具有特殊结构的自由旋射流流动特性

为深化对旋涡热强化效应的认识,针对特殊旋涡——龙卷旋涡开展冷态流动特性的实验研究。测量了不同旋射管进气道面积对龙卷旋涡初始真空度的影响及强旋状态下的速度分布。结果表明:旋射管质量流量对初始真空度具有决定性影响,质量流量越高,初始真空度绝对值越大;龙卷旋涡的各速度分量均可用半经验涡模型统一表征,速度分布随旋流强度的降低出现显著转变;中空结构的出现及维持的根本原因是较高的旋流强度;径向卷吸的出现标志着旋流强度的显著降低。该研究成果丰富了对龙卷旋涡的流体力学认识,为揭示旋流热强化效应机理的研究提供了重要参考。     

基于流体体积法的溢流堰粘性流场数值模拟

为了对溢流堰的流场进行数值模拟,从完整的N-S方程出发,采用k-ε两方程湍流模型封闭Reynolds方程,作为基本控制方程,对自由表面的追踪采用了VOF（volume of fluid）方法.数值计算中,对基本控制方程采用了基于交错网格的SIMPLE算法,对自由表面控制方程采用了施主-受主方法.计算了溢流堰上的流速和压力分布,并与已有的试验结果作了比较.结果表明,计算方法能够比较准确地模拟溢流堰的流场.     

方腔中多个涡斑运动的数值模拟

通过对Navier-Stokes方程的直接数值模拟,应用涡斑模型研究了方腔内多个涡斑的运动,结果表明,旋转方向相同的涡斑,不管初始涡斑的涡量分布如何,最后的涡量分布为Burgers型涡斑,呈现“单胞”的稳定结构,旋转方向相反的涡斑,其运动演化轨迹与初始条件有关,最终呈“双胞”的稳定结构。     

考虑黏性及压缩效应的旋涡运动特性

采用扩散速度法处理黏性作用项的离散涡法,数值模拟了旋涡在黏性不可压流场中的运动;推导了可压缩流中的旋涡运动方程,对不可压缩流中的Biot-Savart方程进行了可压缩修正,进而用离散涡方法求解出非定常、不稳定、可压缩流场中的旋涡运动。分析了胀量及黏性扩散作用对旋涡运动的影响,通过大量长时间行为的数值试验得出了一系列结果。结果表明：为了真实地反映旋涡在实际流体中的运动规律,必须考虑黏性及压缩性的影响。     

二维浅水流动的涡运动学特性及动力学特征

建立了二维浅水流动的旋涡诱导速度公式，在已知旋涡场和胀量场时，由该表达式可确定流动速度场，对比分析了二维浅水流动中的涡运动与可压缩流动中涡运动的异同点。     

稳定运动船舶的自由表面兴波波形计算

在采用面源法计算船舶兴波阻力和船舶周围流场的基础上,对稳定运动船舶引起的自由表面兴波的波形作了三维数值计算,并给出了实例,这一研究为采用波形分析方法进行船形优选作了准备。     

自由表面流动问题的SPH方法数值模拟

利用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对两个自由表面流动问题－水坝坍塌及涌波进入静止水塘作了数值模拟,尝试了一种处理固壁边界条件的方法－－边界力方法。数值模拟结果表明,SPH方法在处理流体复杂大变形问题方面具有优越笥,而边界力方法则是SPH中处理固壁边界的一种行之有效的方法。     

基于VOF的非对称剖面自由入水数值模拟

基于纳维-斯托克斯(N-S)方程建立了入水冲击的两相流模型,应用流体体积(VOF)法对同时考虑横倾角和横向速度两种非对称性的外飘剖面自由入水问题进行了数值模拟.讨论了剖面以不同横倾角和水平速度入水时物体速度的变化,并对入水过程中的流体形式和砰击压力特性进行了分析.结果表明:随着横倾角的增加,水平速度变大而垂向速度减小.随着速度比的增加,水平速度下降而垂向速度几乎不变;过大的水平速度和横倾角会出现流动分离、气穴等物理现象,进而影响了砰击压力的分布.     

波流及自由面对跨海桥隧预制结构水动力性能影响的数值分析

为提高静水和波流共同作用下的沉管和沉井浮运阻力计算效率,基于通用CFD软件StarCCM+和FLUENT及其二次开发,采用了包括叠模方法、VOF定常和非定常算法在内的几种水动力CFD计算方法并结合数值造波法,探讨了波流、自由面及流向角等因素对浮运阻力的影响.研究表明：对于静水计算,沉管可以忽略自由面的影响,沉井则不然;对于沉井,由于具有中空的内腔,VOF定常算法会抹掉由于初速影响产生的内部流体晃荡,而非定常算法则可以模拟出该晃荡现象.     

圆柱体涡激运动的模型试验与数值模拟研究

为研究Spar等圆柱体海洋结构物涡激运动响应,进行圆柱体静水拖曳模型试验与数值模拟研究,测试不同来流速度下六自由度运动,分析圆柱体运动幅值、频率、斯特劳哈尔数和阻力系数等变化特性.研究结果表明:圆柱体运动均方根幅值随着约化速度增加至峰值,然后保持相对稳定;在锁定区域内,横向运动频率锁定在1.1倍固有频率,在锁定区域外,横向运动频率没有跳回固定圆柱泄涡频率而是保持持续增加;圆柱艏摇振幅随约化速度呈波动增加,艏摇频率近似等于同约化速度下的横向振动频率;圆柱阻力系数先缓慢增加,当约化速度大于6.2时,阻力系数保持在2.2左右;初始分支尾涡呈现2S模式,上端分支呈现出2P模式;大涡数值模拟对圆柱体涡激运动的幅值、频率和阻力系数等均有较好的模拟结果.     

螺旋流光整加工中旋涡流流场的数值模拟研究

运用CFD软件Fluent和Gambit对加有阶梯形套管和锥形套管的等直径工件孔内旋涡液流场进行了数值模拟,模拟结果用流线图、切向速度径向分布图等表示,通过对结果的分析比较得出了结论,为今后螺旋流光整加工的实验研究提供了依据。     

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。     

基于k——ω湍流模型的翼尖涡演化过程数值模拟

为深入研究近场翼尖涡的演化过程,同时给远场尾流的计算提供初始参考,建立了飞机着陆状态仿真模型,采用结构化网格对模型进行网格划分,利用转捩修正的SST k-omega湍流模型,通过求解不可压缩的N-S方程对生成的网格进行数值计算,得到了着陆状态下机翼及近翼流场翼尖涡的连续演化过程。研究结果表明：机翼表面形成的两次共转融合涡与次级尾迹涡共同作用于近翼流场,并于0.5L处形成稳定的翼尖涡;在整个演化过程中,翼尖涡受环境因素影响较大,并伴随着较大的能量转换。     

VOF方法中自由液面重构的数值模拟

介绍了VOF方法中的斜线法,详细写出了重构的具体过程,并与经典的计算方法——HIRT-Nichols方法做了对比,发现斜线法易于编程,结果更接近真实的液面情况。     

考虑自由液面的船-桨干扰特性数值模拟

以KCS船与KP505桨为研究对象,应用FLUENT软件分别对KCS船、KP505桨、考虑自由液面的船-桨组合体进行数值模拟,其中船-桨干扰计算采用VOF法和滑移网格技术。比较分析数值结果和试验结果,吻合较好,表明所用方法能很好模拟船-桨间的互扰现象。本文研究结果为研究船-桨干扰提供了更可靠的研究手段。     

Numerical Simulation of Condensation-induced Water-hammer

ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＣｏｎｄｅｎｓａｔｉｏｎ┐ｉｎｄｕｃｅｄＷａｔｅｒ┐ｈａｍｍｅｒＹａｏＺｈａｏｈｕｉ（姚朝晖），ＺｈａｎｇＸｉｗｅｎ（张锡文），ＷａｎｇＸｕｅｆａｎｇ（王学芳）ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＭ...     

表面波诱导的近底高浓度泥沙水层内波动场的计算

随着水质恶化,底泥悬浮对水质的重要影响受到极大地关注.计算机的迅速发展为数值模拟底泥运动与再悬浮研究提供了可靠手段.利用连续性方程和N-S方程模拟流体质点运动,采用VOF法追踪自由面和水-泥沙水的相界面运动,建立了空气-水-高浓度泥沙水的数值波浪水槽,实现了波浪作用下的流场动力学响应模拟.利用波谱分析手段,分析了流场中表面波和内波耦合波场的波动特性,提出了小幅值线性波动场的计算方法.     

仰角式游离水脱除器分离过程数值模拟

仰角式游离水脱除器属于重力式油水分离设备,其分离效率高于立式和卧式脱除器.为了分析脱除器仰角对分离效果的影响,采用多相流欧拉分析方法,结合标准k-ε湍流模型对脱除器的内部流场进行了数值模拟.分析了脱除器在不同仰角时油水两相由开始的均相流逐渐在脱除器内分离、聚合、迁移的过程,研究了油水两相体积浓度随时间的变化规律.模拟结果表明,脱除器仰角为12°时,分离效率最高,出油口油中含水体积百分比为7.6%.