圆柱绕流的三维数值模拟

利用计算流体力学软件CFX－4,对粘性不可压缩流体的圆柱绕流进行了三维数值模拟,采用有限体积法和SIMPLE计算程式,利用不可压缩Navier-Stokes方程,模拟雷诺数在亚临界区内的绕流流动,并计算了流体的水动力特性。为克服数值模拟高雷诺数时的数值不稳定性,计算中采用了QUICK迎风格式,其对流项为三阶精度,其余项如扩散项等为二阶精度,圆柱两端边界采用周期性边界条件。计算结果表明,高雷诺数时圆柱周围的流动具有明显的三维特性,且沿柱长方向不同断面的升力和阻力系数并不相同。同时,对圆柱绕流进行了二维数值模拟,并与三维数值结果进行比较,发现三维模拟的升力和阻力系数均小于二维模拟。     

圆柱绕流复杂尾迹的实验研究

本实验研究由两个或三个并排圆柱体所产生的复杂尾迹。其中一个圆柱被加热,流体尾迹中最高温度比环境温度高１℃左右,对湍流场影响很小。用Ｘ热线和一根冷线相结合的三线探头分别测量速度和温度的脉动。以一个圆柱尾迹的实验数据为基础,用位置叠加假设来计算复杂尾迹,并与实际测量结果比较,用以检查该假设在圆柱绕流复杂尾迹的适用情况。结果表明,利用位置叠加假设,可以根据该假设的实验结果来对复杂尾迹的平均速度进行描述     

浅水层圆柱绕流流动模式的实验研究

对浅水层中圆柱绕流的流动模式进行了探讨．采用数字图像测速(DPⅣ) 系统对直径为1.27 m的圆柱在多个特征参数下的尾流流动特征进行了详细的测量． 实验结果给出了全流场的尾流的速度流线图．结果表明,决定浅水层圆柱绕流流动 模式的唯一参数是特征参数s,并且发现s=0．45是尾流区涡街向形成稳定的回流\r 区转变的临界值．同时给出了浅水层圆柱绕流尾流流动机理的合理解释．     

纳米尺度并列双圆柱绕流的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法，对纳米尺度下的等大并列双圆柱绕流问题进行了数值研究．模拟结果表明：在低雷诺数（Re=22）、纳米尺度下，同样存在由于L^＊／D^＊（L^＊为两圆柱轴线之间的距离，D^＊为圆柱的直径）值的变化，导致流场内呈现出单涡脱落、双稳态以及双涡对称同步脱落的不同流动状态，这与宏观尺度下的研究结论相一致．然而，各种流动状态所对应的L^＊／D^＊范围却与宏观尺度下的数值和实验研究结果不一致．单涡脱落区域为L^＊／D^＊〈1．1，双稳态现象出现的区域为1．1％L^＊／D^＊〈1．8，且由于间隙流的影响，当L^＊／D^＊一1．2时，就已出现了典型的双稳态现象，双涡对称同步脱落区域为L^＊／D^＊〉1．8．微观尺度下的3种不同特性的流动状态均比宏观研究结果提前，表明流动状态的变化具有明显的尺度特征．     

小雷诺数下圆柱绕流的流场特性及规律研究

在小雷诺数(Re＜ 100)的情况下,采用有限元方法对不同雷诺数下圆柱绕流流场中的漩涡进行了数值模拟.流体域应用Navier-Stokes方程进行求解,重点考虑了随着雷诺数的变化而引起圆柱绕流流场漩涡的变化,圆柱应力、升阻力的变化情况.数值计算结果随着雷诺数的不断增加,反向对称漩涡的各计算尺寸也随之增加,而且几乎成线性...     

圆柱绕流水动力学特性的数值模拟

应用计算流体动力学软件FLUENT对低雷诺数(Re)(Re≤300)下圆柱绕流问题进行数值模拟。采用分区结构化网格及层流模型求解不可压缩Navier-Stokes方程,在未施加任何扰动的条件下获得了圆柱绕流2种特殊的绕流场,系统分析了壁面压力系数、平均阻力系数、脉动阻力、升力系数及旋涡脱落频率等水动力学特性参数随Re数变化的规律,结果与实验研究吻合较好。     

脉动流条件下圆柱绕流特性研究

该文数值研究了脉动流条件下圆柱绕流场特性,对涡量分布、升阻力系数、升力系数频谱特性等进行了分析。结果表明,脉动流作用会使圆柱尾涡剪切层变薄,提高脉动频率使尾涡长度变短、脱离加快,提高无量纲脉动振幅使主导涡的脱落速度降低,使旋涡生成区域更靠近圆柱表面;脉动频率与无量纲脉动振幅的增大使升、阻力系数的振幅均增大,而且与升力系数相比,阻力系数的振幅更大,变化更快;升力系数频谱图存在多个主频,包括旋涡脱落频率和相位叠加频率,其中旋涡脱落频率的振幅随着脉动频率的增加而减小,随着无量纲脉动振幅的增加而增加。     

低雷诺数下不等直径串联圆柱绕流数值模拟

针对海洋工程与各类大型工程项目中广泛存在的多柱体绕流问题,以不等直径串联的双/三圆柱为研究对象,运用流体力学有限差分法对不同间距比的柱群结构进行数值仿真计算,主要分析了各圆柱的升阻力系数和尾流特性。分析结果表明,在双圆柱系统中,各圆柱的升阻力系数变化趋势相同,且处于上游的圆柱升阻力系数总是高于下游的圆柱;在三圆柱系统中,随着间距比的变化,圆柱尾流场出现了不同的流态,且主圆柱对下游圆柱的升阻力系数具有引导作用。     

稀薄气体中高超速圆柱绕流仿真研究

高速尤其是高超音速飞行是航空航天发展的主流方向.目前,70 km以上高超音速飞行器的需求越来越大.当飞行高度达到或超过70 km时,稀薄效应明显,此时连续介质假设失效,传统的连续流体运动方程(NS方程)和相应的CFD方法已经失效.利用连续流体运动方程(NS方程)和直接模拟蒙特卡洛方法(DSMC),对四个典型Kn(Kn分别为0.001、0.01、0.1和1)下的圆柱绕流进行了计算.分析比较发现,随着Kn的增大,流场中的激波间断结构变弱变粗,甚至消失,圆柱后方的分离区也逐渐变小直到消失.     

自由振动圆柱绕流近尾迹湍流普朗特数

对自由振动圆柱后尾迹中的湍流普朗特数进行了实验研究 ,并与刚性柱体尾迹的结果作了比较 .加热圆柱后的流场温度比环境温度高 1℃左右 ,对流场影响很小 .用自制的X热线和一根冷线相结合的三线探头测量速度和温度的脉动 ,并用激光测振仪测量了该柱体的振动情况 .结果表明 ,在自由振动后的尾迹中 ,湍流脉动引起的能量输运能力比动量输运能力强 ,湍流的梯度输运假设与实验结果符合较好     

圆柱桥墩绕流特性理论研究

对圆柱桥墩绕流特性理行了理论研究。为了防止桥墩发生过大冲刷应在理想液体绕流动量守恒影响范围 S1=1 .6a,即距桥墩 0 .6a范围内防护 ,考虑由于实际圆柱桥墩后一对复合涡体可能的影响 ,最大流流速按 2 V并乘适当安全系数进行设计。至少必须在理想液体绕流比动能守恒影响范围 S2 =1 .1 9,即距桥墩 0 .1 9a范围内防护。为防止可能发生的桥墩绕流对行船的影响 ,避免水流的影响防止轮船对桥墩的冲撞 ,其防撞栏设置应在 r=1 0 a处。     

规则波作用下墩柱周围流动特性实验研究

通过波浪水槽实验研究波浪作用下墩柱周围的流动特性．利用声学多普勒流速仪（ADV）测量墩柱迎浪面、侧面和背部的瞬时流速,通过统计学方法计算得到平均流速、脉动强度和雷诺应力的分布．研究结果表明,墩柱周围的流场呈明显的三维特性．墩柱迎浪面由于反射波与人射波相互影响,三个方向的平均流速均较小．背面由于受到掩护作用,流速三维性减弱;横向、垂向流速基本接近于零;侧面流速值最大,三维性最强．墩柱附近床面横向切应力较小而水平方向的切应力较大,水平脉动强度约为其他两个方向的3～5倍．     

基于SPH方法的阶梯流数值模型

针对阶梯流在实验研究方面的不足,为了更好地研究复杂阶梯流动力学规律,利用光滑粒子流体动力学方法(SPH)构建了阶梯流数值计算模型。该文模型对SPH方法的一种固壁边界处理方法进行了改进,改进的边界处理方法能对固壁边界施加的斥力进行动态修正从而减少边界扰动,还引入了动态加入水粒子的水泵模型来模拟阶梯流实验中的水泵注水过程。以验证模型可靠性,基于建立的模型对Ishigaki实验场景进行了模拟分析。结果表明:定性上,模拟水流呈现出较好的阶梯流流态;定量上,模拟结果与Ishigaki实验数据整体上比较吻合。     

基于SPH应力修正算法的液滴撞击超疏水壁面模拟分析

 针对SPH方法中的压应力不稳定问题,提出一种改进的Quintic核函数,相对于传统的“钟形”核函数可以更好地改善SPH模拟过程中粒子的聚集现象。应用改进模型对液滴撞击超疏水壁面过程进行模拟研究,根据撞击后液滴铺展的运动特征,分析了影响壁面摩擦阻力的因素以及摩擦阻力的作用区域。结果表明,当壁面相对浸润直径φ<1时,撞击后液滴铺展受壁面黏度系数υ'的影响不明显,而当φ≥1时,相同条件下υ'越大液滴铺展速度越小,壁面相对浸润直径的最大值φ_max越小,因此φ≥1为撞击后液滴铺展过程中壁面摩擦阻力的主要作用区域;壁面黏度系数υ'值对撞击后液滴铺展时间影响较小,不同υ'条件下液滴铺展达到φ_max的时间相近,在相同壁面条件下液滴铺展受到的摩擦阻力会随着撞击速度v₀的增加而变大,υ'与v₀大致按二次抛物线变化。     

用无网格法求解不同Re下圆柱绕流问题

采用无网格伽辽金法对不同Re下二维不可压粘性流场圆柱绕流问题进行了数值模拟。该计算不仅预测了不同条件下的流动特性,而且预测了流体作用在圆柱上的曳力和升力。这些力通过积分圆柱表面的压力和粘性力获得。结果显示,当Re大于80时,圆柱所受曳力和升力开始振荡。计算所得的脱落频率(Sr)与前人的结果吻合良好。     

用速度-涡量方法解具有表面抽吸的圆柱绕流问题

用有限差分法计算了不可压缩粘性流体绕具有表面抽吸圆柱的流动，控制方程采用涡量－速度形式的N－S方程，并引入对数有坐标变换，以使近壁处的网格加密，其中涡量输运方程采用二步R－K方法求解，速度泊松方程采用LSOR方法求解，并对速度进行了无散修正，计算表明合理选择抽吸的位置与强度，可有效减少阻力和升力，得到较好的流动控制效果。     

方柱绕流的大涡模拟

采用大涡模拟(LES)方法对雷诺数为2.2×104的方柱绕流流场进行了数值模拟.使用非交错网格的有限差分法,分别对准三维物理模型和真实三维物理模型求解不可压N-S方程,将沿流向方向方柱水平中心线上的时均速度的计算结果与实验数据进行了比较,结果表明,三维模型的模拟结果优于准三维模型的模拟结果.比较升力系数和阻力系数发现,与二维模拟(RNG)方法相比, 三维模拟的结果更加接近实验测试数据.     

三维洪水流动的SPH数值模型

对光滑粒子动力学(SPH)方法进行了改进,提出了高精度的耦合动力学边界处理方法,保证粒子的无穿透条件,通过液面粒子的支持域求和准确施加自由液面条件,准确预测水流的翻卷、破碎效应。建立洪水流动的简化模型,分析防波堤对洪水的阻碍作用,准确预测洪水流动中各种三维特征。应用SPH模型对三维圆柱形水体坍塌过程进行模拟,结果表明,SPH数值模拟结果与实验结果吻合很好,从而验证了SPH模型模拟剧烈自由液面流动的有效性。     

基于改进YOLOv5的人员检测方法研究

为了解决在人员检测过程中,检测精度低、收敛速度慢问题,提出了一种基于改进的YOLOv5人员检测方法。首先,在主干网络(Backbone)和特征加强网络(Neck)中加入注意力机制(CBAM),来解决Backbone特征提取能力不足问题,并加强Neck特征融合能力;然后,加入EIOU Loss,解决了计算宽高的差异值取代纵横比,同时引入Focal Loss解决难易样本不平衡问题,EIOU Loss在测试过程中,不仅仅加快模型的收敛速度,而且精度也有所提升。结果表明：在自制数据集和公开数据集CrowdHuman中,平均精度分别提高1.2%和1.6%,FPS每秒提升了11.91帧和6.44帧,漏检情况也有所降低。经过改进后的模型,实时性要求符合现实要求,更易于提取人员的特征信息,提升检测精度。     

覆冰导线绕流特性分析

为研究覆冰导线在微风下的振动特性,对新月形覆冰导线在不同雷诺数下的绕流问题进行仿真,计算得到的阻力系数与已有实验结果一致.分析了雷诺数对绕流参数的影响,得到了各参数的变化规律.结果表明:与导线未覆冰时相比,覆冰导线出现卡门涡的雷诺数要滞后,卡门涡对应的雷诺数范围明显缩小,斯特劳哈尔数和阻力系数均减小;卡门涡振动的频率降低,但振幅增高.研究结果可以为输电线振动的防治提供理论参考和实验指导,同时将可视化的仿真结果应用到理论教学中,可以弥补实验条件不足及真实实验难以实施的困难,节省教学资源,加强教学与工程应用之间的有机结合.