数值模拟冲击式水轮机内部非定常流动

提出了用动画解析法解析冲击式水轮机非定常内部流动的方法,此法提供了如何将非定常流动按照时间顺序离散成动画单元,并通过拉格郎日法对流体质点的加速度进行积分来求出水斗内非定常流动的分布首次解析了其内部流动.     

旋转水斗内的非定常射流干涉

采用动画解析法将冲击式水轮机旋转水斗内部的非定常流动进行时间和空间离散,在各离散的动画单元用拉格朗日法计算流体粒子的运动,模拟了非定常自由水膜流.对同一水斗,将第二射流的流动解析结果与对应的第一射流流态结果相叠加,就可根据叠加的水膜流态判断旋转水斗内的射流干涉现象.文中解析得到了旋转水斗内的射流干涉现象,并将其与模型试验照片的干涉现象进行了比较,确认发生了几乎相同的水膜流干涉.     

非定常水斗表面自由水膜的流动机理

冲击式水轮机水斗内非定常自由水膜的流动非常复杂,至今还没有足够精确的数值方法来模拟这种流动．文中分析了非定常水膜流的流动机理,根据N-S方程推导出了水斗表面流体粒子在转动坐标系中的相对运动控制微分方程,依据控制微分方程编写出了数值解析软件并对水斗内的水膜流动进行了数值模拟,定量地得到了某模型水轮机水斗内部流动的速度场、能量场．对比一系列水膜流态分布,数值解析得到的结果与试验观测结果基本相吻合,最优工况下的水力效率与模型试验数据的误差为0．33％．     

壁面附着流的非定常气动热力学模型理论研究

我们旨在从理论上研究壁面附着流非定常气动热力学的原理.首先,选择了两个具有NS方程解析解的简化模型：时变的壁面速度与壁面温度边界条件诱发的可压缩非定常无穷大平板附着流动,并求解了（第二问题）其非定常温度场与壁面非定常热通量（即热流）.其次,根据这两个简化模型的解析解,分析了上述模型流动中非定常温度场与非定常速度场相互作用的特征及其对壁面非稳态传热的影响.由能量方程决定的非定常热通量受到由动量方程决定的非定常压缩功和黏性耗散项的直接影响.我们从简化模型中揭示了非定常速度场对非定常热通量影响强弱的的主要参数以及影响规律.最后,基于可压缩边界层方程组,推导了非定常气动热力学的相似性准则.除了表征速度场非定常性的判据Strouhal数Stu,首次提出了表征温度场非定常性的判据Stt.研究结果表明,与非定常空气动力学中仅凭Stu大小即可判断要否考虑非定常因素的传统做法不同,在非定常气动热力学中是否需要考虑非定常因素,应该从无量纲的能量方程出发,根据温度场非定常判据Stt与其他各项系数的相对大小加以综合评估而定.     

开敞式水泵吸水池内部流动的信号测量与分析

为了研究水泵吸水池内部漩涡流动的非定常特性,测量了该流动的压力信号和振动信号,并用小波互相关分析的方法对所测信号进行处理。使用该方法,可以得到任意两种信号在不同尺度下的相互关系,并且通过与传统互相关分析方法的对比,得到了两种信号的主导相关尺度。分析结果表明,水泵吸水池内部流动所引起的压力和振动变化关系密切,都是由吸入涡的非定常特性引起的。     

基于谱方法的管内非牛顿流体非定常流动

以上随体Maxwell流体为非牛顿流体介质，探索了一种用谱方法解析处理水平圆管内非牛顿流体非定常流动的方法.该非定常问题归结为一个非线性二阶偏微分方程的求解问题.用谱方法将非线性二阶偏微分方程求解问题化为常微分方程组Chebyshev多项式数的近似问题，用Laplac变换法和本征值方法求解常微分方程组得到问题的解析结果.     

血管入口区域长度问题

根据入口区域长度的定义，应用解析法研究了一个界定血管入口长度的方法．分析了刚性的及弹性的等截面圆直血管和圆锥形直血管的定常流动、非定常振荡流动等多种流动情况下的入口区域长度     

二维不可压缩粘性流体层流边界层的相似性解

本文将笛卡尔坐标系、边界层坐标系和旋转对称边界层坐标系中的二维不可压缩定常、非定常粘性流体的边界层流动问题用一个普遍的无因次常微分方程式表示,提出了各种流动问题的相似性参变量和相似性常微分方程式,并解析了此方程式的含义。     

离心式动/静相干叶排内部非定常流动的数值计算

首先采有作者发展的滑移界面技术及非定常流数值方法计算了两同心圆柱间库特（Couette)流动，在此基础上对叶轮及扩压器叶片数不等的二维离心式动，静相干叶排内部的非定常流动进行了数值模拟，详细分析了不同流量工况下动，静叶排内的非定常流动特性，数值分析表明，在一定的转速下，非等栅距离心式动，静相干叶排内部的非定常流动结构与流量工况密切相关，当流量较小或者较大时，在叶片扩压器内都会产生大尺度的分离涡，而在叶轮内的涡尺寸较小或不出现。研究结果可为优化叶轮与叶片扩压器的匹配提供有益参考。     

剪切层区域旋涡空化的发生机理

为研究高速水流中旋涡空化的形成机理 ,用高速摄影和录像的方法观察了发生在中空射流阀内部流场的空化现象 ,采用数值模拟的方法计算了阀内部非定常粘性流场。发现流场中空化的产生与流动分离以及所伴随的剪切层区域的非定常旋涡运动有关。旋涡空化水流中有两种空穴 ,即空化泡与空化旋涡。在剪切层非定常旋涡从流动分离点产生的过程中 ,旋涡形成区域的压力进一步降低 ,在空化条件下产生大量的空泡 ,部分空泡被旋涡所包容 ,从而形成空化旋涡     

离心泵内部流场的三维空化湍流的数值计算

采用Singhal等人发展的一种三维混合流体完整空化湍流模型,基于RNG的k-ε湍流模型和SIMPLEC算法,对离心泵内部的全流道三维空化流动进行定常和非定常数值模拟.根据空化流动模拟计算的结果,得到定常和非定常情况下空化余量和扬程的曲线,与实验结果进行对比,说明计算结果能够真实反映离心泵内部空化流动的性能.进而有效地预测叶轮内部流道空化发生的部位和空化流动的发展情况,分析空化余量的降低对离心泵空化性能的影响.研究结果表明,所采用的空化模型和数值计算方法能够用于离心泵在设计工况下的空化性能的计算.     

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     

小型二冲程汽油机排气动力过程的计算机模拟

根据非定常气体流动理论,建立了二冲程汽油机排气动力过程的数学模型,并用特征线法对其进行了模拟计算,压力波的数值解析结果与实测结果比较吻合,表明所用模型和计算方法正确,可用于指导设计二冲程汽油机的排气动力效应系统.     

基于滤波器湍流模型的水翼空化数值模拟

采用界面捕获法,在均相流模型假设下,引入滤波函数修正了RNG k-ε湍流模型,基于正压流体假设的状态方程空化模型.采用SMPLEC算法,数值求解雷诺平均的Navier-Stokes方程,模拟了二维NACA66(Mod)翼型的定常、非定常空化流动.计算得到的翼型表面压力分布与试验结果基本一致,较好地模拟了非定常空化云的初生、发展、断裂和脱落的周期性过程,非定常流动的斯特劳哈数与试验结果相吻合.给出了2个时刻的翼型表面速度矢量场,分析了空泡内部流动结构,结果发现翼型空泡尾部的反向射流是引起翼型表面局部压力升高,进而导致空泡发生断裂及空化云脱落的重要原因.     

管内上随体Maxwell流体模型非定常流动的解析法研究

采用解析方法研究了上随体Maxwell流体管内非定常流动问题，指出了该问题可归结为一个高阶非线性偏微分方程的求解问题，利用Chebyshev多项式的不同项数为基底的谱方法成功地将偏微分方程化为常微分方程组问题来处理，然后用Laplace变换法和本征值方法求解常微分方程组得到问题的解析结果。     

部分流泵非定常流动分析

在设计工况下采用滑移网格技术对部分流泵进行了整机非定常流动数值计算,分析了叶轮、蜗壳内典型的非定常流动规律.计算表明:部分流泵内流的非定常特性明显,蜗壳喉部尤为剧烈;瞬时扬程的变化是由于叶轮与蜗壳喉部强烈的非定常流动特性所决定的,只有采用非定常计算方法才能反映其内流的实质.该计算为进一步研究部分流泵的内流现象、提高效率、减少水力损失提供了一定的理论依据.     

非牛顿钻井流体流动计算机智能解析方法

钻井液体在环形钻杆空间中的运动,可归结为幂律流体管内流动和螺旋流动。由于幂律流体的本构方程,在运动方程中产生速度梯度的非线性项,求解过程比较复杂。因此应用计算机符号运算、改进的Kantorovich变分法和幂律流体模型相结合,并采用局部线性化的方法,提出了解决运动方程中出现的非线性问题的方法,即计算智能解析方法应用于非线性问题,研究了幂律流体管内非定常流动,研究方法及其结果可以推广到幂律流体螺旋流动情形。     

超声速开式空腔腔体前缘波系的间歇特性数值

超声速自由来流条件下,开式空腔流动表现出剧烈的自持振荡现象。非定常的流动会在空腔内部诱发强烈的气动噪声。采用分离涡模拟方法(DES)对流场进行了数值模拟,结果表明空腔内部产生了强烈的反馈声波。空腔内部反馈声波与剪切层之间相互作用使剪切层表现出剧烈的不稳定性,剪切层的纵向运动会在空腔前缘诱发出交替出现的压缩波和膨胀波,数值模拟得到了一个周期内前缘出现压缩波和膨胀波的间歇因子。     

应用滑移界面方法求解动/静相干叶排内非定常流动

基于滑移界面技术,发展了求解二维动／静相干叶排内非定常粘性流动的计算方法和软件,该方法克服了混合平面方法所引入的方法误差．压力与速度耦合采用非迭代ＰＩＳＯ算法;计算区域的离散采用非交错斜交网格．计算了二维不可压缩Ｃｏｕｅｔｅ流动及无限长相对运动动／静叶排内的非定常流动,验证了用该方法和软件计算动／静相干叶排内非定常流动的有效性     

NACA4412翼型低速绕流的定常/非定常计算对比研究

对NACA4412翼型低速绕流进行了定常/非定常数值计算。对流项及扩散项的空间离散分别采用Roe格式和二阶中心格式,时间方向采用了二阶精度的双时间步隐式方法求解,湍流模式采用了两方程SST k-ω模式。将定常/非定常数值计算结果与实验数据进行了对比,非定常计算显示出了翼型尾缘附近周期性脱落涡现象,尾迹流动区里非定常流动现象明显,时间平均的非定常计算结果与实验数据符合的更好。