分布进行了分析,发现不同高度比配置以及不同地面粗糙度类别下的FEI分布存在较为明显的相关特征,并由此得到了可以反映不同参数对FEI分布影响的定量关系,大大简化了考虑多参数干扰效应所得结果的繁杂程度,使结构受扰后的荷载估计计算更趋于简洁合理.     

周边建筑对低矮建筑平屋盖上风压的干扰效应

通过刚性模型测压风洞试验对被同类周边建筑所包围的低矮建筑表面风压系数进行了测量,分析了周边建筑的建筑面积密度对目标建筑平屋盖风压系数分布状态的影响规律.试验结果表明:当低矮建筑被同外形、同高度的周边建筑包围时,随着周边建筑面积密度的增大,被包围建筑屋盖上斜风导致的锥形涡将逐渐消失,屋盖上不同部位的负风压极值将逐渐减小并趋于均一;当周边建筑面积密度分别为0.1,0.3和0.6时,被包围建筑屋盖上的最大负风压可分别减小为孤立建筑的80%,30%和20%.     

小型绿化带对城市建筑物周围风场影响的数值模拟

在城市街谷模式的基础上引入叶面指数,对小型林带的防风效应进行模拟、检验,通过实验结果与野外观测值的比较,证明此模式能较为合理的模拟防护林的动力遮蔽效应;将此模式应用于小型绿化带对高大建筑物周围风环境的影响的数值模拟,数值实验证明在城市冠层内,城市小型绿化带对高大建筑物周围行人高度的风场环境影响显著,设置合理的小型绿化带对城市高大建筑物附近风场有良好的改善效果。模拟实验中可见,在3m/s的入流风速下,建筑物侧面的角隅流达5m/s,设置合理的绿化带可使之降低到3.5m/s。