基于拓扑分割的泵叶轮六面体网格划分方法

叶轮是泵设备的核心零部件之一,关系着泵设备运行的稳定性与安全性;为提高叶轮数值模拟试验的精度与求解效率,提出了一种基于拓扑分割的泵叶轮全六面体网格划分方法;首先进行物理三维模型的拓扑结构理论分析,获取模型的拓扑分割方法;其次研究基于映射理论的六面体网格生成方法,获得虚拟计算域模型;然后优化网格质量并进行网格规模控制;最后以泵叶轮为例,开展全六面体有限元网格划分,并利用ANSYS仿真软件,验证叶轮全六面体有限元网格划分方法的合理性;研究结果表明:叶轮全六面体网格模型具有网格质量高、抗畸变能力强、规模数量小、求解效率快等特点。     

提高汽车碰撞仿真计算效率的网格规模控制方法

从网格规模控制角度,提出了提高仿真计算效率的徐变区域网格划分方法,并详细描述了3种徐变区域的网格划分步骤及其在整车模型不同零件上的应用;建立了以机器性能、单元总数、仿真时间、最小时间步长和接触搜索因子为变量的CPU计算时间控制方程,以合理布置徐变区域,控制模型网格规模,减少模型计算时间;通过正碰仿真试验,验证了徐变区域网格划分和CPU计算时间控制相结合进行整车模型网格规模控制可保证计算精度,同时能够提高计算效率,并证明了该方法的可行性.     

三维计算模型的网格划分及可视化平台的开发

以计算导体模型表面电流及磁场分布为例,对三维计算模型的网格划分原理、系数的确定方法以及均匀和非均匀网格的划分方法进行探讨,开发了完整的三维模型的网格划分及可视化平台.实验采用工业生产中真实的汽车和飞机模型,结果表明该平台能够对复杂几何模型进行网格划分及三维无闪烁显示.该平台的实现对于开发更为完备的三维建模软件提供良好的基础.     

网格划分对铸嘴型腔流场有限元分析的影响

采用四边形自由网格和四边形映射网格2种不同网格划分方法,分别对一种小型双辊铝铸轧机上的铸嘴型腔的内部流场进行了2维有限元建模和计算分析,并对这2种不同网格划分模型的计算结果进行比较,从对称性、收敛性和计算过程误差分析3个方面,证明映射网格方法是一种具有较高精度的网格划分方法,并从理论上对2种方法存在的结果差异进行简要分析.在流体有限元分析中,采用映射网格不仅有助于减少由于网格划分带来的计算误差,还能防止运算发散,有利于获得更精确的结果.当模型比较复杂,几何形状很不规则,无法在模型中全部采用映射网格划分时,要多使用映射网格,少用自由网格,以减少由于网格划分带来的有限元分析的误差.     

适用于复杂船型的网格类型研究

以典型护卫舰简化模型SFS为研究对象,研究适用于复杂船型的网格划分方法.对比了结构、非结构和混合网格三种网格形式下的流场计算结果,研究表明:网格形式并不会显著影响计算结果,且混合网格在适用性方面优于结构化网格,网格数量控制方面优于非结构化网格.为验证混合网格精度,以CVN-73(乔治·华盛顿号)为验证对象划分混合网格进行数值计算,获得了与风洞试验具有较高符合度的仿真结果,证明混合网格针对复杂船型的CFD仿真计算更具优势,验证了混合网格的适用性.     

粒子系统在复杂风场及湍流场中的实现

为真实地模拟气溶胶在复杂风场中的输运扩散效果,提出一种将计算流体力学计算的风场结果与粒子系统相结合的方法.以一个存在障碍物的三维区域为例,采用非结构四面体网格对其进行网格划分,运用计算流体力学方法对这一区域的风场和湍流场进行求解;在仿真平台Unity 3D中建立了与计算模型对应的环境模型,并将风场和湍流场的计算结果导入环境模型中,实现了风场在虚拟环境中的可视化.在环境模型中建立了粒子系统,并在存储于非结构网格中的风场及湍流场的作用下模拟了粒子系统的运动变换,实现了虚拟环境中复杂风场、湍流场条件下的气溶胶的扩散仿真.     

铰接多浮体与波浪耦合的仿真和实验研究

为研究铰接对浮体稳定性的影响,该文采用计算流体力学和多体动力学方法,提出基于粘性流理论的铰接多浮体仿真模型。采用有限体积方法,用重叠网格将波浪水池和浮体区域进行网格划分。将浮体视为刚体,浮体之间通过虚拟铰接约束成多浮体系统,建立仿真模型。实验研究发现,铰接浮体比刚性连接浮体更加稳定。仿真结果与实验结果对比,表明仿真模型中铰接约束的合理性和可靠性。     

铝电解槽电热场计算精度与网格密度的关系

以某300 kA铝电解槽为实验对象,利用有限元商业软件ANSYS12.0建立其1/4槽电热模型,研究电热场计算精度与网格密度的关系.首先,通过在同一模型但不同网格划分策略下的计算结果和计算时间的实验比较,初步确定整体网格划分方案,再在模型局部区域进行网格疏密的探索研究.研究结果表明:对于铝电解槽电热场仿真精度而言,电流密度越大的区域受网格密度影响越大,应采用较细的网格;而电势梯度和温度梯度并非网格密度的决定性因素;最终确定所用算例模型的网格划分方案为:x和y方向单元尺寸均为30mm,z方向阳极钢爪与阳极炭块接触部分取40 mm,z方向其余部分取70 mm,此时,计算精度高且计算效率最高.     

网络密度对车辆碰撞仿真的影响与计算效率

在车辆碰撞仿真实际应用中，计算的精度和时间是一对不可调和的矛盾，而网格密度的划分对这两者有着极为显著的影响，笔者以有限元显式中心差分法为理论基础，定量分析了有限元网格密度划分对计算精度的影响，并推导了计算效率随网格密度的变化关系，说明网格划分并非越细越好，最后通过一个实际模型的仿真计算加以验证结论的正确性，这些结果对于汽车及其零部件的磁撞仿真研究具有较大的指导意义。     

近壁面网格尺寸对湍流计算的影响

采用不同的网格划分策略,利用FLUENT软件对长直圆管管内湍流进行数值计算.计算结果与半经验理论曲线的比较和分析表明,降低网格渐变率、提高径向网格数目以及调整壁面层网格的y 值均能够有效改善计算结果的精确性,而y 在其中起主要作用.针对同一网格划分策略,改变边界条件对计算结果精确性的影响相对较大,而改变模型引起的影响则相对较小,因此,不同边界条件应采取相应的网格划分策略尤其是选择合适的近壁面网格尺寸.     

孔状结构的六面体网格生成方法

针对孔状结构间由于边界曲率变化造成的网格划分困难,提出一种基于映射法的六面体网格划分方法.该方法首先将子域特征投射到统一源面下,对孔状结构进行包络处理并将各子域进行有效连接,然后通过设定子域边界方向找出贯穿路径,计算各子域边界间隔,最后结合超限映射算法实现全六面体有限元网格的划分.实验证明:该方法稳定、可靠,生成的六面体网格质量较高,能够解决不同孔状结构的网格相容问题.     

高架式轻轨车站人员疏散仿真分析

为研究轻轨车站内人员安全疏散过程,制定车站人员疏散方案及优化建筑设计,进一步完善以功能单元为基础的精细网格区域疏散模型与疏散仿真软件.把楼梯视为一个独立的空间单元,将其划分成精细网格,进行网格疏散;加入人员移动余值的概念,使人员运动的连续性与网格模型的个体化优势结合起来.针对重庆市高架式轻轨车站特点进行实地调研,通过问卷调查及现场观测得到了轻轨乘客的一般特性参数及对火灾的反应特性,测试不同类型人员正常行走速度与经验推荐值基本相同.采用改进的区域网格疏散仿真程序对轻轨车站进行了人员疏散仿真研究,将疏散仿真结果与实地观测结果进行了对比,仿真计算与实测的疏散时间基本一致,验证了程序的正确性.     

TES的人体头部3维有限元模型构建

经颅电刺激(TES)的头部3维有限元模型对于理解脑区的电势、电流分布及TES作用机制具有重要意义。为了给TES仿真提供更精确和真实的头部3维实体有限元模型,利用真实成人头部CT影像数据,通过3维图像重建、逆向工程计算及有限元网格划分,对包括头皮、颅骨、脑脊液和脑组织的4层人体头部组织进行有限元实体模型构建。结果表明:该建模方法构建的头部实体模型既保证了真实性,又具有较高的精确度,可以为TES脑区电势及电流分布、电极定位等分析计算提供理想的有限元模型。     

基于网格无关性与时间独立性的数值模拟可靠性的验证方法

数值模拟的可靠性验证是判断数值模拟可信度的重要方面。本文以水力旋流器一般研究中的纯水相仿真和多相流仿真为例,对数值模拟中的可靠性验证方法进行研究,探究Gambit下网格模型划分、网格质量检验方法、Fluent仿真方法、仿真中的边界条件设置方法、相关参数计算方法,并以此为基础对数值模拟可靠性验证中的网格无关性与时间独立性检验方法进行研究,分析了网格数量与时间步长对水力旋流器压力、速度、流量模拟结果的影响特性,探讨了网格数量与时间步长的确定方法。研究结果表明:以60 mm水力旋流器为例,网格数量不应低于15万;流量的计算较压力、速度的计算对时间步长具有更高的要求,一般精度要求下,计算压力、速度,时间步长不宜低于0.005 s,对于流量计算及压力、速度的高精度计算,时间步长不宜低于0.0001 s。     

基于CFX-Pre的网格拼接技术研究

针对各类网格划分软件生成的网格特征差异明显、格式不一、无法直接进行拼接处理的问题,本文以CFX-Pre提供的非相容计算域交界面网格处理技术为基础,通过对网格进行物理变换及相关技术处理,在保证计算精度并精简计算量的前提下生成格式统一的一体化整机流场计算网格。结果表明通过合理运用CFX-Pre网格拼接技术,可以实现不同格式异构网格的拼接处理,极大地简化了复杂物理模型的网格建立过程,对流场仿真具有重要意义。     

改进的低轨凝视传感器覆盖性能网格分析方法

针对天基低轨预警系统主要任务是对导弹目标的中段进行探测和跟踪,研究了低轨凝视型传感器空间覆盖问题。首先根据凝视传感器作用距离和光轴转向建立了不同高度下凝视传感器覆盖模型;然后针对网格分析方法的不足,改进了网格划分规则,推导了在不同纬度下网格划分的经度间隔、纬度间隔、网格划分精度之间的函数关系,基于典型覆盖性能指标提出了空间覆盖分析和计算流程;最后通过仿真得出星座对特定空间的覆盖特性,结果证明了空间覆盖模型和改进的网格点仿真方法的有效性。     

基于弹簧质点模型的自由曲面四边形网格平面化研究

为实现对自由曲面的平面四边形网格划分,提出了一种基于力学模拟的网格优化算法,建立了包含杆件长度的约束力、边界固定质点约束力、曲面对质点的吸附力、网格平面化作用力的弹簧质点计算模型.首先,采用映射法或其他方法对曲面进行初始四边形网格划分,在获得曲面的初始网格划分的基础上根据不同网格性能的侧重要求,计算出相应的弹性系数k_(ij)、边界约束刚度k_c、对网格点的吸附刚度k_m、平面化控制系数p_c,建立以平面化为目标的网格弹簧质点模型,通过动力松弛法,经多次迭代得到平面化网格;然后结合四边形平面化指标,以流畅性指标和均匀性指标对网格进行质量综合评价,同时引入网格偏离指标对网格的形状进行控制;最后,进行了算例验证,算例表明,弹簧质点平面化网格计算方法可以很好地适应自由曲面,通过调整参数,在一定条件下可使网格平面化的许允误差限制达到合理范围,同时可以兼顾流畅性和均匀性的要求.     

虹吸式出水流道轴流泵装置全流道空化特性

为研究含虹吸式出水流道轴流泵装置的空化特性,基于ANSYS 16.0软件平台,对装置模型进行结构化网格划分,通过采用SSTk-ω湍流模型和Zwart空化模型封闭多相流控制方程,对含虹吸式出水流道的轴流泵装置进行全流道空化特性数值模拟,并将预测结果与试验进行对比.结果表明:在设计流量工况下,结构化网格的划分方案能够较好地满足湍流模型的网格要求;随着有效汽蚀余量的减小,数值计算与试验所得装置扬程曲线均呈先上升后下降的变化趋势,误差介于1.93%~2.91%之间;全流道空化特性中扬程上升现象与只有泵段空化时的扬程上升现象机理不同.     

多重网格法及在HTR-10堆芯动态仿真

研究了ＨＴＲ－１０堆芯的动态仿真,为反应堆控制系统的分析和设计服务。由于堆芯模型方程是典型的非定常可压缩Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程组,要求快速准确的求解。求解算法采用了结合多重网格的ＳＩＭＰＬＥＣ算法,并且讨论了多重网格法的基本思想、算法步骤和计算流程。通过对求解域中的不规则区域的处理、合理的进行粗细网格的划分和校正、设置出口缓冲区等措施,克服了在ＨＴＲ－１０堆芯动态仿真中运用多重网格法的困难,并且所得的结果与单网格算法进行了比较。仿真结果表明：达到同样精度,采用多重网格方法,求解过程比单网格算法的迭代次数减少了约５／６,计算时间减少了约一半,为快速进行堆芯动态仿真提供了条件。     

一种面向通信开销的网格工作流调度算法

采用任务—资源分配图定义了网格任务调度模型,运用动态规划的方法提出了面向通信开销的工作流任务调度算法。采用扩展的拓扑排序算法对具有依赖关系的工作流任务进行划分,根据划分的任务子集得到相应的调度阶段,在每一阶段选择满足约束条件和以计算开销、通信开销以及任务执行成功率为最优目标函数的资源节点进行任务分配,从而使工作流任务调度目标函数最优。应用Grid Sim工具包实现了该调度算法,并与Min-Min算法进行对比分析。仿真结果表明,基于动态规划的网格工作流调度算法具有良好的适应性,且能较好地处理不同网络环境下任务间存在大量数据传输的网格调度问题。