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.     

非光滑表面离心泵叶轮的流动减阻特性

为了分析非光滑表面对离心泵性能的影响,基于仿生凹坑表面的减阻特性,将凹坑型非光滑单元体排布于离心泵叶片的工作面,建立具有非光滑表面的叶轮离心泵的流动减阻特性分析模型,通过RNGk-ε湍流模型对离心泵内部流场进行数值模拟,分析具有非光滑表面叶轮的流动减阻特性,研究不同流量下非光滑表面对叶片近壁面的速度分布、剪应力和离心泵内部流场的影响.结果表明:凹坑型非光滑表面能够降低因黏性阻力产生的叶轮扭矩,其扭矩的最大降幅为5.8%;非光滑表面能够有效控制叶片近壁面边界层的流体流动,减小叶片的壁面剪应力;凹坑型非光滑表面能够降低离心泵叶轮内部流体的湍动程度,减小湍动产生的能量耗散,使叶轮内部的流体流动更加稳定并提高离心泵的效率.     

稀薄气体高超声流动的非结构DSMC的并行化计算

 采用非结构化三角网格为基本网格单元,在可变硬球（VHS）分子模型、Borgnakke-Larsen唯象模型、Bird的化学反应几率模型及壁面CLL反射模型的基础上,本文用Fortran语言编制了能够模拟内能松弛、热力学非平衡和化学非平衡的稀薄气体直接模拟Monte-Carlo（DSMC）源程序。针对多核计算机上进行并行计算实现技术,将并行OpenMP的模型应用于DSMC方法,编制了可在多核计算机中进行数值模拟的非结构DSMC并行程序。分别对不同稀薄领域的不同工况高超声速气体绕圆柱流动问题进行数值模拟,得到热非平衡态对飞行器流场的影响。通过数值结果的比较,验证了编制的DSMC并行程序的正确性和合理性,以双CPU、双核计算机为例,并行后的计算效率提高了近一倍。这些数值结果对飞行器流场特性分析和有效地完成飞行器热防护具有重要意义。     

基于FLUENT滑移网格的浮选离心叶片泵内流场的CFD分析

在浮选设备中离心泵的性能对浮选过程的平稳性和效率有着重要影响,为了准确掌握离心泵内部流场的变化情况,运用FLUENT软件中的滑移网格技术对叶片式离心泵进行流场动态数值模拟,分析得出叶片旋转情况下内部流场不同时间点的总压力图、速度矢量图和湍动能图,为离心泵的设计和优化奠定基础。     

叶片转速对搅拌机内部流场影响的数值模拟

为研究叶片转速对搅拌机内部流场的影响规律,应用Fluent软件对搅拌机内部流场进行三维数值模拟来为采用非结构化四面体网格、非稳态多相湍流计算模型,针对搅拌机内部流体液面涡深、固相体积分数等参数随叶片转速变化进行研究.结果表明:叶片转速对液面涡深和固相体积分数分布产生重要影响;中心搅拌机械在叶片轴线下方存在混合不畅,固相体积浓度在初始时刻升高.为了防止液体溢出、夹带气体等现象产生,推导出叶片转速最大值的计算公式.     

背叶片对固液两相螺旋离心泵轴向力与流场的影响

基于相对坐标系下的雷诺时均N-S方程和RNG湍流模型,采用非结构化混合网格技术和SIMPLEC算法,对带有叶轮背叶片的螺旋离心泵进行全三维数值模拟.通过改变叶轮背叶片数目和宽度设计出5种不同螺旋离心泵叶轮方案,并分别以清水和固液为介质,对各种方案下泵内流动进行全三维数值模拟,获得螺旋离心泵叶轮无背叶片和不同背叶片数目及宽度下流场及轴向力变化趋势和规律.结果表明:清水介质以及不同固相颗粒体积分数下轴向力具有几乎一致的变化规律,且轴向力大小随固相颗粒体积分数的增大而增大.背叶片对叶轮轴向力大小和方向均有影响,背叶片数目、宽度对于平衡轴向力均存在最优值且对后腔及蜗壳内部流动有较大影响.背叶片对后腔间隙及蜗壳内固相颗粒体积分数分布及压力分布影响较大.背叶片消耗一定的轴功率,其宽度变化对轴功率影响较大,数目对轴功率的影响有最优值.     

离心泵定常计算中叶轮转动位置的影响

利用ANSYS CFX11.0软件,采用标准k-ε湍流模式封闭雷诺应力项,选取6组不同的叶轮转动位置,分别在两种工况下,对离心泵内部流动进行三维定常湍流数值模拟,获取了离心泵内部流场结构,计算泵的扬程及效率.通过与外特性试验及非定常计算结果进行对比,分析了定常计算中,叶轮转动位置对离心泵外特性预测结果的影响.     

高速列车数值计算模型网格划分方法研究

网格生产技术是CFD数值模拟计算的关键技术,网格的优劣直接影响计算的收敛性,决定着数值计算的准确精度和计算成本。结合ICE2高速列车简化模型,使用ICEM CFD软件,划分结构化网格和非结构化网格,比较两种网格的网格质量,对比数值计算结果,总结不同网格类型的优缺点和适应性,为复杂车体模型的网格划分提供参考依据。     

网格类型对流场计算效率和收敛性的影响

针对不同非结构网格类型对流场计算效率和收敛性的影响,在相同面网格尺寸和相同体网格单元数的前提下,比较分析了四面体、六面体和多面体网格剖分方法在CFD计算中计算效率和收敛性上的差异。结果表明:当面网格尺寸相同时,六面体网格的收敛性最好,同时计算所用时间和占用内存都最少,多面体网格收敛最快,计算效率上略低于六面体网格,四面体网格的计算效率和收敛精度最低;当体网格单元数相同时,六面体网格的收敛精度最高,四面体网格的稳定性好,多面体网格在与四面体网格收敛速度基本相当的同时,收敛精度更高,且收敛过程也比较平稳。综合比较,多面体网格在应用广度上优于另外2种网格。     

一种有限容积法中极点奇异单元的处理方法

针对采用极坐标系结构化网格计算非轴对称流动会出现的奇异性问题,以圆形腔顸部驱动流为例分析奇异性问题产生的因为,并通过局部坐标系下压力梯度项的分解,提出了一种极坐标系统结构化网格中心奇异单元离散格式中压力梯度项的处理方法.圆形腔顶部驱动流的数值结果表明:经过压力修正的极坐标系结构化网格算法与单元数高于其数十倍的非结构化网格算法具有一致的计算精度.与同类处理方法相比,该算法不需要对极点处的网格进行特殊处理,在局部坐标系下,仅对极点处网格奇异单元的离散格式压力梯度项进行正交分解处理,极大地降低了有限容积法的实施难度,且保证了算法的准确有效性.     

卧式双轴搅拌槽的液固两相流数值分析

采用液固两相流的数值模拟方法,针对卧式双轴搅拌器的均质混合,运用FLUENT软件结合非结构化网格划分、Eulefian多相流模型、RNG k-ε湍流模型及离散相模型,在非稳态条件下数值模拟卧式双轴搅拌槽的速度分布、压力分布、湍流强度及颗粒轨迹线的规律,分析不同工况对均质混合效果的影响,并获得搅拌轴扭矩及流场冲刷磨损率.在此基础上,分析搅拌功率、搅拌效率和叶片冲刷磨损率的变化规律.研究结果表明:搅拌功率随粒径增大而减小,随体积分数的增大而增大,与转速近似线性关系;当转速高时,搅拌效率高,且粒径和颗粒体积分数对搅拌效率影响小;当颗粒体积分数大时,磨损量大;当粒径增大时,磨损率先增大后趋于平稳.     

不同湍流模型数值模拟三维轴对称凸体分离流动的比较

采用基于非结构化网格的有限体积法对三维轴对称凸体分离流动进行了数值模拟.分别采用标准k-ε模型、可实现(Realizable)k-ε模型、低Re数k-ε模型、剪切应力输运(Shear Stress Transport,SST)k-ω模型和低Re数SST k-ω模型,进行了数值模拟和计算.给出了计算模型、流场网格以及计算结果,并与实验结果进行了对比,结果发现:低Re数k-ε模型模拟效果最佳,与实验结果最为接近.     

基于非结构化网格的三维大地电磁自适应矢量有限元模拟

基于能够模拟复杂模型的非结构化网格,提出基于矢量单元的三维自适应有限元大地电磁模拟算法。其过程是:利用残差型的后验误差算子初步估算粗网格上的单元误差,通过加密误差超过限定的单元,生成新的网格;对新的网格重复上一步过程,从而得到更加精确的数值结果;重复迭代过程直到计算结果的精度达到预定要求为止,从而生成最优化的有限元网格;基于COMMEMI 3D-1 MT模型的数值模拟,验证本文算法的正确性。研究结果表明:通过自适应的网格加密和迭代求解过程,本文算法可以产生迭代收敛的数值结果,计算结果具有较高的精度。     

泵及泵用作透平时的数值模拟与外特性实验

针对泵及泵用作透平时的内部流动规律等问题展开了研究,并建立了一种开式泵用作透平时的实验台,同时对一单级单吸离心泵的正反工况进行了外特性实验研究,从而得到了相应比转速的泵在正反工况下的外特性曲线,进而验证了泵在反运转时可用作透平且具有较高的效率.采用全流场和结构化网格技术对泵及泵用作透平时进行了数值计算,计算结果与实验结果吻合良好;对泵及泵用作透平时的内部速度场和压力场进行了分析.     

离心式污水泵内部流场的三维数值模拟

采用SIMPLE算法、kε-Ap模型和混合四面体非结构网格在笛卡尔坐标系中对离心式污水泵内部流场进行了数值模拟,得出了污水泵内固体颗粒的流动规律以及固体颗粒的分布特征,为离心式污水泵的优化设计提供理论参考。     

离心泵空蚀湍流的非定常数值模拟

为了研究离心泵内部的空蚀流动,结合Fluent软件中的空蚀模型和混合流体两相流模型,对离心泵流道内的三维湍流空蚀流场进行非定常数值模拟.根据模拟计算结果的液相和空泡相流动特征,预测离心泵在设计工况下运行时流道内空蚀发生的位置和程度;通过分析空蚀发生过程中叶片上的压力分布,揭示出离心泵流道内空蚀流场的内在特性,并可对泵的性能进行预估.     

流道形状对PDC钻头头部流场影响的数值模拟

利用计算流体力学对两种不同流道形状的PDC钻头头部的三维流场进行了数值模拟.流场的网格划分采用混合网格形式,保证了计算精度和计算速度的要求.对两种钻头模拟结果表明,流道形状的改变对钻头流场存在较为明显的影响.通过对钻头表面和流场中截面的静压云图和速度矢量图的对比分析表明,改变了流道形状的钻头2的流场明显优于钻头1的流场,且模拟结果得到了实验的验证.     

基于OpenFOAM的离心泵内部流动数值模拟

分析了离心泵内流模拟中存在的问题,指出开源CFD软件是提高离心泵内流模拟精度的必然选择.通过在开源计算流体力学软件OpenFOAM的求解器中添加GGI动静耦合处理程序,实现了OpenFOAM在泵内流数值模拟中的应用.应用修改后的OpenFOAM求解程序对一比转数为117.8的离心泵不同工况下的内流场进行数值模拟,并将数值计算结果与试验结果进行了对比,同时分析了叶轮内部流场的分布规律.研究结果表明,设计工况下的计算扬程相对误差最小,约为-3.5%,而小流量工况下误差最大-6.4%;各工况下的计算效率绝对误差范围均在-0.5%以内.这说明设计工况下的模拟结果优于非设计工况下的计算结果.同时,叶轮内部压力分布和相对速度分布规律符合离心泵内部流动的一般规律.     

基于离心泵的多级液力透平的性能预测与数值模拟

建立多级离心泵的全流道三维实体模型,划分网格后导入Fluent定义边界条件.采用定水头变转速模拟方案,选取600m水头时不同转速工况点进行计算.绘制综合特性曲线并确定最高效率点对应的单位转速、单位流量.研究不同转速时透平的性能,得出透平的水头、功率曲线及最高点效率值随流量略微变化.固定转速改变流量做全流道数值计算,分析最优工况多级透平过流部件内部流场分布,发现进水室底部有两股液流混合撞击,反导叶有流动旋涡,出水室有螺旋尾迹涡带,叶轮头部还存在冲击损失等.针对以上现象,提出多级离心泵反转做透平使用时结构改进的措施.     

基于非结构网格的斜腔驱动流数值模拟

为了分析大长宽比斜腔驱动流内部的流场结构,编制了基于非结构网格的二维CFD计算程序,主要包括：采用3次样条拟合边界点,使用阵面推进法生成非结构网格;采用Poisson方程解给出的结构化背景网格、Laplacian算子和对角交换技术改善生成网格的质量;利用同位网格上的压力加权插值算法避免压力速度失耦.通过对比等长宽比斜腔定常问题,验证了程序的有效性,发现在使用网格数仅为已有相关文献中的1/6的情况下,其结果与相关文献较吻合.对具有工业背景的长宽比为2的斜腔内流场进行了数值模拟与相应的分析,结果表明,斜腔驱动流中心线速度受雷诺数的影响较大,而受斜腔角度的影响相对较小;随着斜腔长宽比的增加,流场内的旋涡结构形式变化不大,只是中部旋涡的尺度增加.这些结果将有助于指导工业流动设备中类似结构的设计与加工.