不可压粘性流动N－S耦合方程的有限元解法──I理论

本文对不可压粘性流动非定常Ｎ－Ｓ方程组在耦合条件下应用有限元方法直接求解，并对在高雷诺数下如何提高计算的精度、稳定性以及收敛速度等方面进行了讨论，从而建立起不可压粘性流动Ｎ－Ｓ耦合方程的有限元解法．     

二维不可压N-S方程二次四边形单元有限元解

粘性不可压流体问题是众多工程中重要的力学问题.数值求解Navier-Stokes方程会遇到两大困难:非线性和不可压性.针对二维不可压Navier-Stokes方程的特点,建立了以流函数为求解变量的四阶微分控制方程,有效地避免了处理涡量边界的难题.采用8节点二次四边形单元,单元基函数为2次非线性高阶函数,建立了求解二维不可压N-S方程的有限元方程,并自主开发了二次四边形单元有限元程序.数值实验结果验证了该方法的精确性和可靠性.因此,该方法在计算流体力学中有较好的应用前景.     

油水分离旋流器内部流场的数值模拟

本用数值方法模拟了油水分离旋流器内部的流场分布。油水混合物中的水被作为流体相，油被作为颗粒相。流体相的控制方程为连续性方程、Ｎ－Ｓ方程，其中结合了修正的Ｐｒａｎｄｔｌ混合长湍流粘性模型，颗粒相的控制方程是浓度扩散方程，流体相与颗粒相之间的相对运动由代数滑移模型确定，全部控制方程用Ｐａｔａｎｋａｒ－Ｓｐａｌｄｉｎｇ的ＳＩＭＰＬＥ算法求解。计算程序取名ＣＹＣＬＯＮ，用通用形式写出，用户只要输入旋流器     

低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析

通过数值求解二维不可压粘性流体的N－S方程研究了方柱和圆柱在低雷诺数（Re一叨一130）下的涡致振动．柱体振动对流体的影响用动网格法模拟．N－S方程采用时步分裂技术先求出中间速度场,再用多重网格法求解泊松方程得到压力场,最后根据压力场对中间速度场进行修正．柱体的振动方程用Newlllaix一月法求解．通过计算柱体和流体的相互作用,笔者成功地捕捉到了“销定”和“拍”现象．计算结果与实验结果相当吻合,并和已有的用任意拉格朗日一欧拉公式的有限元法计算的结果进行了比较．低雷诺数下方柱和圆柱涡致振动的数值分析@曹丰产@项…     

不可压粘性流动N-S耦合方程的有限元解法—I应用

应用有限元方法求解不可压粘性流动Ｎ－Ｓ耦合方程，将此方法用于驱动方腔和突扩管道内的层流分析，结果表明此方法具有良好的椭圆型性质，能预测分离流动．用该方法结合两层湍流代数模型，对压气机叶栅内不可压流动进行模拟分析，与实验结果的比较证明方法是有效的．     

按可压缩流体计算结构响应对声辐射的影响

将流体分别视为不可压缩和可压缩两种情况建立了流固耦合方程，探讨了按可压缩流体计算水下结构振动响应对声辐射的影响．结果表明：流体可压缩性与流体边界条件、结构刚度和结构阻尼有关；在计算水下结构声辐射时，结构振动响应应当按可压缩流体计算．     

离心式叶轮内三维紊流场的数值模拟

对设计工况下离心压缩叶轮内三维紊流场进行了数值模拟，数值计算使用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩，时均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和Ｋ－ε紊流模型方程。数值计算结果揭示了离心压缩机叶轮出口的射流－尾迹特性和二次流分布规律。本文的研究表明：加罚有限元方法具有预元复杂流场的能力，并且可以大大减小有限元方法的计算工作量。     

大型计算流体软件包的微机化及应用

大型计算流体软件包的微机化及应用梅立泉，王卫东（理学院）０引言ＦｌｕｉｄＤｙｎａｍｉｃｓＡｎａｌｙｓｉｓＰａｃｋａｇｅ（ＦＩＤＡＰ）软件包是应用有限元方法求解粘性不可压流动方程的一个通用软件包，它可以解决２维、３维、轴对称以及非定常问题。所解决问题广...     

薄板板气动导数的数值计算

用基于一般曲线坐标系和交错网格的差分法求解原始变量二维不可压粘性流体的Ｎ－Ｓ方程,计算了宽主经为２２．５、两端圆滑的薄平板的气动导数,将薄平析以当作刚性物体,首先分别计算物体做竖禹强迫振动和扭转强迫振动的气动力,雷诺数取为１０＾５,物体运动和气流的耦合作用用动网格法考虑,Ｎ－Ｓ方程用二阶投影法和多重钢格法求解,然后用最小二乘法确定Ｓｉｍｉｕ和Ｓｃａｎｌａｎ给出的气动力表达式中的８个气动导数,绝大部     

交流电场促进型微混合器设计

以微混合器为研究目标,基于电渗效应及对流扩散方程,研究了一种新的主动式交流电场促进型微流体混合器.首先,使用有限元方法建立混合器多物理场耦合数值模型,然后通过计算分析了待混合流体附加交流电场时的混合效率,最后通过分析仿真结果,提高了经过外加电场的流体混合效率.     

定常不可压Navier-Stokes方程的并行有限元算法

Navier-Stokes(N-S)方程组是描述流体运动的基本方程组,其数值模拟对我国的国防建设与工业设计非常重要。在高性能并行机和并行计算技术飞速发展的今天,其并行数值计算方法的研究是当前计算流体力学领域最前沿的热门课题之一。基于局部与并行有限元离散技巧和区域分解方法,给出了数值求解定常不可压N-S方程的若干高效并行算法,这些算法实现简单,稍加修改现有的串行程序即可实现并行计算,通信需求少,能快速有效地模拟复杂的流体流动行为。我们给出了一些理论结果和数值算例,验证这些算法的有效性。     

两相多孔介质拟静态问题的一种有限元解法

对于流体饱和两相多孔介质的拟静态问题。在忽略流体粘性的情况下,从场方程中消去流体相速度变量,得到以固体相位移和孔隙压力为基本变量的控制场方程,并给出相应力值和切值问题的提法。进而采用加权残值有了元法导出基于ｕ＾ｓ－ｐ变量的混合有限元公式,最后了系统方程的解法。     

水中平板的水弹性振动

本文利用有限元方法求解周边固定的平板的水弹性振动问题,并将计算结果与已有资料作了比较.在讨论水弹性问题的论文中,不少假定水是可压缩的流体;本文为了简单起见,视水为不可压流体,使计算量大为减少.一、变分原理设长方形平板置于无限的流体之中,并在它的平均位置作周期的小振幅运动.在这     

两相多孔介质动力问题的混合有限元及其解法

针对基于混合物理论的流体饱和两相多孔质模型,采用Ｇａｌｅｒｋｉｎ加权残值有限元方法导出基于ｕ＾Ｓ－ｕ＾Ｆ－ｐ３个变量的混合有限元动力平衡方程。这种方法克服了 限元方法选择恰当的罚参数的困难,且计算得到的压力分布的精度高于罚有限元方法。由分片试验得出节点压力插值函数的阶须高于固体相节点位移插值函数的阶的重要结论。     

非定常不可压N—S方程的数值计算

推出了一种在正交坐标系下计算不可压Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程的人工压缩性方法．该方法引入辅助虚拟时间域，以人工压缩系数联合动量方程与连续方程从而直解求解，同时利用正交坐标变换系统处理非规则边界．计算实例还表明了方法的数值计算迭代变化规律以及人工压缩系数的影响．     

二维不可压Navier-Stokes方程的特征混合有限元算法

针对二维不可压Navier-Stokes方程的特点，对流函数方程及漩涡度方程采用混含有限元方法离散，避免了处理漩涡度边界的困难，同时，对漩涡度方程的对流项，使用了沿特征线离散技术，提高了计算效果。     

用线性三角形元源汇法计算振动船体的附连水质量

近年来,人们应用源汇法来处理流固耦合问题,即结构用有限元模型,而流体的运动用布置在物体湿表面上的源汇分布模拟。由于物体湿表面有限块的源汇元代替流体的运动,避免了有限元法中对无限域流体进行有限元划分(一般来说,至少要求三层流体单元才能使计算结果较为理想),从而节省了大量的机时。文献[1—2]应用Hess-Smith方法和结构有限元模型相结合的办法得到了振动物体在     

L型集箱系统并联管组的水动力推进算法

以不可压流体的连续方程和动量方程为基础,将分支管流速作为未知量,建立推进算法的基本方程和计算方法．在推进计算的每一步中,只需要求解关于分支管流速的代数方程,计算过程简单,易于收敛．计算结果表明,这种算法适用于L型集箱系统的并联管组水动力计算．     

细长轴对称体的水弹性振动特性分析

以在水中做纵向平面内运动的细长轴对称体为研究对象.在建立描述流体-结构耦合振动系统的计算模型时,对固体采用位移（包括刚体运动位移和弹性Euler梁振动位移）,对流体采用压力作为基本变量,首先建立了考虑流体作用力的结构动力学方程,推导了考虑结构运动的流体压力表达式,分析了水动力载荷的特征：包括水动压力的来源、组成、分布形式与影响范围等.在此基础上给出了描述水中运动物体的位移（结构）-压力（流体）格式的流固耦合系统模型.然后利用有限元数值方法（FEM）对方程进行了求解,克服了解析解对研究对象外形的限制,同时避免了流固耦合直接数值模拟中CFD＋FEM的复杂性,对于典型的工程结构非常适用.最后,通过算例给出了水中运动物体的水弹性频率和模态,并将计算结果与试验结果进行了对比,证明了本文计算模型的有效性.     

基于FW-H方程的飞机低速构型气动噪声计算

由流体力学Navier-Stokes方程导出的非齐次波动方程———Ffowcs Williams-Hawkings方程(以下简称FW-H方程),可以精确描述在静止流体中运动物体与流体相互作用的发声问题.以FW-H方程为理论依据,采用混合方法:近场声源区采用CFD求解,获得流场信息;远场声传播区采用自主开发的声场计算程序求解三维FW-H方程时域解,计算得到观察点频谱图和总体声压级.