初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

进气门布置对汽油机进气过程的影响

采用三维数值模拟的方法对某摩托车发动机进气过程的气体流动进行了瞬态模拟,通过分析速度、压力、湍动能分布及定量计算缸内进气充量、缸内平均压力、平均湍动能等参数,研究了不同进气门倾角布置对进气过程的影响．计算结果表明,采用较大的进气门倾角对进气过程有利．     

ZS1110 直喷柴油机缸内气体流动的三维数值模拟

利用移植到微机上的ＫＩＶＡ程序对常柴ＺＳ１１１０直喷式柴油机的缸内气体流动过程进行三维数值模拟，详细分析柴油机燃烧室内的气体运动规律，计算结果有助于该机燃烧系统的改进．     

内燃机缸内冷态湍流流动及传热的二维数值计算

阐述内燃机缸内冷态湍流流动和传热的一种二维数学模型，即用数值方法求解控制缸内气体流动和传热的一组偏微分方程组，得到缸内流场及温度场，进而求出壁面处温度的变化规律．计算是基于控制容积法，采用可在轴向伸缩变化的轴对称动坐标系．在压力较正方程和Ｋ－ε湍流模型中均考虑了流体的压缩性效应，旋流也作为因变量之一纳入了计算．对平顶及带凹坑的燃烧室的模拟计算结果与实验数据相吻合．     

计算网格与湍流模型对柴油喷雾多维数值模拟结果的影响

为探明柴油喷雾数值模拟的影响因素，用CFD多维数值分析软件研究了柴油喷雾的油束特性．计算结果表明，网格的划分直接影响计算结果的正确性和油束的几何形状．建立计算网格时，要注意网格均匀一致，避免网格密度突变；特殊几何形状壁面附近局部贴体坐标网格的范围不宜太大，否则会引起计算结果的畸变．对不同湍流模型的计算试验发现，RNG κ-ε湍流模型计算精度高、成本低，适合于柴油机缸内喷雾的数值模拟。     

ZS1110直喷柴油机缸内气体流动的三维数值模拟

利用移植到微机上的ＫＩＶＡ程序对常柴ＺＳ１１１０直喷式柴油要的缸内气体流动过程进行三维数值模拟,详细分析了柴油朵燃烧室内的气体运动规律,计算结构有助于该机燃烧系统的改进．     

可变气门升程对涡轮增压缸内直喷汽油机缸内流动特性的影响

采用数值模拟方法对不同最大进气门升程（MVL）下涡轮增压缸内直喷汽油机缸内气体的流动特性进行分析,以掌握变气门升程对缸内流动的影响规律．结果表明,MVL的减小使过进气门中心线的纵截面内的顺时针滚流增强。在120℃A时刻,MVL为7．7mm时截面内气体流动以逆时针滚流为主,而MVL为1．0mm时截面内气体流动以顺时针滚流为主;低MVL有利于进气初期缸内滚流比的提高,而在进气后期及压缩过程中,MVL为1．0mm时缸内滚流比明显低于MVL为7．7mm和4．0mm时的缸内滚流比;随着进气门升程的减小,湍流强度第一个峰值明显升高（MVL为7．7mm时峰值为0．54,而MVL为1．0mm时峰值达1．03）,但小MVL条件下湍流强度衰减较快,在压缩末期3种MVL下的湍流强度差别较小．     

基于电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室结构优化设计

为改善自由活塞发动机的燃烧质量,依据建立的电磁驱动自由活塞发动机仿真模型,采用数值模拟与试验相结合的方法对自由活塞发动机燃烧过程进行了仿真分析,并对活塞顶部形状进行了优化设计.结果表明,通过对电磁驱动的自由活塞发动机燃烧室的优化设计,提高了换气效率,增大了压缩比,缸内峰值压力随之增大.该研究为组织好电磁驱动自由活塞发动机缸内气体流动提供依据,为电动汽车和混合动力汽车的发展提供发动机基础.     

用混合燃烧模型研究缸内直喷醇类燃料发动机的燃烧

通过引入湍流燃烧延迟系数，将单步不可逆反应模型和漩涡破碎燃烧模型结合在一起，建立了一个新的混合燃烧模型．利用混合燃烧模型对一台采用火花点火、缸内直喷、周向分层燃烧系统的醇类燃料发动机的燃烧过程进行了三维数值模拟，计算所得的缸内压力和燃烧放热速率与实验结果吻合良好．模拟结果表明，在缸内直喷醇类燃料发动机中，混合气能稳定地实现由浓到稀的周向分层，醇类燃料高的汽化潜热导致混合气温度较低，燃烧过程中预混燃烧与扩散燃烧并存，燃烧速率非常快．     

静水中正方形孔口浮力射流特性的研究

建立了静止环境中正方形孔口浮力射流的三维湍流模型，考虑浮力对射流的影响，采用混合有限分析数值格式来离散求解数学模型，给出了其数值模拟结果．为验证该数学模型和计算方法以及所得到的数值结果的正确性，对静止半无限环境中的正方形孔口的浮射流进行了试验，测量得到了各工况下轴线上的温度，试验资料与数值模拟结果的良好吻合表明该数学模型和计算方法能有效的模拟该类流动．将试验结果与已有的圆孔浮射流的轴线浓度比较发现两符合良好．同时在离射流孔口一小段距离后，数值模拟得到的不同高度位置处的温度和纵向流速等值线分布形态与圆孔浮射流的分布形态完全一致，并验证了温度和流速自相似区域的存在．     

车用四气门汽油机气道及缸内流场的瞬态模拟

为指导结构设计，缩短开发周期，在486QE车用四气门汽油机研发过程中，利用计算流体力学软件Star-CD对其气道及缸内流场进行了瞬态模拟．采用基于模板的动网格生成技术，快速生成计算网格，计算并给出了速度场和湍动能场．模拟结果表明，气道内流场未出现死区和逆向流动，气道结构设计合理；缸内流场中出现明显的滚流，在压缩上止点以大尺度滚流的状态存在，高湍动能区位于火花塞附近，有利于火焰传播．样机的台架试验数据表明，功率、油耗、扭矩和排放指标都达到了预期目标值．     

地铁火灾的盐水实验与计算机数值模拟

为了认识地铁火灾烟气的流动规律，达到为消防设计提供相关资料并采取合理消防措施的目的，采用缩尺盐水实验与计算机计算流体力学数值模拟相结合的方法对地铁火灾进行研究．研究受限空间火灾烟气运动的手段主要有全尺寸火灾实验、小尺寸模拟实验和计算机数值模拟3种．实验模拟了列车着火和站台着火2种情况，得到了地铁火灾的烟气流动规律，比较并分析了计算流体力学数值模拟与盐水实验得出的烟层无量纲高度和无量纲时间．计算流体力学数值模拟与盐水实验得到的烟气到达楼梯口所需时间相差为1．5—2s，到达远侧楼梯口所需时间相差7．2s．二者之间存在着一定的误差，但误差不大．同一时刻，数值模拟比盐水实验得到的无量纲烟层高度高0．1左右，变化趋势一致．结果表明，实验条件选取合理，方程模型选用和边界条件设置恰当，盐水实验与计算流体力学数值方法模拟地铁火灾均是可行的．     

金属高温塑性本构方程的研究

有限元数值模拟技术的重大发展使得其在锻造加工研究领域得到了越来越广泛的应用．本构方程是描述材料变形的基本信息和有限元模拟中不可缺少的数学模型，它反映了流动应力与应变、应变速率以及温度之间的依赖关系．为了建立本构方程，必须测量一定温度、应变速率范围内的流动应力值，这通常是由压缩试验来完成的．有限元模拟结果的有效性首先取决于本构方程的精确程度，所以，如何获取精确的本构方程成为锻造成形过程计算机模拟技术中的首要问题．     

二维管道内交变流动的格子-Boltzmann方法模拟研究

采用格子-Boltzmann方法（LBM）对二维管道内不可压缩交变流动——Womersley流的流动与换热进行了数值模拟研究．结果表明：管道内压力梯度呈周期性变化，在周期较小时，管道的绝大部分区域速度分布相当平坦，在靠近壁面附近出现了速度的峰值，且靠近壁面处速度变化剧烈；在周期较大时，速度分布近似于抛物线，管道中心速度总大于壁面附近速度，且不同周期下的模拟结果与解析解都吻合得很好．另外，当速度交变时，温度表现为波动变化．速度与温度的相位差、温度的分布特性、温度的波动特性等都与压力梯度交变周期及幅值有关．研究结果表明，LBM可以用于交变流动的模拟．鉴于LBM的众多优点，该方法有望成为求解复杂流动与换热的一种有效的数值模拟手段．     

不同湍流模型比较模拟撞击流

构造了计算撞击流流场分布的数值简化模型,并用有限容积法对间距为H的两个对置平板喷嘴间的湍流作用区域进行数值模拟研究．数值模拟采用了三种湍流模型：标准的k-ε模型、RNG k-ε模型（renormalization group k-ε model）以及雷诺应力模型．数值模拟数据的有效性通过将模拟结果与由对环境温度下两对置喷嘴之间的撞击流试验的结果比较得到证实．通过与实验数据的比较发现,由于考虑了平均流动中的旋转及旋流流动情况,RNG k-ε模型在撞击流区域获得的结果要好于用标准k-ε模型和雷诺应力模型获得的结果．     

切向/螺旋进气道稳流实验与数值仿真

为了研究内燃机进气道及缸内的流动规律,并验证数值仿真在内燃机中流动的可行性,对典型的内燃机切向/螺旋组合进气系统的三维流场进行了稳流实验,并用商业软件Fluent数值仿真了实验条件下进气道及缸内流场.由文中给出的算法计算的涡流比及流量系数与实验结果具有较好的一致性.通过仿真流场分析发现,随着气流逐渐远离气缸盖,垂直于气缸轴向的截面上速度分布越规整,越易形成单一方向的旋涡.研究结果表明,数值仿真可以较准确地得到直观的进气道和缸内流场,补充了稳流实验.     

非定常水斗表面自由水膜的流动机理

冲击式水轮机水斗内非定常自由水膜的流动非常复杂,至今还没有足够精确的数值方法来模拟这种流动．文中分析了非定常水膜流的流动机理,根据N-S方程推导出了水斗表面流体粒子在转动坐标系中的相对运动控制微分方程,依据控制微分方程编写出了数值解析软件并对水斗内的水膜流动进行了数值模拟,定量地得到了某模型水轮机水斗内部流动的速度场、能量场．对比一系列水膜流态分布,数值解析得到的结果与试验观测结果基本相吻合,最优工况下的水力效率与模型试验数据的误差为0．33％．     

固体火箭发动机喷口参数的数值计算

采用高精度数值分析格式，对二维轴对称、粘性、湍流流动方程进行研究。通过对固体火箭发动机喷管内流动的数值模拟，得到发动机喷口截面上的静温、静压和马赫数等流动参数。数值计算的入流边界条件分别设定为发动机燃烧室燃气的质量流量和总压，2种边界条件下的计算结果相比较差异不大，计算结果与试验测试结果的相对误差较小。通过理论计算与试验的比较，表明该研究方法具有切实可行的工程应用价值。     

深海采矿提升泵的数值模拟分析

针对深海底矿物粗颗粒浆体在提升泵内的流动问题，提出了一种新型粗颗粒-均质浆体两相流动模型．采用流体动力学软件CFX对两级提升泵内的粗颗粒固-液两相湍流进行了数值模拟.计算获得了粗颗粒在提升泵内的流动特征及其泵工作特性的仿真结果，并与两级提升泵的性能试验结果进行对比，两者能较好地吻合，从而验证了该两相流动模型和数值模拟的有效性和准确性.     

弯曲微小通道的流阻特性

设计了不同曲率半径、不同几何尺寸的弯曲微小通道，并对其进行了流阻试验，得出了不同几何尺寸的弯曲微小通道的流动特性，并采用N—S方程对流体在弯曲微小通道中的流动特性进行了数值研究．将试验结果与数值计算结果进行了比较，发现它们间存在较大的差异．为了正确解释这种差异，在对流体流动特性分析的基础上引入了粗糙粘度模型．计算结果表明，用粗糙粘度模型计算的结果与试验值吻合较好．