基于Helmholtz速度分解的黏势流耦合方法

针对Navier-Stokes(N-S)方程,根据Helmholtz速度分解,将流场速度分解为势流部分和非势流部分,剥离势流部分后得到黏势流耦合的变形N-S方程.变形N-S方程求解的是非势流部分速度分量,其在远场的影响较弱,故较传统计算流体动力学(CFD)方法求解N-S方程计算区域小,计算效率较高.以圆柱绕流为例,势流部分速度分量采用解析解,并在OpenFOAM平台内实现了变形N-S方程的黏势流耦合计算.对不同雷诺数下圆柱绕流进行了计算模拟,并将耦合方法计算获得的流场中的速度、压力,与文献中的试验及传统CFD等计算的结果进行仔细比较和分析,相关结果吻合良好.研究表明,该方法适用于层流和湍流模型的计算模拟,为改善黏流计算效率提供了新的途径.     

解不可压缩流动N-S方程的隐式SMAC方法

该文基于SMAC(SimplifiedMarkerandCell)方法推导出了的一种直接求解不可压缩N-S方程的隐式数值方法。求解的基本方程是任意曲线坐标系下以逆变速度为变量的N-S方程和椭圆型的压力Poisson方程。压力Poisson方程用TschebyscheffSLOR方法交替方向迭代求解。N-S方程数值离散时对流项采用了Chakravaythy-OsherTVD格式。用该方法计算后台阶流场的结果与经典的实验结果相当吻合,表明该方法是可靠的,在合适的边界条件下求解不但是稳定的,而且能有效抑制流网扭曲大的地方产生较大的非物理振荡误差。     

弹体侧向喷流流动干扰数值模拟与分析

通过求解三维N-S可压缩方程,对弹-翼组合体的侧向喷流流场进行数值模拟.研究了不同喷口位置,不同喷流压力下的干扰流场.分析了流场结构,研究了流场干扰与气动力干扰的关系.结果表明,在超音速流场中,喷口位置的不同,会带来喷流放大因子的变化.喷口位置相对于翼偏转,即喷口与翼面的夹角增大,喷流放大因子相应增加,侧向喷流的控制效果更好.     

调节阀内部流场的数值模拟与试验分析

对某一广泛应用的套筒型调节阀内部流场建立模型.通过前处理器生成计算网格,应用CFD软件进行离散求解,得到调节阀内部流场的可视化图形,数值模拟不同开度下流量,绘出调节阀的流量特性曲线,与试验测定的数据进行比较分析.结果表明模拟值与试验值较好的吻合,为后续优化和设计工作提供依据.     

用HH-SIMPLE方法求解明渠中三维浅水底孔泄流问题

本文针对明渠中三维底孔喷射流问题,提出了一个新的求解 N-S 方程的有限差分方法——HH-SIMPLE 方法.用该方法求解三维水流问题,可以保持 SIMPLE 方法的优点,即可将动量方程中的速度与压力解锅;求解离散化动量方程时可用隐式迭代格式,而无需作“刚盖近似”或“静水压力假设”,因而可很好地处理自由表面.本文中用该法求解的算例在国际计算流体力学领域中目前尚为空白,其三维计算结果可精确地描述在上游有来流情况下的浅水底孔喷流的流场、自由水面和压力场问题.计算结果和试验资料吻合较好.     

T型槽干气密封内微流动特性的数值计算

在N-S方程的基础上,考虑微尺度效应对干气密封内部流动的影响,推导出T型槽内气体稳态流场的非线性运动方程.应用有限差分思想,将非线性偏微分方程通过迭代增量线性化方法转化为线性代数方程组,通过迭代进行数值求解,获得T型槽内气体的速度分布和压力分布,近似求得不同气膜厚度时T型槽内气体泄露量和开启力分布.计算结果和其他文献中的实验结果基本符合,证明该理论分析方法在干气密封系统优化设计的可行性.     

强侧风对受电弓的气动作用规律

建立了弓-车-网组合模型,基于压力修正法的N-S方程,采用分离式求解SIMPLE算法,对强侧风条件下的受电弓气动特性进行了数值模拟.分析了受电弓的气动荷载在不同侧风速度,不同风向角下的变化规律及强侧风对受电弓绕流流场的影响.结果表明:随侧风速度及角度的增大,受电弓的气动力及力矩呈非线性变化;受电弓流场区域内产生大量漩涡及低速尾流区,接触网及车体对受电弓流场有明显影响.研究结果可为提高受电弓在侧风作用下的稳定性和安全性提供一定的理论依据.     

基于图卷积循环网络的非定常周期性流体流动预测

基于纳维-斯托克斯（Navier-Stokes, N-S）方程的计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）数值模拟是研究非定常周期性流体流动问题的常用方法之一,但其计算需占用大量时间。针对N-S方程求解CFD过程费时的问题,本文提出一种基于图卷积循环网络的非定常周期性流体流动预测框架,实现流体流动状态的快速预测。文中输入历史流体流动数据,通过图卷积循环网络学习非定常周期性流体流动的物理过程,预测流场变量分布。结果表明,基于图卷积循环网络的预测模型可以准确预测流体力学规律,其在流速、涡旋、压力等流场变量预测方面均具有较好表现。相比于传统N-S方程求解方法,采用图卷积循环网络预测速度提高了5倍以上,为流场变量的预测提供了一种新方法。     

含侧喷流炮射导弹绕流场数值计算

用数值模拟方法研究侧喷流对炮射导弹气动特性的影响.以三维N-S方程为出发方程,采用S-A湍流模型,对炮射导弹的绕流场进行了数值模拟研究,得到的气动特性结果与风洞实验结果基本吻合.在此基础上,对含侧喷流炮射导弹的绕流场进行数值计算.结果表明,侧喷流对导弹气动特性有较大影响.     

超高水头混流式长短叶片转轮内部流动数值模拟

对超高水头混流式长短叶片转轮内部流动进行数值模拟分析.计算基于连续方程和雷诺时均N-S方程,选用Spalart-Allmaras一方程湍流模型使方程组封闭,通过贴体坐标下的有限体积法对控制方程进行离散,数值求解采用SIMPLIC算法.通过计算得出不同工况下长短叶片转轮内部流动的速度及压力分布,发现不同工况下短叶片表面的压力分布规律与长叶片基本相同.与常规转轮叶片流场比较发现,在上冠流面和中间流面上二者有相似的翼型压力分布规律,而在下环流面上长短叶片转轮翼型表面压力分布要优于常规叶片转轮,因而具有更好的空蚀性能.     

固定锥形阀特性参数及流动特征的仿真分析

固定锥形阀应具备良好的水力特性以满足管线系统中不同工况的调流和消能要求,以DN1200锥形阀为研究对象,利用计算流体力学(computional fluid dynamics,CFD)方法分析不同开度下的稳态工况及开、关阀过程的瞬态工况,通过对比流量系数、流阻系数、排放系数、汽蚀系数、消能率等阀门特性参数及套筒闸的动静态不平衡力和阀内流场分布等,全面分析了固定锥形的水力特性。结果表明,流量系数和排放系数具有较好的线性特性,其过流能力随开度增大而线性增加。流阻系数和消能率曲线的变化趋势相同,小开度时对水流的流动阻碍和能量损耗作用明显,开度增大后流阻系数和消能率迅速减小。汽蚀系数表征实际工况中的汽蚀可能程度,在设计流量工况下,各开度对应的汽蚀系数呈抛物线变化趋势。另外,由于流动和启闭同在轴向,故套筒闸主要受到轴向的不平衡力;稳态不平衡力与水流方向相同,而开关阀过程的瞬态不平衡力均与水流方向相反,且关阀力略大于开阀力。最后,分别以各开度下的压力、流速、湍动能和湍流耗散率等流场分布对固定锥形阀的流动规律进行说明。     

调节阀内三维流动与启闭过程的数值模拟及分析

运用计算流体力学方法（CFD）对调节阀的定常与非定常水力特性进行了数值模拟．定常模拟得到各种开度下的三维流场分布以及压降与流量的特性曲线,特性曲线与试验结果相吻合．非定常计算模拟了阀门开启和关闭过程中流动特性的变化,得到流量和阀芯轴向力随时间变化曲线,并对启闭速度的影响进行了分析．     

粉尘隔爆翻板阀功能实验与模拟研究

为探究粉尘隔爆翻板阀功能的影响因素及其作用机理,基于1m³爆炸测试系统,以玉米淀粉为介质,进行DN600隔爆翻板阀的功能实验研究,并利用Fluent软件建立二维同尺寸燃烧仿真模型,采用动网格技术6DOF求解翻板动态关闭过程,对隔爆阀安装在不同距离时的粉尘爆炸过程进行数值模拟.结果表明,模拟得到的压力发展、火焰传播及翻板关闭过程与实验一致;翻板关闭速度主要受粉尘爆炸压力上升速率影响,爆炸压力上升速率越大,关闭速度越快,并在翻板后方产生负压形成回流;且得到实验条件下隔爆翻板阀最小安装距离是其管径的6~7倍.     

运用标准误差法识别泵功图中游动阀的开闭点

针对现有的功图中游动阀开闭点识别技术存在的不足,提出了一种新的识别方法。该方法给出了一种新的泵功图分区方法,缩小了游动阀开、闭点的寻找范围;建立了中值去噪模型和平滑去噪模型,有效地消除了噪声的影响;首次提出了基于标准误差法(SE)的游动阀开、闭点计算模型,利用同类数据间变化量小而类与类之间数据变化量大的数据结构特性和标准误差法的统计特性,达到了准确提取泵功图中游动阀开、闭点位置的效果。实例验证结果表明:该方法不仅可准确提取泵功图中游动阀开、闭点的位置,而且其提取精度较之曲率法识别算法和斜率法识别算法有较大的提升。     

调压阀内流场数值模拟及动态特性分析

以研究调压阀内流场和动态特性为目的,建立了固体燃气发生器调压阀内流场三维模型,用动态网格技术对流场进行模拟并采用子程序计算阀芯的运动,以相关的冷气试验进行验证.分析了燃气阀内部收敛-扩张外型下的瞬态流动特性和波系变化情况,并分析了不同条件下阀芯运动的动态特性.阀芯的周期性振动导致流场以相同频率变化,较高入口压力和较小弹性系数使阀门能够较快稳定,但导致流量、阀芯位移等物理量峰值增大.     

挖掘机虚拟载荷下换向阀开启过程的液动力分析

为了提高换向阀开启过程的换向性能,以降低该过程的液动力为目标,提出液压挖掘机虚拟载荷下开启过程的阀芯结构形态设计方法:以液压挖掘机整机动态性能试验数据为基础,将其作业的周期性、随机性载荷特征抽象为具有统计特性的虚拟载荷;再以虚拟载荷为边界条件,以降低开启过程阀芯所受液动力为评价标准,分析不同阀芯结构形态的流固耦合动力学响应,探讨换向阀阀芯结构优化设计方法.结果表明,合理等效阀口面积的U型槽结构可有效降低不同虚拟载荷下的阀芯液动力.     

伺服阀主阀芯的建模与仿真

运用流场分析软件,对伺服阀主阀芯在阀口开口大小一定时的内部流场进行模拟仿真.仿真结果表明,阀口处压差是影响阀内部流场的主要因素之一.仿真所得阀口的速度场与压力场数据与伺服阀流量特性的理论计算结果一致,符合液体流动的规律.     

闭式斜盘轴向柱塞变量泵配流副空蚀现象分析

以具有正开口双侧减振槽结构配流盘的闭式斜盘轴向柱塞变量泵为研究对象,考虑介质可压缩性,采用均质多相传输方程、标准k-ε湍流模型和全空化模型,研究了柱塞泵配流副表面空化流场时空动态演化过程,并与缸体配流表面空蚀破坏实验结果进行了比对.结果表明,缸体间隔区处气蚀破坏位置、破坏面积与配流过渡过程配流副表面空化发生的位置、空化...     

控压节流阀压降特性及结构改进

 针对控压钻井过程中节流阀压降调节线性度差的问题,采用计算流体力学方法对塔里木油田现用节流阀进行数值模拟,分析现有结构下阀芯开度与压降的关系,并对阀芯进行了结构改进。结果表明,改进后的节流阀更加符合控压钻井工艺要求,其压降特性线性度明显提升,在开度20%~70%时,线性相关系数达到0.973,提高了节流阀压降可调性和控压钻井的安全性。阀芯结构的改进改善了内部流场的涡流现象,比较改进前后速度云图发现最大速度减小了29.78%,提高了节流管汇防冲蚀能力。     

基于CFD的数字V型球阀特性研究

以数字v型球阀为研究对象,建立了阀门内流场几何模型与网格模型,运用CFD相关理论与软件,仿真分析了阀门内部的三维流场,得到了v型球阀恒压差、不同开度下的体积流量与相对流量等数据．研究了数字v型球阀相对体积流量与相对开度的关系、步进电机数字脉冲信号与阀门开度的关系及步进电机数字脉冲信号与阀门相对开度的关系．建立了数字v型球阀的理想流量特性曲线、位移曲线与静态特性曲线．