基于卡方检验的计算流体动力学网格无关性分析

为了研究计算流体动力学数值模拟的可靠性验证,提出了用卡方检验的方法来判断网格收敛,以刀片切泥制浆数值模拟为例,通过卡方检验法研究了不同疏密网格对于1 s内泥浆飞溅体积量和1 s内泥浆平均侧面飞溅速度模拟结果的影响。结果表明:用卡方检验方法判定网格收敛性与采用网格收敛指数判定网格独立性的分析结果一致,并和实验结果是趋近的,当本模型计算网格数量接近300×104时,数值模拟的计算值网格数目收敛,可见用卡方检验方法来对模型进行网格无关性分析是可行的。     

一类Mortar型旋转Q_1元的多重网格方法

研究了一种mortar型旋转Q1元的多重网格方法,证明了W循环多重网格算法的最优收敛性,即收敛率与网格层数和尺寸无关,数值仿真验证了理论分析.     

非对称不定问题Mortar型旋转Q_1元的多重网格方法

讨论了mortar型旋转Q_1元求解非对称不定问题,给出了求解离散问题的多重网格算法,证明了多重网格方法的最优收敛性,即收敛速度与网格大小和层数无关.最后,数值结果验证了本文的理论分析.     

水平轴风力机叶片翼型霜冰结冰的数值研究

本文利用FLUENT UDF对水平轴风力机叶片翼型霜冰结冰的情况进行了数值模拟,得到不同环境参数下,叶片翼型霜冰结冰的特性。对结冰翼型气动性能的分析结果表明,叶片结冰后,最大升阻比下降了36.7%,严重降低气动性能,在严重降低风力机性能的同时,对叶片本身安全造成影响。     

Mortar型旋转Q1元多重网格的网格转移算子

讨论了Mortar型旋转Q1元多重网格算法的收敛性.对于网格不嵌套的旋转Q1有限元空间提出了两种Mortar条件,针对这两种Mortar条件介绍了相应的多重网格的网格转移算子,并且建立了网格转移算子有效的一个标准,即只要网格转移算子符合标准,则多重网格算法收敛.理论证明和数值实验说明了该网格转移算子的多重网格算法收敛.     

三维机翼结冰外形生成及流场分析

研究了各种结冰条件对民用飞机机翼冰型的影响因素,通过确定结冰区域,计算水收集系数,对翼型在特定条件下的结冰冰型进行了模拟,同时采用NURBS样条曲线、医学影像法则对三维机翼冰型建模,并分别生成了三维无冰机翼及结冰机翼的空间非结构化网格.模拟结果显示,结冰对气动性能影响较大.     

基于曲面重构的飞机三维结冰数值模拟计算

在飞机结冰数值模拟中,采用多时间步长法可以准确模拟实际结冰情况。首先给出了三维结冰数值模拟方法,通过求解N-S方程计算空气流场、采用欧拉法计算水滴轨迹、求解质量和能量守恒方程计算结冰增长。对结冰后的结果数据进行重组,建立新的拓扑关系,采用非均匀双三次B样条曲面重构算法重构冰形曲面,得到几何模型,实现飞机三维结冰的多时间步长数值模拟。比较了单时间步长和多时间步长的计算结果;并与冰风洞试验数据及LEWICE预测数据进行对比,分析了不同时间步长对结冰外形的影响,得到了表面水收集系数随着时间的变化规律。结果表明,随着时间步长的不断缩小,水收集系数在机翼上表面不断增加,影响冰形的增长。时间步长越小,计算结果越接近试验数据,验证了曲面重构算法的正确性,说明多时间步长在结冰数值模拟方法中的优越性。     

基于单流道和结构网格的湿式潜水泵数值模拟

采用流场模拟软件ANSYS-CFX对BQ1100-425型湿式潜水泵进行数值模拟,在完成网格无关性验证的基础上,分别研究了全流道与单流道模型,结构网格与非结构网格模型的数值模拟结果,如压力、速度等内流场和扬程、效率等外特性。结果表明:全流道数值模拟相比于单流道能更准确地反映真实流场的流动情况,但计算时间较长,计算效率低。单流道数值模拟在一定范围内能较好地反映真实流场的运行情况,且计算时间较短。结构网格与非结构网格都能准确反映实际流场的运行变化情况,但结构网格计算准确性更高,计算时间短,效率高。鉴于湿式潜水泵结构的复杂性,基于单流道结构网格的数值模拟方法能有效地模拟内流场并进行扬程、效率等性能预测。     

基于非结构化网格的三维大地电磁自适应矢量有限元模拟

基于能够模拟复杂模型的非结构化网格,提出基于矢量单元的三维自适应有限元大地电磁模拟算法。其过程是:利用残差型的后验误差算子初步估算粗网格上的单元误差,通过加密误差超过限定的单元,生成新的网格;对新的网格重复上一步过程,从而得到更加精确的数值结果;重复迭代过程直到计算结果的精度达到预定要求为止,从而生成最优化的有限元网格;基于COMMEMI 3D-1 MT模型的数值模拟,验证本文算法的正确性。研究结果表明:通过自适应的网格加密和迭代求解过程,本文算法可以产生迭代收敛的数值结果,计算结果具有较高的精度。     

后掠翼结冰数值模拟及实验研究

为研究带后掠角机翼的结冰数值模拟方法,通过建立三维结冰初始水膜模型以及结冰增长模型,对带后掠角的机翼进行结冰数值仿真。为验证模型的准确性,使用FENSAP-ICE软件进行同工况数值仿真,并且设计加工了30°后掠角的NACA0012翼型进行结冰风洞实验。结果表明：本模型能够对后掠翼的明冰工况进行仿真,仿真冰型与FENSAP-ICE冰型轮廓大致相同;本文计算的冰型与实验结果吻合较好,在冰角处的形状有差异但冰生长的总体趋势和大致结冰量与实验一致,沿展向不同截面冰型增长趋势也与实验大致一致。可见本文的后掠翼结冰数值模拟方法能够进行后掠翼结冰外形的计算。     

自然条件下输电线路导线覆冰增长特性

输电线路导线覆冰严重威胁着电网安全运行.导线覆冰过程复杂,影响因素众多,对其覆冰增长规律的准确掌握是建立并优化导线覆冰数值计算模型的基础.从自然覆冰试验出发,依托雪峰山自然覆冰试验基地对不同种类的导线进行了自然覆冰观测试验,研究了导线直径、导线表面处理情况、覆冰类型及导线扭转对导线覆冰增长过程的影响.通过导线表面水滴碰撞系数的计算分析了不同直径导线覆冰的差异性.研究结果表明:自然环境条件下,风速对导线雾凇覆冰冰形起决定性作用,覆冰主要在导线迎风面(横向迎风侧)累积,而背风侧和纵向覆冰较少.覆冰厚度随时间非线性增长,导线直径越小,覆冰厚度增长越快.导线扭转使得导线背风侧向迎风侧转变,覆冰厚度增长速率加快.雨凇覆冰时,除迎风侧翼型覆冰外,导线下方易冻结形成冰棱,使得冰形结构更为复杂.     

飞机机翼积冰表面粗糙度研究

本文对飞行过程中的飞机机翼积冰过程的数值模拟中的粗糙度计算提出了改进。此方法结合S-A湍流模型中改进的积冰表面粗糙度计算,对飞机机翼积冰过程进行了数值模拟。为验证方法的效果,本文计算了NACA0012翼型的积冰情况及对气动特性参数的影响,计算结果与试验数据结果进行了对比．并与目前国际上广泛采用的经验公式计算粗糙度的方法进行了对比讨论。结果表明改进的方法和文献中的试验数据吻合良好。     

多段翼型绕流数值分析对比及结冰影响研究

飞机结冰是影响飞机飞行安全的重要因素之一,研究结冰对多段翼型的气动特性影响具有重要意义.应用多块结构化网格生成方法,采用两种不同的方法求解雷诺平均N-S方程分别对多段翼型绕流流场进行数值对比分析,然后选用一种较合适的方法进一步针对三种不同的冰型:钝头体、双角体和尖头体冰型,分析不同形状的冰型对多段翼型绕流流场及气动特性的影响.     

不良气象微环境下桥塔横梁覆冰灾害过程模拟

冬季桥塔横梁坠冰是威胁桥梁交通安全的重大隐患之一,系统分析不良气象微环境下横梁覆冰灾害过程机制,是保证桥梁交通安全的迫切需求。本文依托FLUENT与FENSAP-ICE软件建立了桥塔横梁覆冰数值仿真模型,探讨了风速、液态水含量和环境温度等微气象参数对桥塔横梁覆冰灾害演化过程的影响规律。结果表明：本文提出的数值仿真方法在明冰及霜冰条件下均具有较高的可行性与准确性;对武汉长江二桥桥塔横梁结冰数值模拟发现,覆冰区域集中分布于横梁迎风侧前缘及上下边缘,整体呈现出“U”型分布特征,是横梁防冰、除冰的重点区域;不良气象微环境是影响横梁结冰形态、分布及覆冰量的重要因素,覆冰形状受风速、液态含水量影响较大,受温度影响较小。     

三峡地区导线覆冰的特性及雾凇覆冰模型

根据对鄂西及川东地区输电线路因导线覆冰引起事故的调查结果,分析了三峡地区输电线路导线覆冰的基本特征,并从理论上建立了导线的雾凇覆冰模型。     

冰风耦合环境下连接金具数值仿真分析

覆冰导线受风载作用产生的动张力可能会导致金具失效断裂,严重影响电网运行安全。为评估冰风载荷对连接金具的耦合影响,数值模拟得到随机风作用下不同覆冰形式导线关键点处动张力和位移,采用有限元软件ANSYS建立连接金具模型,对极端环境下整体连接金具应力场进行数值仿真,找出金具薄弱位置,并对危险部件U形挂环进行动力响应分析,分别探讨覆冰形式、张力变化、受力形式对U形环应力分布影响。结果表明：连接金具在极大冰风载荷下,U形挂环最容易出现失效,最大应力值为509.0 MPa,其次是联板孔洞处与挂板弯折处。对U形环的动力响应分析中,导线均匀覆冰时,覆冰15 mm时U形环有最大应力值为996.4 MPa,导线线性覆冰时,中央重覆冰下U形环发生屈服面积大于两侧重覆冰;在动张力作用下,当U形环间存在转动关系时要比纯张力作用下对U形环损害更加严重。     

飞机机翼积冰的数值模拟研究

针对机翼结冰问题,提出了一种翼型结冰的数值模拟方法。介绍了适用于本方法的翼型网格划分及流场求解方法;提出了一种适用于CFD的水滴收集系数计算方法;利用Fluent软件的离散项模型(DPM)及用户自定义函数功能(UDF),计算求解了翼型表面的局部水滴收集系数;介绍了积冰过程中的质量守恒和能量守恒过程;基于积冰垂直生长假设,介绍了积冰生长模型;最后利用本文提出的方法预测了翼型的结冰情况。将用本文提出的方法计算得到的三种典型积冰类型同国外冰风洞实验结果做了对比,证明了本文方法的正确性和准确性。     

计及电网停电风险的输电线路动态融冰决策方法

电网发生大面积冰灾情况时,多条输电线路存在覆冰故障隐患,电网稳定运行受到严重威胁,需要提前制定输电线路融冰方案,合理安排融冰顺序。针对此问题,分析输电线路覆冰继续运行给电网带来的停电风险,将与待融冰输电线路相关联的变电站的电气主接线展开,将传统削负荷模型改进后应用于输电网与变电站主接线的组合网络,建立断路器可靠性模型,计算靠后融冰线路因继续运行的电网停电风险;利用计及风速及降雨影响的输电线路覆冰增长预测模型,计算输电线路的覆冰率,根据覆冰率门槛值确定待融冰线路集,基于覆冰严重度模型构建系统全局的覆冰指数指标;综合考虑电网停电风险及系统全局覆冰指数建立输电线路融冰紧迫度指标,动态更新待融冰线路并决策融冰顺序。最后,以IEEE RBTS系统进行算例分析,验证了所提方法的可行性与合理性。