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。     

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。     

基于边界拓扑转化的四面体与六面体网格动态连接技术

通过引入交接面网格边界拓扑转化技术,打破了传统得金字塔网格连接技术,实现了六面体网格到四面体网格的动态匹配.而且借助于ICEM CFD内嵌的Tcl/Tk脚本语言,实现了过程自动化,为多学科优化迭代奠定了基础.仿真验证表明:该连接技术可行、可信.     

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.     

自然电场三维有限元正演模拟

有针对性地开展高精度数值模拟工作,解决现有的结构化网格剖分技术的误差非对称性问题,为精细反演解释提供支撑。首先对常规结构化网格剖分技术进行分析总结,并基于前人工作提出一种新的适用于起伏地形的三维结构化网格剖分技术,同时推导了四面体有限元基本方程,然后建立均匀半空间三维点源模型进行算法验证,最后建立渗流自然电场地电模型,探讨渗流走向以及起伏地形对地表自然电位分布的影响。数值结果表明,该剖分技术实现简单,能有效解决误差非对称性分布问题,且模拟精度高,对复杂模型适应性强。在自然电场渗流模型中,渗流方向上能观测到电位正异常,而正负地形分别会引起电位异常的减小与增大。数值结果可为自然电场法在工程与环境领域的数据反演解释提供良好的基础。     

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.     

潜水搅拌机射流特性研究

为深入研究潜水搅拌机的流场特性,采用三维建模软件Pro/E建立三维实体模型,在FLUENT 6.3大型计算流体力学软件平台上,采用非结构化四面体网格,利用动坐标系技术、k-ε湍流模型和SIMPLE算法,并且自由液面采用刚盖假定处理,对WJ型潜水搅拌机进行了全流场模拟,分析了搅拌水池内部流体速度、轴向速度、径向速度、周向速度沿径向的规律,及速度沿轴向的衰减规律,总结流场规律.计算结果表明:搅拌水池内流体轴向速度、速度沿径向分布为高斯分布;搅拌水池内流体最大轴向速度沿轴向衰减以双曲线形式衰减;潜水搅拌机搅拌流场具有明显的射流特性.该研究结果为潜水搅拌机的叶轮设计提供了理论依据,为深入研究潜水搅拌机设计制造的关键技术提供了参考,同时对工程实践有一定的指导意义.     

交贯隧道边界元数值模拟中的网格剖分方法

分别分析了三维情况下隧道表面结构化和非结构化网格的生成原理.主要通过对隧道表面进行分块,采用映射方法先在平面内进行非结构化三角网格剖分,然后依据断面的拟合插值函数投影到几何体表面,形成隧道表面的非结构化三角网格剖分.在交贯隧道边界元数值模拟计算中实现了交贯隧道表面网格中交贯点的快速追踪查找,解决了交贯隧道表面交贯处的网格剖分衔接问题,并且通过在VB环境下的OpenGL编程,实现了网格剖分的可视化,并得到了符合边界元计算所需的网格单元节点数据.     

一种新的基于四面体的体细分方法

提出了一种新的四面体网格细分方法,之前的体细分方法存在着对角线选择或者四面体细分成四面体和八面体的问题,增加了表示和处理的复杂性.新方法较好地解决了上述问题,对一个由四面体单元组成的网格实体,体内进行体细分,细分后的体网格全部由四面体单元组成,而实体的表面,采用一种带参数的类Loop曲面细分,用于控制实体的形状.     

基于Delaunay三角形的非结构化有限元GPR正演

介绍传统Bowyer-Watson三角网逐点插入法的原理与实现步骤,并将固定边界限制、Laplacian光顺、边压缩、边分裂、点插入等拓扑变换技术应用于网格剖分的优化;为了使数值解的误差在全域内接近于均匀分布,通过间隔函数法实现点源、线源等网格渐变控制,结合局部粗化或细化技术,建立高质量Delaunay三角形网格,实现自适应网格剖分。通过1个起伏地表与断层模型网格剖分实例验证非结构化网格对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的地电模型的适应性。根据GPR有限元波动方程,应用三角形剖分、线性插值的Galerkin有限单元法进行求解。建立1个复杂GPR地电模型,利用Delaunay三角形对该GPR地电模型进行自适应网格剖分。研究结果表明:非结构化网格对于物性参数分布复杂或几何特征不规则的地电模型都具有良好的适应性;非结构化三角形网格剖分质量好,单元密度易控制,易于实现自适应有限元,能提高复杂模型正演精度。     

固-液搅拌槽内槽底流场的CFD模拟

使用计算流体力学CFD软件CFX-5.5.1对搅拌槽内固液流场进行了数值模拟。搅拌槽直径T=476mm, 槽内均布四块挡板,搅拌桨为CBYⅢ桨。两相物系采用玻璃珠-水体系,固体体积分数Фv为5.4%。文中使用标准κ-ε模型计算了清水与固液两相的流场,考察了槽内的流场的分布对固体颗粒悬浮状况的影响,同时把槽底的清水和Фv为5.4%的固液两相模拟结果与实验结果进行了对比,模拟结果与实验较吻合。     

涡轮桨搅拌槽内混合过程的数值模拟

文中采用FLUENT软件对六直叶涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟,选用多重参考系法(MRF)及标准kε模型,将速度场与浓度场方程分开进行求解,所得的混合时间的模拟结果与实验值相吻合。同时用计算机流体力学(CFD)方法研究了不同的加料点、监测点位置及操作条件对混合时间的影响规律,模拟结果表明:混合过程主要由搅拌槽内的流体流动所控制,混合时间与加料点及监测点位置密切相关。研究结果对于工业搅拌反应器的优化具有一定的参考意义。     

三桨叶搅拌釜相同混合时间条件下的 CFD模拟及放大研究

搅拌釜的放大主要依靠实验或经验进行,目前已有的各种放大规律由于相似理论的出发点不同,缺乏统一的评价标准.采用CFD技术为统一的放大理论基础,针对4个几何相似的三桨叶搅拌釜,以完全混合所需要的时间T99相同为放大基准,对搅拌釜内的湍流场以及搅拌转速、单位容积消耗功率等随搅拌釜几何放大后的变化规律进行了研究.结果表明,采用CFD技术作为统一的放大理论基础,准确、可靠.     

内燃机缸内气体CFD瞬态分析中动态网格划分技术

文中深入分析了在发动机CFD瞬态分析中的4类动态网格划分技术:弹性平滑方法、动态层方法、局部重划方法和ALE方法.在此基础上,研究分析了发动机CFD瞬态分析中动态网格划分技术的改进措施,提出了基于有限容积法的组合式动态网格技术更为适合发动机CFD瞬态分析中动态网格划分.最后,文中还以屋顶式双气门发动机为例进行了二维动态网格划分,并且运用基于有限容积法的组合式发动机动态网格技术方法实现了切向进气道发动机进气过程的三维瞬态数值模拟,得到了与实验观察相一致的结果.     

双层组合桨中心及偏心搅拌三维流场的数值模拟

利用计算流体力学的方法,采用Laminar层流模型对双层六直斜叶交替组合桨在甘油与水的混合物中进行中心及偏心搅拌的三维流场进行数值计算,得到了组合桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的3种不同流场结构,对比分析了速度矢量图、速度云图以及轴向、径向和周向速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了依据。     

四斜叶桨搅拌槽内的流动特性

采用粒子图像测速技术(PIV),在直径为0.5m的平底搅拌槽内,对单层、双层平行布置和双层交错布置等三种条件下直径为0.2m的四斜叶桨(PBT)的流场进行测量,并利用标准k-ε模型对相应的流动特性进行计算流体动力学数值模拟。实验结果表明：三种流型下PBT叶片后方均存在单一的尾涡结构,其在径向方向的移动距离较轴向方向小。高湍流动能区与尾涡一起运动,实现能量自桨叶向搅拌槽内主体流动区的传递。模拟结果表明：标准k-ε模型对单层PBT搅拌槽内流场的预测与PIV实验吻合较好,而双层PBT的模拟结果与实验偏差较大,两层桨间径向速度被低估而轴向速度被高估是标准k-ε模型产生误差的主要原因,但是标准k-ε模型计算得到的功率准数与实验基本一致。     

离散空间直接建模的计算流体力学方法

本文提出了一种发展适合多尺度、多物理流动的CFD格式的全新途径,即直接在离散空间利用物理模型的跨尺度演化解来建立数值格式的新方法.与直接离散偏微分方程的传统做法相比,基于离散空间直接建模构造出的数值方法考虑了网格尺度和物理模型之间的匹配,能做到不同尺度上物理模型的连续过渡,从而实现对多尺度流动的高效模拟.Boltzmann方程的模型演化解为直接建模方法提供了重要的支撑.本文提出了直接建模构造计算流体力学方法的理论基础,并给出了在建立统一气体动理学格式中的成功运用,验证了新方法的可行性和优越性.     

螺带螺杆搅拌釜中高黏流体的CFD模拟计算

高黏聚合体系的搅拌混合应用广泛,是聚合物合成工业中的关键,但采用实验方法难以得到其流场.应用ANSYS CFX软件模拟计算高黏聚苯乙烯溶液体系在不同螺带螺杆组合搅拌釜中的流场特征,分别采用不同的计算流场模型进行求解,其中搅拌釜气-液两相界面采用与实际情况较为接近的自由液面,旋转区域采用滑移网格法处理,液相采用不同黏度的高分子黏性流体,计算比较了不同搅拌桨组合下的流场特征,论证了双螺带螺杆搅拌桨在高黏流体混合中的优越性,同时得到不同黏度和不同转速下搅拌釜内的液面形状、速度场和搅拌功率,为实际生产及工业优化提供了理论参考.     

基于错误函数的四面体网格优化方法

通过对现有网格优化算法及网格质量函数的研究,选用常见的四面体网格质量函数,同时考虑边质量约束,推导出了错误函数,基于这个错误函数对四面体网格进行优化.采用错误函数作为基于优化算法光顺的目标函数.并通过应用变尺度法(BFGS)求解错误函数最小值问题对四面体网格进行光顺.将改进的基于优化算法的光顺与拓扑优化算法中的点重叠技...