两层粘性流体中运动球体尾流的数值模拟

采用求解Navier-Stokes方程的方法,研究了有限深两层粘性流体中定常运动球体激发波动的问题.基于体积分数方法,成功地数值模拟了球体运动在自由面和内界面上激发尾迹的特征,揭示了Froude数、密度比和潜深对自由面和内界面尾迹的波系分布和波形结构的影响.结果表明,采用计算流体力学手段预报运动潜体粘性分层流场是可行的.     

实际流体中船体绕流流场的理论计算

对于无限水深非定常不可压缩粘性流体，计入非线性自由表面边界条件的船体绕流，根据薄边界层理论和Ｐｏｉｓｓｏｎ压力方程，应用有限差分数值方法，计算绕船体流场参数及其阻力。以ＳＳＰＡ７２０模型进行了考核；其结果表明同有关计算方法具有相同的精度量级，可作为低雷诺数下流场计算的数学模型和数值方法。     

Buoy Relay Method for Instantaneous Fluid Flow with Free Surface

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＦｒｅｅｂｏｕｎｄａｒｉｅｓａｒｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｎｗｈｉｃｈｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｉｅｓｅｘｉｓｔｉｎｏｎｅｏｒｍｏｒｅｖａｒｉａｂｌｅｓ.Ｅｘａｍｐｌｅｓａｒｅｆｒｅｅｓｕｒｆａｃｅｓ(ｂｕｂｂｌｅｓｏｒｄｒｏｐｌｅｔｓ),ｍａｔｅｒｉａｌｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｆｌｕｉｄｓａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ.Ｔｈｒｅｅｔｙｐｅｓｏｆｐｒｏｂｌｅｍｓａｒｉｓｅｉｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｆｆｒｅｅｂｏｕｎｄ…     

基于SPH方法的液体晃动数值模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟研究贮液容器中带有自由表面的液体晃动问题.应用密度对比法捕捉自由表面粒子,并采用边界排斥力法与镜像粒子相结合的方法处理固体边界.计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及外部激励下的一阶模态晃动,得到了自由液面的波动和监测断面上的压强分布.将计算结果与理论值以及前人的实验数据对比表明,光滑粒子动力学方法作为一种无网格法,能较好地模拟带有自由液面的液体晃动问题.     

基于ALE有限元方法的充液刚体耦合动力学仿真

假设液体是不可压缩的粘性液体,用Jourdain形式的普遍动力学原理建立充液系统的动力学控制方程,并采用交替积分法求解此数值计算模型.液体模块采用Lagrange-Euler描述方法建立有限元计算模型;充液刚体模块利用二阶显式Runge-Kutta格式离散的常微分方程组.在刚-液耦合界面将传递系统质心、转动惯量、晃动力、晃动力矩以及惯性力等耦合物理量.计算结果表明该方法能正确地反映充液耦合系统的运动学特征.与假设液面未扰充液系统的响应结果相比,耦合计算获得的结果具有较大幅度的角速度响应.     

用无网格法求解不同Re下圆柱绕流问题

采用无网格伽辽金法对不同Re下二维不可压粘性流场圆柱绕流问题进行了数值模拟。该计算不仅预测了不同条件下的流动特性,而且预测了流体作用在圆柱上的曳力和升力。这些力通过积分圆柱表面的压力和粘性力获得。结果显示,当Re大于80时,圆柱所受曳力和升力开始振荡。计算所得的脱落频率(Sr)与前人的结果吻合良好。     

自适应动网格在流体-浮体耦合运动中的应用

为了解决流固耦合问题中物体大幅度运动带来的困难,更精确地计算波形变化和物体的受力,用任意拉格朗日-欧拉方法导出了带自由表面的流固耦合运动计算模型.在计算过程中用动网格方法跟踪浮体的运动,并用自适应网格在自由表面附近进行加密.计算了无粘流体、粘性流体中浮体的运动规律,并与理想弹簧-物体振动模型理论解进行了比较,同时计算了浮体在粘性流体中的侧倾振荡.结果表明,在无粘流体中浮体的垂直振荡与理论解符合得较好;在粘性流体中物体的运动为阻尼振动,与实际相符得较好.浮体在粘性流体中的侧倾振荡为阻尼运动,其侧倾角度随时间的增加而减小,在小角度时侧倾振荡与理论解接近.计算结果验证了计算程序的可靠性与精度,为ALE(arbitrary lagrangian eulerian)方法应用于流体-多浮体耦合运动分析奠定了基础.     

船舶CFD结构化网格自动生成技术的开发

为提高船舶黏性流场计算流体动力学(CFD)数值计算的效率,开发了带自由面三维船舶黏性流场CFD计算用网格自动生成软件.该软件可实现三维船体曲面模型导入、计算区域划分、结构化网格生成及边界条件设置等操作的自动化完成和参数化控制.以某集装箱船模校验程序,并在阻力性能和自由表面波高分布等多方面将数值计算结果与试验结果作对比.结果表明,该软件所生成网格在保证船舶阻力性能预报足够精确的同时,生成效率得到极大提高.     

舰船气泡尾流数值模拟

摘要：
以韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)的集装箱船KCS（KRISO Container Ship）模型为研究对象,以通用
计算流体力学(CFD)软件FLUENT为平台,进行了基于流体体积（VOF）两相流模型的KCS带自由面黏性流场数值模拟;将自由面固化,对自由面以下水体进行了基于混合物多相流（Mixture）模型的KCS气泡尾流场数值模拟,探讨了Realizable k ε（R k ε）两方程模型和雷诺应力模型对气泡尾流计算的影响.计算所得结果定性正确,验证了与自由面法向速度梯度相关的气泡卷吸模型及相应求解方法的适用性. 关键词：
多相流; 舰船; 气泡尾流; 数值模拟 中图分类号： O 359.1
文献标志码： A     

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。     

不可压Navier-Stokes方程的一阶有限元解法

不可压Navier-Stokes方程求解的困难之一在于如何确定压力场并且同时要满足不可压条件.压力项在连续性方程中并不出现,但是却对速度起约束作用.为了解决这一问题,对于粘性不可压流动,提出了以速度和应力为基本变量,不含压力项的一阶流体动力学方程系统及对应的积分形式.采用有限元方法,对于速度和应力进行同阶插值,对于非线性对流项,采用牛顿迭代法进行处理,对于时间项采用后向欧拉方法.基于FreeFem++平台,对两平行平板间的稳态粘性流动及二维非定常圆柱绕流进行了数值计算.分别通过和精确解及标准算例的对比,验证了方法的可行性和有效性.采用不含压力项的一阶系统,避免了连续性方程中不合压力项给不可压缩Navier-Stokes方程求解带来的困难.     

非线性流滞阻尼器耗能结构随机风振响应和等效风荷载取值

针对非线性流滞阻尼器耗能结构在Davenport谱风振激励下的随机响应及等效风荷载取值进行了系统研究.首先建立了结构的非线性运动方程;经过等效线性化后,采用复模态理论解耦,进而用随机振动方法获得结构风振响应解析式和等效风荷载取值的计算公式,从而建立了结构非线性随机风振响应的分析方法.     

无限水深内完全非线性数值波浪水槽建立

基于无旋、不可压的势流理论,利用高阶边界元法建立了一种可应用于无限水深的无粘三维完全非线性数值波浪水槽.研究中,自由水面条件为完全非线性边界条件,进而可以模拟任意强的非线性波浪.将镜像格林函数应用到无限水深的数值波浪水槽中,以至于两水槽侧壁可以排除于计算域外.为了产生相应的入射波和吸收出流波浪,一个由点源组成的造波装置被布置在计算域内,同时在出流边界布置人工阻尼层来吸收出流波浪.线性的和完全非线性数值实验验证了所建立的数值模型可以用来产生无限水深的任何指定波浪,计算结果与解析解吻合得很好,且在出流边界没有反射.     

纳米压印过程中的聚合物流变机理

针对紫外纳米压印工艺,采用有限元软件对光刻胶的流变填充过程进行了模拟.根据紫外压印中光刻胶黏度系数小的特点,建立了基于黏性流体的模型,采用流固耦合的ALE（Arbitrary Lagrange Euler）方法,系统分析了模板的周期性、占空比、深宽比及非周期结构对光刻胶填充效果的影响.结果表明,相对于非周期模板,周期结构的模板所能引起的图形转移缺陷小;占空比及深宽比对小周期模板比大周期模板的影响大.进行了纳米压印实验,实验结果与仿真结果吻合,说明了仿真的可信,可以作为模板结构设计及表面处理工艺的依据.     

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．     

迭代型体积力法预报船舶推进性能

摘要： 应用计算流体动力学的方法（CFD）,采用迭代型体积力法,耦合螺旋桨势流涡格法（VLM）和船体周围黏性流场RANS（Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,代替真实螺旋桨的作用,即将VLM法计算得到的推力和转矩分布插值后作为源项加载到RANS方程中,将RANS方程得到的流速扣减诱导速度后得到实效伴流作为VLM法计算的进流条件,计算得到新的推力和转矩值,重复迭代直至螺旋桨的推力变化达到收敛要求.在无舵情况下对集装箱船KCS(KRISO Container Ship)的自由面黏性流场进行了数值模拟,计算结果与试验结果吻合良好.整个计算过程由集成了VLM和RANS方程的程序自动完成.研究结果表明,迭代型体积力法可以快速准确地预报船桨干扰下船体的推进性能.     

一种复杂非线性结构可靠性的分析方法

根据当前随机有限元方法研究的现状,分析各种方法的优缺点,提出了一种求解复杂非线性结构可靠指标的行之有效的计算方法。利用响应面法求出衬砌的荷载效应,采用蒙特卡洛法或遗传算法求解可靠指标。采用该方法对厦门东通道海底隧道的衬砌结构进行了可靠性分析。     

考虑局部非热平衡的流体层流横掠多孔介质中等温平板的边界层分析

在考虑流体和多孔介质之间瞬时局部非热平衡的前提下,对流体强迫层流横掠多孔介质中等温平板的二维流动应用Brinkman-Forchheime-extended Darcy模型建立守恒方程组。对方程组进行数量级分析简化,应用积分法进行近似计算,得出了速度边界层厚度、热边界层厚度、壁面黏性摩擦系数和对流传热系数的计算公式。结果表明:在多孔介质中沿平板的速度边界层厚度与光板时明显不同,在平板前端迅速增长,随后逐渐变得平坦,趋于一个恒定值;而热边界层厚度则与光板时类似。     

薄板压铸件充型过程流场的数值模拟

压铸充型的流场数值模拟作为压铸模ＣＡＤ的一项重要内容，成为压铸行业科研的前沿课题。本课题以ＳＯＬＡ—ＶＯＦ方法求解不可压缩的粘性流体，开发了压铸二维流场的数值模拟程序。可以用它来模拟复杂薄板压铸件的充型过程。在边界条件处理时提出考虑边界能量损失的修正方法和自由表面压力边界条件简化处理方法。该程序可用来预测由于流动方式不合理产生的冷隔、裂纹、气孔等压铸件主要缺陷。适用于形状复杂的板状压铸件及某些三维薄壁压铸件。实际分析验证表明，运算结果与实测结果一致。     

基于CFD方法的船体下水水动力分析

为给船体下水提供水动力参数,采用计算流体动力学(CFD)方法对船体从船台上纵向重力式下水过程进行动力学分析.计算每一时刻的流场压强和船体所受水作用力(矩),并通过求解船体运动方程获得船体运动的速度和滑程.数值预报结果与经验公式以及试验比较均表明,该方法计算所得运动参数与试验偏差较小,可满足工程精度要求.