三维液体大幅晃动及其抑制的数值模拟

利用 AL E( Arbitrary L agrange- Euler)有限元方法 ,以速度和压力为基本变量 ,数值模拟了圆筒形贮腔中不可压粘性三维液体的大幅晃动问题 .为了避免混合插值在求解三维问题中的数值计算麻烦 ,推导了分步插值的有限元计算格式 ,得到了横向强迫晃动下的速度及压力响应 .根据工程需要 ,对带有圆环形肋板的圆筒形贮腔中的非线性晃动进行了数值模拟计算 ,得到了强迫激励下的速度及压力响应 ,并将得出的一些重要结论与有关实验结果进行了对比分析 .     

平放柱形贮箱内液体晃动的等效力学模型

以油罐车为背景，研究平放柱箱液体晃动的模态响应．采用Galerkin方法建立了贮箱平动激励下离散的液体受迫晃动方程，建立了三维受迫晃动响应的等效力学模型．首先考核了晃动特征问题有限元方法和程序的正确性．其次数值实验显示，在液体三维晃动的横向、纵向、混合的3种可能模态中，贮箱的横向激励仅激发液体沿横向的二维晃动模态，纵向激励仅激发液体沿纵向的晃动模态；不存在其他形式的模态响应．最后算例分析了液体沿纵向晃动的固有频率和晃动质量随贮箱长度、充液量和横截面几何形状的变化，结果表明，纵向晃动固有频率随贮箱长度而下降，晃动质量随贮箱长度而增加．     

平放圆柱体内液体晃动特性及横向受力分析

基于势流理论研究平放圆柱形贮箱内任意充液比液体晃动问题,用Galekin方法求解该边值问题。研究液体自由晃动问题求出满足边界条件的势函数空间项,分析液体晃动频率随充液比例和半径变化的情况,并与实验结果进行了对比,吻合良好。在液体强迫晃动中从自由液面动力学方程出发消掉空间项得到势函数时间项n阶微分方程并数值求解。推导了液体作用在贮箱上的横向力,并计算不同充液比时地震加速度激励下的贮箱受力。     

微重力环境下轴对称贮腔类液刚耦合动力学

采用球坐标系描述球腔中的液体动力学特性,并建立一种轴对称贮腔类液刚耦合系统动力学模型.采用模态展开方法分析了微重环境下球形贮箱中的液体晃动问题,给出了球形贮箱内液体晃动速度势函数和波高函数的高斯超几何级数解析表达式.采用伽辽金变分原理推导了系统动力学模型,并进行了特征频率分析.对耦合充液系统进行了数值仿真计算,并得到系统自由度随时间的变化历程.     

带有弹性隔板的圆柱形贮箱内液体的晃动问题

贮箱内的液体晃动会影响航天器的稳定性。为抑制液体晃动，常在贮箱内布置一些隔板。研究了圆柱形贮箱内液体晃动和弹性隔板振动的耦合问题。在研究中考虑了自由液面边界条件，由于流体和弹性隔板的耦合边界条件比较复杂，在理论分析上有较大的困难。对防晃隔板的上下两部分中的液体分别采用不同的速度势函数，首次利用双势函数导出了耦合频率的方程。通过数值计算得到了基频随隔板位置及刚度变化的规律。     

柔性贮箱内液体晃动的分析模型

研究了贮箱内液体晃动建模中贮箱的柔性与刚性、液体自由面的晃动与非晃动之间的差别．利用液体晃动特征模态和容器结构振动特征模态将液体晃动和弹性结构振动这2个相互耦合的微分方程边值问题进行离散，从而导出了液固耦合系统的动力学方程、相应的液固耦合系统固有频率方程以及液体晃动对容器和充液容器系统对基座的作用力主矢主矩的计算表达式．通过数值计算，比较了刚性贮箱和柔性贮箱之间在液体晃动频率和晃动作用力主矢主矩上的差异；液体引入表面波假设与不计表面波动的柔性壁贮液容器在结构振动频率和作用力主矢主矩上的差别．通过对柔性贮箱内液体晃动动力学模型的无量纲化，得到了确定该动力学模型的3个基本参数，数值研究了这3个基本参数对系统固有频率、系统响应力主矢主矩的影响．     

水平激励下椭圆环形截面储液罐内液体的晃动响应

将受迫晃动的液体速度势分解为刚体速度势和摄动速度势,分别得到满足椭圆环形边界条件的刚体速度势及以自由晃动模态为广义坐标系的摄动速度势。将两者代入液体自由表面波条件,通过自由晃动模态的正交完备性建立动力响应方程,求解得到液体晃动响应的解析解。计算结果与有限元结果非常吻合。分析结果表明:储液罐内液体超过一定高度后,液面晃动波高响应将不受液体高度变化的影响;液面晃动波高响应具有滞后性。     

微重条件下两底为半球面腰为圆柱面贮箱中液体的受迫晃 …

本文研究了微重条件下两底为半球面腰为圆柱面贮箱中液体的受迫晃动特性,用一类特征函数展开的方法求出液体自由晃动频率,速率势,推出了贮箱横向振动时液体受迫振动的动力学方程和边界条件,利用函数展开法求出液体受迫振动速度势,并给出了腔体横向振动时液体对腔壁的反力和反力矩。最后给出了数值计算结果。     

微重条件下两底为半球面腰为圆柱面贮箱中液体的受迫晃动特性

本文研究了微重条件下两底为半球面腰为圆柱面贮箱中液体的受迫晃动特性。用一类特征函数展开的方法求出液体自由晃动频率、速度势。推出了贮箱横向振动时液体受迫振动的动力学方程和边界条件,利用函数展开法求出液体受迫振动速度势,并给出了腔体横向振动时液体对腔壁的反力和反力矩。最后给出了数值计算结果。     

微重状态下带隔板球箱转动时其内液体晃动特性

本文研究了微重状态下带有隔板的球形腔体受迫转动时其内液体晃动将性．利用特征函数展开法，得到了自由振动的频率和速度势，进而求出了腔体受迫转动时液体对腔壁的反力和反力矩，将数值结果和无隔板的球形贮箱内液体晃动参数作了比较，表明加隔板后有明显的防晃作用．     

基于GLS／SUPG的三维注射成形充模过程数值模拟

为稳定地求解速度、压力、温度并准确跟踪流动前沿,实现三维塑料注射成形充模过程数值模拟,采用迦辽金最小平方法(GLS)消除因速度和压力的不当插值组合导致的数值震荡问题,建立了速度与压力同次插值的对称、稳定的集成有限元计算格式;用流线迎风Petrov伽辽金法(SUPG)消除因能量方程中的对流项而导致的数值震荡问题,建立了能量场的稳定有限元计算格式.比较了不同网格密度对计算结果的影响,并通过与文献中实验结果及现有的商业分析软件Moldflow的模拟结果对比,表明提出的数值模拟方法具有良好的稳定性和精度.     

ALE有限元法解二维自由面流体大晃动问题

从Navier-Stokes方程和连续性方程出发，在ALE描述下，用四边形单元对所求区域加以划分；并借助于Galerkin加权余量法导出相应的有限元方程组，在有限元计算中速度和压力均采用四节点线性插值函数；通过二维自由面流体大晃动问题实例的计算，给出相应的计算结果，阐明了该方法的优越性和局限性。     

基于自由液面预测的非线性液体晃动问题的数值模拟

针对一类矩形贮液箱的非线性晃动问题,提出一种基于有限差分算法的数值模拟方法.该方法首先采用σ变换将流体区域转化为矩形域;然后在时间迭代的过程中,运用自由液面运动学条件的显格式预测出下一时层的自由液面形状,并对边界条件中的非线性项作近似处理,由此得到描述下一时层各状态量的离散线性方程;最后根据数值解来对下一时层的自由液面进行校正.使用该方法计算了自由晃动、受迫晃动和行波3种情况,数值计算结果表明该方法具有良好的收敛性和准确性,能够有效地实现非线性晃动过程.此外,这种预测校正格式能够在保证算法稳定性的前提下,灵活地处理包含运动边界的数学问题.     

低重环境航天器贮箱内三维液体晃动数值模拟

为了研究低重环境下航天器贮箱内液体晃动的特性,采用了任意Lagrange-Euler有限元方法描述贮箱内不可压粘性液体的运动。用Laplace-Young表面张力公式将表面张力效应引入自由液面边界条件,采用最小二乘数值逼近方法拟合自由液面平均曲率,给出了含表面张力的动力学边界条件的数值计算形式。数值模拟显示:低重环境下,由于表面张力效应,液面平衡位置会升高;该平衡液面与常重情况下的平衡液面有明显不同,可以在任何位置以不同的形状出现。     

粘性流体大幅晃动的ALE迎风有限元方法

将任意的拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrange-Euler,ALE)描述引入到速度修正格式中,利用迎风有限元法推导了数值离散方程,给出了ALE描述下的分步有限元计算格式,通过对不可压粘性流体大幅晃动问题进行数值模拟,证实了本文方法的有效性和可靠性.     

基于SPH方法的液体晃动数值模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟研究贮液容器中带有自由表面的液体晃动问题.应用密度对比法捕捉自由表面粒子,并采用边界排斥力法与镜像粒子相结合的方法处理固体边界.计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及外部激励下的一阶模态晃动,得到了自由液面的波动和监测断面上的压强分布.将计算结果与理论值以及前人的实验数据对比表明,光滑粒子动力学方法作为一种无网格法,能较好地模拟带有自由液面的液体晃动问题.     

弹性结构与晃动液体耦合系统的动力特性分析

基于弹性波传播理论,构造液体晃动的等效弹性体模型,将液体晃动问题归结为弹性体动力问题, 建立位移-压力格式的流固耦合方程,采用静态缩聚技术求解流固耦合特征值问题.在此基础上,推导地震条件下的流固耦合系统有限元模型.对储液容器的特征值问题和动态响应问题进行了实例分析和计算,算例结果验证了方法的正确性与有效性.     

微重时带隔板球腔内液体受迫晃动特性

本文研究了微重状态下带有隔板的球形腔体横向受迫运动时其内液体晃动特性．利用特征函数展开法，得到了自由振动和横向受迫振动解．进而求出了液体振动的频率．并给出了腔体横向受迫运动时液体对腔壁的反力和反力矩、将数值结果和无隔板的球形贮箱内液体晃动参数作了比效，表明加隔板后有明显的防晃效果．     

海洋核动力平台稳压器内液体晃动仿真分析

针对海洋核动力平台在风浪流载荷联合作用下产生的动力响应带动平台上反应堆稳压器运动,引起其内部汽液介质晃动并造成反应堆压力额外波动及设备冲击等问题,采用Fluent软件建立了流体仿真模型,并基于流体体积（VOF）方法对稳压器内部液体的晃动进行数值模拟,得到了风浪流载荷不同工况下（包括极端情况）液体的晃动过程、稳压器壁面平均静压强和内部压力等参数的变化及波动范围;另外还对防晃液装置的防晃效果进行了仿真和分析,为稳压器进一步的防晃研究和安全设计提供研究基础和理论参考。     

微重时矩形容器内液体自由晃动等效力学模型

研究微重环境下矩形容器内液体晃动动力学, 用付氏级数展开法, 得到液体自由晃动的频率与速度势． 用力的等效原理建立了液体自由晃动弹簧振子阻尼器等效力学模型, 并给出数值结果