MPS水流数学模型在冲击压力计算中的应用

通过引入SPH（smoothed particle hydrodynamics）方法中的样条函数作为核子函数，并进一步修正扩散模型及梯度模型的计算公式，对已有MPS（moving particle semi—implicit）水流数学模型进行了改进．将该模型应用于垂向二维水柱倒塌过程计算，结合直立挡板的冲击压力过程实测结果，探讨了水流黏滞系数和摩阻项对直立挡板压力过程计算结果的影响，发现黏滞系数影响峰型的尖锐度，摩阻项影响压力过程的相位；通过适当选取黏滞系数和摩阻系数，获得了与实测结果一致的压力数值计算结果．     

磁场作用下乙酸-水体系气液相的平衡

采用改进的Rose釜，在磁感应强度分别为0．165T、0．310T和0．515T的磁场作用下，对乙酸-水二元体系气液相平衡进行了研究．结果表明：磁场对体系的气液相平衡产生了影响，能提高体系的平衡常数，有利于体系的分离．同时，将缔合理论引入乙酸的相平衡计算中，选用Wilson和NRTL方程对气液相平衡数据进行了关联，并提出了磁场对乙酸-水体系气液相平衡的影响因子．     

表面自由能模型的改进及液滴浸润数值研究

通过优化极值点位置,对表面自由能模型进行了研究和改进,改进后的模型解决了原模型中表面粒子聚集和液滴形状畸变的问题.采用移动粒子半隐式法(MPS)结合改进后的表面自由能模型,对受表面张力作用的自由面运动问题进行了研究和分析.研究了包括气液、固液和不互溶液液界面在内的表面张力收缩和液滴浸润过程,并提取了接触角及浸润面积等特征量进行分析.数值计算结果与理论分析结果吻合较好,从结果中可以明显观察到固液浸润过程的3个发展阶段,浸润速度随时间递减且与浸润接触角成反比.研究结果验证了MPS方法结合改进后的表面自由能模型可以更加有效、准确地模拟多界面张力的作用.     

底部流动的控制体积分方法

研究不可压缩流体流经圆柱体底部时，形成的底部流动，其数据方法可采用由Ｄ．Ｂ．Ｓｐａｌｄｉｎｇ、Ｓ．Ｖ．Ｐａｔａｎｋａｒ工起来的控制体积分方法。计算模型中的一些不 引入了二方程湍流模型，数值计算结果与实验结果吻合良好。     

一种适用于移动半隐式法的缓解压力振荡方法

针对无网格移动粒子半隐式（MPS）法压力振荡性过大,且难以处理压力的问题,提出一种新的压力缓解方法.该方法在MPS法压力计算方程中加入用以保证流体不可压缩的速度散度为零的条件,在MPS法计算完成后对压力进行适当的时间平均,得出最终计算压力,在一定程度上缓解压力的振荡.通过溃坝和船体横摇晃荡2个实例,将新方法和MPS法进行比较,验证新方法在不增加计算量的基础上对缓解压力振荡有很好的效果.     

基于预处理的不可压缩N-S方程拟压缩数值算法研究

通过研究求解不可压缩Navier—Stokes方程的拟压缩方法与加速刚性双曲型方程时间推进的预处理技术,推导了一般曲线坐标系下带预处理的拟压缩Navier—Stokes方程特征系统,并结合有限差分法,建立了适用于不可压缩黏性流动计算的拟压缩快速算法．通过对不可压缩无黏圆柱绕流、平板层流流动、低Reynolds数定常圆柱绕流问题的数值模拟研究,得到了与相关理论与实验测试相吻合的结果,验证了所建立数值方法的快速可靠性．较系统地研究了预处理引入的参数和拟压缩因子的选择对收敛特性的影响．结果表明,Roe格式相对于二阶中心差分格式得到的结果更令人满意;对拟压缩Navier—Stokes方程进行预处理能有效提高数值计算的收敛速度;自适应的拟压缩因子取值能在很大程度上改善数值解的收敛特性,且不需要根据具体流动问题进行人工调节．最后将本文发展的数值方法用于低Reynolds数非定常圆柱绕流的数值模拟,所得结果亦和实验观测结果及其他文献的计算吻合很好．     

充液圆柱壳的轴对称自由振动

用解析法对立式充液圃柱壳的轴对称振动特性进行了研究.假定液体是非粘滞、可压缩的.初步探讨了液体的可压缩性、壳的几何尺寸对轴对称固有频率的影响,并给出了计算固有基频的近似公式.计算表明,对于常见的充液圈柱壳,用近似公式计算出的固有基频与解析值非常接近.     

激波作用下气柱不稳定性发展诱发湍流大涡数值模拟

利用Smagorinsky亚格子湍流模型,采用大涡数值模拟方法求解可压缩流体Navier-Stokes方程,通过算子分裂分步计算,给出了适用于可压缩多介质流体界面不稳定性发展诱发湍流的计算程序MVFT（multi-viscosity-fluid and turbulent）.引入耗散界面过渡层ITL（interface transition layer）描述SF6气柱初始状态,用MVFT程序对LANL激波加载SF6气柱的激波管实验进行了数值模拟,分析了气柱的形状、流场速度以及涡的特征.计算结果表明,MVFT给出的气柱宽度、高度比RAGE的更接近于实验,气柱上游边界、下游边界和涡边界的速度与实验基本吻合,略小于RAGE的计算结果.MVFT程序的有效性得到初步检验和验证.     

底部流动的控制体积分方法

研究不可压缩流体流经圆柱体底部时,形成的底部流动,其数值方法可采用由D．B．Spalding、S．V．Patankar发展起来的控制体积分方法。计算模型中,引入了二方程湍流模型（即κ-ε模型）。数值计算结果与实验结果吻合良好,     

用无网格粒子法直接模拟多相多组分界面流

模拟了以下两个多相多组分含复杂界面变形的流动:在脉冲加速下的液滴破裂和突然减压下的闪蒸射流。采用了移动粒子半隐式法(MPS)直接数值模拟方法。MPS法是一种适用于不可压缩流体流动计算的无网格粒子法。结果表明液滴破裂的临界Weber数等于13,该值与Pilch和Erdman的实验值相吻合。对于闪蒸射流,射流由于表面闪蒸被剥离为锥状,且射流长度随着压力衰减比的增加而减少。这些特征与实验观察是一致的。这两种模拟的结果表明了MPS法在处理复杂界面流动计算中的优势以及其鲁棒性。这些结果对反应堆事故分析有意义。     

压缩性对亚声速圆盘空化器超空泡流动的影响

以超空泡射弹为研究背景,分析了水的压缩性对亚声速圆盘空化器超空泡流场的影响,基于势流理论建立了理想可压缩超空泡流场数学模型并进行数值求解.计算了极低空泡数(10-4量级)的超空泡流动,在此基础上分析了压缩性对超空泡形态和射弹阻力系数的影响.结果表明:在亚声速条件下,流体压缩性使超空泡外形膨胀,阻力系数增加;计算结果与试验数据和经验公式符合较好.     

采用无网格方法计算含大变形介质界面的可压缩多介质流动

采用动态无网格节点追踪自由边界的变形,建立了一套求解可压缩多介质流场的最小二乘无网格方法.将界面定义为具有双重含义的动态无网格节点集合.使用虚拟流体方法处理介质边界节点,构造界面两侧的虚拟节点,根据介质的种类将流场划分为若干个单介质区域.为抑制界面处流动参数的非物理震荡,采用局部界面Riemann问题解更新界面节点和虚拟节点的流动参数值.使用局部点云重构技术处理界面附近的动态点云.引入AUFS格式求解ALE形式Euler方程的对流通量.一维激波管和二维复杂大变形的多介质问题计算结果证明文中提出的动态无网格法是可行的,能够准确地追踪界面的复杂变形,并对界面附近的变形点云进行合理的重构.      

Buoy Relay Method for Instantaneous Fluid Flow with Free Surface

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｒｅｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓａｒｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｎｗｈｉｃｈｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓｅｘｉｓｔｉｎｏｎｅｏｒｍｏｒｅｖａｒｉａｂｌｅｓ.Ｅｘａｍｐｌｅｓａｒｅｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｓ(ｂｕｂｂｌｅｓｏｒｄｒｏｐｌｅｔｓ),ｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｆｌｕｉｄｓａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.Ｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｉｓｅｉｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｆｒｅｅｂｏｕｎｄ…     

基于单相LBM模拟大平板反重力充型过程

采用单相格子Boltzmann方法研究大平板的反重力充型过程,该模型不需考虑气相格子的变化,从而提高了计算效率.针对该方法,本文新提出了一种权重系数重新分配的方法来处理格点中的液相排出及分配问题.首先用该模型计算了单浇口条件下的大平板型腔反重力充填过程,以相同参数下的高速相机成像的水力充填实验为参照,数值模拟的流场特征及流体形态与实验结果吻合良好.另外,还采用线速度分布云图,并提出了自由表面的高度差判据来分析充型过程中的流场区域特征和流体平稳程度.在此基础上,继续用该模型研究了双浇口和圆柱扰流条件下的大平板反重力充型过程.双浇口条件下由于浇道间的互相影响,流场中形成的漩涡多于单浇口;圆柱扰流条件下的充填方式会降低流体的晃动程度,提高充型的稳定性.     

三维非定常粘性流动的数值方法及其应用

提出了适用于模拟非定常三维粘性流动问题的数值计算体系，包括高速收敛稳定性好的新的ＬＵ型隐式格式，捕捉弱间断面和滑移面的高精度、高分辨率的改良型ＭＵＳＣＬＴＶＤ格式。将基于此数值模型而发展起来的非定常粘性流动通用软件应用于叶轮机械气动热力学计算，为研究内流粘性损失、激波和非定常尾涡干涉、三维分离流动，尤其为探明分离泡内部的涡结构打下了基础。此软件亦适用于叶栅设计等方面的工程应用问题     

二维自由表面流动的光滑粒子动力学方法数值模拟

在流体微可压缩的假定下,运用光滑粒子动力学(SPH)方法模拟了二维自由表面流动问题.选用正则化五次样条函数作为SPH核函数,由状态方程求得压力,采用显式三步法进行时间积分,利用链表法作为粒子搜索策略,并引入动态粒子模拟边界条件,提出了多项修正措施以弥补SPH方法的缺点.研究表明,文中计算结果与实验数据吻合,计算精度理想,且消除了流体粒子附着在边界上的不合理现象.     

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。     

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。     

幂律流体不稳定径向流的数值解法

对微可压缩非牛顿幂律流体在均质多孔介质中的非稳定径向渗流方程进行了回顾和对比，用有限差分方法建立了微分方程的数值解法．研究了时间步长、空间步长对数值解精度和稳定性的影响，并结合算例绘出了不同流性指数的瞬时压力曲线．该研究结果可用于非牛顿流体渗流机理研究及试井分析．     

无限大双层越流油气藏井底压力的精确解

采用最大有效井径的概念，在考虑表皮效应和井筒储存影响的条件下，导出了一个具有层间越流的无限大双层越流油气藏井底压力的动态模型，通过拉氏变换，得到了拉氏空间下以Bessel函数表示的精确解。运用Crump数值反演方法，得到了实空间的解，分析了压力动态特征，计算结果表明：该模型不但适合于表皮系数为正的情况，也适合于表皮系数的为负的情形，而Burdet模型只适合于表皮系数为正的情况。由于解释模型参数集团化，更有利于绘制典型曲线，能够获得更加准确的地层参数。