超声速钝锥湍流边界层DNS入口边界条件的研究

如何选取恰当的入口条件,是进行湍流边界层直接数值模拟时必须考虑的一个问题.为此建议了一种方法,只需要有平板湍流边界层时间模式直接数值模拟(DNS)所得的一个瞬时的流场,而且其Mach数、Reynolds数及壁面温度条件无需和实际问题中的完全相同,就可导出超声速钝锥湍流边界层空间模式直接数值模拟所需的入口条件.通过3个典型算例,将结果与用其它方法所得结果相比,证实了该方法的可行性.     

Bakhvalov-Shishkin网格上求解边界层问题的差分进化算法

该文在Bakhvalov-Shishkin网格上求解具有左边界层或右边界层的对流扩散方程,并采用差分进化算法对Bakhvalov-Shishkin网格中的参数进行优化,获得了该网格上具有最优精度的数值解.对三个算例进行了数值模拟,数值结果表明:采用差分进化算法求解具有较高的计算精度和收敛性,特别是边界层的数值解精度明显优于选择固定网格参数时的结果.     

基于Schwarz-Christoffel变换的非圆截面血管流场分布研究

应用Schwarz-Christoffel(S-C)变换方法,实现从复平面单位圆到多边形区域的共形映射,结合圆形管道下完全发展脉动流的Womersley算法理论,建立了基于S-C映射的非圆入口截面下的Womersley速度边界模型.在边界模型建立的基础上,应用计算流体力学方法,对基于生理真实的人体肺动脉二级分支血管在一个心动周期内的血流流动情况进行了数值模拟,并与通过外接圆管法设定入口速度边界条件得到的流场模拟结果进行了对比分析.分析结果表明,两者的模拟结果高度一致,但考虑到模拟效率和数值模拟结果的确定性,基于S-C映射的Womersley速度边界模型优于外接圆管方法,对于血管血流动力学的模拟研究更具有现实意义.     

高流量气举阀喷嘴流动的数值研究

通过数值模拟的方法,用适合高速可压缩的的斯托克斯方程,模拟不同结构的气举阀喷嘴的三维高速流动,详细对比5种不同喷嘴结构在日产气15万标准立方天然气的工况状态下的压力、速度、温度等参数.研究表明:喷嘴的能量损失与特征几何参数及进出口边界条件相关,扩张管的能量损失要小于渐缩管的,并确定了5种结构中最适合该工况下的喷嘴形状和尺寸.     

不可压缩黏性流体的二维Navier-Stokes方程的间断有限元模拟

由于不可压缩Navier-Stokes方程由守恒律、扩散及约束发展方程混合构成,为测试数值方法,该文基于非结构网格,对该方程建立了DG(discontinuous Galerkin)格式,讨论了不同黏性系数ν在方腔涡流问题的数值结果,验证了该方法的有效性且不依赖于问题的维数.圆柱绕流问题的模拟结果进一步表明此方法精度高、可有效求解具有运动界面的不可压缩黏性流体问题,使得模拟边界层、剪切层及复杂涡流解十分有效,并可以成功地推广到解决复杂现象数值模拟中的激波结构.     

正三角形排列管束结构流弹失稳流体力模型数值研究

研究了流弹失稳流体力模型.选取阻尼机理控制下的流弹稳定性问题为研究对象,在多种入口流速下对正三角形排列管束结构中单管可动情况的流致振动过程进行了模拟.用管子速度和位移的多项式函数作为流体力模型,结合流体力和管子位移数值模拟结果,计算了流体力系数.对不同流速工况下的流体力系数与流速之间的关系进行拟合,将流速的影响引入到流体力模型中.最终得到了与管子速度、位移以及入口流速相关的流体力模型.用建立起的流体力模型对管束结构流弹失稳临界流速进行了预测,结果较好.这种以管束结构流致振动数值仿真为基础,结合给定的函数形式建立起的流体力模型,能反映管束结构和流体相互作用过程中的主要特征,该模型对流弹失稳临界流速有一定的预测能力.     

传热传质对有抽吸的收缩薄片上的非线性磁流体动力学边界层流动的影响

研究有抽吸作用的可收缩薄片上的磁流体动力学粘性流动.讨论了二维轴对称可收缩问题.利用相似变换给出了无量纲形式的边界层控制方程.利用现代数值技术,数值地求解变换后耦合的非线性常微分方程组,并与现有文献的结果进行了比较.得到了无量纲速度、温度、 浓度的分布, 以及表面摩擦、传热率、传质率和沉积率的数值结果,并用图形显示了与解有关的重要参数.     

DTM-BF方法和可渗透收缩壁面上带滑移速度的非稳态磁流体力学流动

研究了运动的粘性导电流体中可渗透收缩壁面上非稳态磁流体边界层流动,利用解析和数值方法对问题进行了研究,并考虑了壁面速度滑移的影响．提出了一个新的解析方法（DTM-BF）,并将其应用于求解带有无穷远边界条件的非线性控制方程的近似解析解．对所有的解析结果和数值结果进行了对比,结果显示两者非常吻合,从而证明了DTM-BF方法的有效性．另外,对不同的参数,得到了控制方程双解和单解的存在范围．最后,分别讨论了滑移参数、非稳态参数、磁场参数、抽吸/喷注参数和速度比例参数对壁面摩擦、唯一解速度分布和双解速度分布的影响．     

变直径串联喷嘴内流特性研究

喷嘴在分层注入过程中起到调节聚合物分子量和压力损失的作用,而多级喷嘴的结构,由于分子链的逐级剪切作用,可在保证注入粘度的同时,更大的减小压力的损失.在此基础上提出变直径多级喷嘴的几何结构,利用Fluent数值模拟软件,对单级喷嘴、等直径多级喷嘴进行数值模拟,分析不同结构喷嘴对三元复合溶液速度、压力、湍动能以及平均应变速率的影响,结果表明随着流量的增大,三种结构喷嘴的压力损失和平均应变速率均增大,合理的变直径串联喷嘴可以达到与等直径串联喷嘴相同的注入效果,同时尺寸较小,方便工程应用.     

Hartmann共振管及超音速雾化喷嘴流场的数值模拟

采用基于Roe解法的有限体积法,对Hartmann共振管中的气体流场进行了数值模拟,研究了当喷嘴轴线处存在针型激励器的情况下流场的振动情况,数值计算的结果与理论和相关的实验结果符合得较好．计算结果表明移除或引入激励器,将会使Hartmann共振管的共振模式发生转换．通过对超音速雾化喷嘴流场的数值模拟,研究了其中Hartmann共振腔和二级共振腔共同作用下的振动现象以及各物理参数对振动的影响,并对喷嘴中气流从亚音速向超音速的转变机理进行了研究．     

湍流相干结构机理研究(Ⅲ)——湍流拟序结构的统计及动力模型及其对传热影响研究

在文献[1]、[2]的启发下,本文建立一个零压梯度下,考虑局部产生以及外来扰动涡旋的壁湍流边界层大涡拟序结构的统计及动力学模型.在此基础上对充分发展的宽明渠流动中壁面附近的热扩散进行了数值模拟,建立了边界层拟序脉动速度和温度的数据库,发现了与速度快慢条相对应的高低温流条及其随时间在展向的摆动.数值模拟结果与前人的计算和实验结果吻合很好.     

PSE在边界层中预测转捩位置的应用

层流到湍流的转捩是自然界和各项工程实践中广泛存在的现象,层流和湍流的性质大不相同．因此,预测转捩位置是流体力学中的重要理论和实际问题．针对不可压缩边界层,入口加入展向等幅值型和展向波包型两类扰动,展向等幅值型扰动是由一个二维波(2-D)和两个三维波(3-D)组成,使用抛物化稳定性方程(PSE)的方法来研究扰动的演化和预测转捩位置,并且与数值模拟的结果相比较．结果表明,PSE可以研究扰动的演化和预测转捩位置,同时其计算比数值模拟快得多．     

Hartmann共振管及超音速雾化喷嘴

采用基于Roe解法的有限体积法，对Hartmann共振管中的气体流场进行了数值模拟，研究了当喷嘴轴线处存在针型激励器的情况下流场的振动情况，数值计算的结果与理论和相关的实验结果符合得较好．计算结果表明移除或引入激励器，将会使Hartmann共振管的共振模式发生转换．通过对超音速雾化喷嘴流场的数值模拟，研究了其中Hartmann共振腔和二级共振腔共同作用下的振动现象以及各物理参数对振动的影响，并对喷嘴中气流从亚音速向超音速的转变机理进行了研究．     

基于Gauss羽流模型低阶预估旋流燃烧室中守恒标量的空间分布北大核心CSCD

混合分数是表征燃料-空气混合的守恒标量,是湍流燃烧建模的关键参考标量.其空间分布通常通过三维数值模拟获得,然而对于几何形状复杂的燃烧器,三维数值模拟耗时长、成本高,导致燃烧器迭代设计过程效率低.该研究发展了基于Gauss羽流(Gaussian plume)模型的低阶模型来计算旋流燃烧室中的混合分数场,以加速燃料-空气混合策略的评估和参数化设计过程.相比传统的构型,新推导的Gauss羽流模型包含了径向对流的影响和针对旋流来流的修正.进一步发展了镜像反射模型来模拟壁面-羽流的相互作用,并引入相关修正来确保质量守恒.将新推导的Gauss羽流模型应用于甲烷旋流燃烧室混合分数场的低阶预测.基于数值收敛的三维数值模拟生成的数据库,首先采用最小二乘法对模型参数进行优化,然后在宽范围条件下验证了模型的预测精度.该研究不仅为旋流燃烧器内混合分数的快速预测提供了一种新方法,而且为Gauss羽流模型的进一步发展和应用提供了实例.     

源于膨胀波边界层理论中的一类奇异边值问题

对源于膨胀波边界层理论中的一类奇异边值问题进行了研究,利用单调逼近方法得到了满足物理意义上正解的存在性和唯一性的充分条件,同时给出了用速度比例参数表示的壁摩擦的估计公式, 利用打靶法技巧得到了问题的数值解.数值结果证明了估计公式的可靠性和有效性.     

未决赔款准备金评估的对数正态模型及其预测分布的Bootstrap实现

目前在我国精算实务中对未决赔款准备金评估的不确定性风险逐渐重视,对不确定性加以度量显得很有必要.在以往关于未决赔款准备金的不确定性研究中,大多集中于预测均方误差.从数值角度看,如果应用随机模拟的方法,能得到未决赔款准备金完整的预测分布,那么就可以由该分布得到各个分位数以及相关的分布度量,对准备金负债评估的准确性和充足性具有重要的参考价值.研究的对数正态模型是未决赔款准备金评估中的分布模型之一,它假设累计赔款单个进展因子服从对数正态分布,进而将参数Bootstrap方法和非参数Bootstrap方法应用于对数正态模型中,得到了未决赔款准备金的预测分布,并通过精算实务中的数值实例加以实证分析.数值实例由当前国际上日益流行的统计软件R加以实现.     

计算可压缩边界层转捩及湍流的一种新方法——PSE＋DNS

提出了一种计算可压缩边界层转捩及湍流的新方法,它尤其适用于从小扰动开始的转捩及湍流计算.在层流阶段,直至转捩中的breakdown开始前,用抛物化稳定性方程(PSE)计算.然后用直接数值模拟(DNS)计算转捩过程和湍流,其入口条件是用PSE方法在该处得到的扰动.在两个测试算例中,包括亚音速和超音速边界层,此法得到的转捩位置和湍流都与只用DNS计算整个过程所得的一致.使用该方法的优点在于计算量比只用DNS方法小得多.     

超音速边界层中二维扰动的演化及小激波的产生

通过直接数值模拟的方法,对二维超音速边界层中扰动的演化进行了研究．以某一剖面作为入口,加入T-S波,研究小扰动波逐渐增长的演化过程．发现了扰动非线性演化的特征．探讨了二种判断激波存在的方法,证实了超音速边界层中当扰动达到一定的幅值时会有小激波出现．为建立可压缩流稳定性非线性理论提供一定的依据．     

高超音速零攻角尖锥边界层转捩的机理

先计算出高超音速零攻角尖锥边界层的定常层流流场．然后在计算域的入口引入两组有限幅值的T-S波扰动,对空间模式的转捩过程进行了直接数值模拟．分析了转捩过程的机理,发现平均流剖面稳定性的变化是其关键．并进一步讨论了不同模态初始扰动在高超音速尖锥边界层中的演化规律．     

转捩边界层中次生流向涡演化的数值研究

采用高精度直接数值模拟方法和高效的特征无反射边界条件,进行可压缩流转捩边界层中出现的次生流向涡演化的数值研究.精细的数值模拟结果清楚地揭示了转捩边界层的复杂流场中次生流向涡的形成和演化过程,探讨它对转捩至关重要的环状涡生成的影响,发现次生流向涡和主流向涡的共同作用形成环状涡的一种新机理.