形成人工血栓的Chandler圆环内的流动分析

本文应用流体力学方法对Chandler 圆环内人工血栓形成的流动情况进行了细致分析。结果表明,形成血栓的下弯月面附近是一个既有迴流,又有二次流的区域,而且迴流的中心主流冲击着弯月面,为颗粒的聚集提供了有利的条件。本文对分析与血液流动有关的人工脏器和体内血栓形成的机理有一定的价值。     

基于浸入边界-有限元法的流固耦合碰撞数值模拟方法

针对流固耦合碰撞问题,建立了流体中固体与固体碰撞界面解析直接模拟方法,采用清晰界面浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时网格出现负体积的问题,采用基于罚函数的有限元方法对固体的运动和碰撞进行求解,以分域耦合方式实现流体域和固体域的耦合求解.通过与静止流体中球形颗粒与壁面正碰撞和斜碰撞的实验数据对比,验证了建立的数值模拟方法对流体中固体与固体碰撞数值模拟的正确性,获得了流体域流场在碰撞前后随时间的变化,同时通过该文建立的数值模拟方法也获得了固体域中固体的碰撞力和应力.未来,将把该数值模拟方法应用到流体流动环境中,如固体颗粒对管道的冲蚀、流体诱导海洋立管之间的碰撞、坠物对海底管道的撞击等.     

在磁场作用下竖直管中有限长液柱的粘性流体运动

血栓的形成与血液动力学有密切关系．Ｃｈａｎｄｌｅｒ环的实验及进一步的研究表明，Ｃｈａｎｄｌｅｒ环中下弯月面处血栓的形成或许是因为流冲击下弯月面，使血小板和红细胞发生聚集所致。本文研究了竖直管中有限长液柱的粘性流体在磁场作用下的流动状况，应用有限差分方法进行了数值求解。计算结果表明，在适当的磁场强度下，管的下半部分管轴附近的轴向流速度较未加磁时有所减弱，从而减轻了流对下弯月面的撞击作用，可以有效地防止下弯月面处血栓的形成，而且磁场越强，这种减弱作用越明显，这一结果为进一步探求血栓的防治及其形成机制的实验研究有一定指导意义。     

基于二次B样条的时间最优轨迹规划

轨迹规划是机器人运动中的基本问题,文章给出带动力学限制的时间最优二次B样条轨迹的规划方法.算法首先搜索可见性图的对偶图得到初始折线路径.在此基础上可以求解带有避障条件的二次B样条拟合问题,到无碰撞光滑的运动轨迹.在此基础上,联合动力学限制建立新的时间最优模型,并用"Bang-Bang-Singular"控制策略求解得到运动轨迹.数值实验表明,文章方法可以求得符合动力学限制的时间最优运动路径.     

在两相粘性跨音速喷管流动中簿层方程的一种隐式求解方法*

本文略去沿流动方向的粘性,将任意曲线坐标系中无量纲化的N-S方程简化为薄层方程.采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程,采用特征线法跟踪颗粒,然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法.其中,颗粒尺寸是分级的,用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件,湍流采用代数模型.该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算,并预估了固体火箭发动机的推力和比冲,计算与试验结果吻合很好.文中还讨论了不同颗粒尺寸、不同颗粒质量百分数和颗粒尺寸分级等对流场的影响,分析了颗粒、二维径向分速和粘性对发动机比冲的影响.本文的方法具有节省机时的优点,尤其是对颗粒尺寸分级的计算,效果更为显着.     

基于五次Hermite插值的机械臂最短路径规划研究

为了保证机械臂高效率和平稳的运行,机械臂运动轨迹曲线一般需要具有C~2连续性,且运动路径具有最优性.采用五次Hermite插值函数方法,构造机械臂的运动轨迹.求解最优化问题得到连接点处二阶导数信息,构造满足上述条件的曲线轨迹,最后给出了两个实例来验证该方法的有效性.     

准静态蒸发Kerr黑洞的量子热效应

该文采用新的广义乌龟坐标变换后,在事件视界附近直接求解Klein-Gordon方程,得到以(t,r)坐标描述的轴对称Kerr黑洞的视界位置、辐射温度.计算结果表明,考虑蒸发后Kerr黑洞的视界面是一个随时间变化的椭球面,Hawking辐射温度不仅随时间变化,而且与方位角有关.进一步分析表明Hawking辐射温度是时间坐标尺度下的补偿效应.     

混沌动力系统中Rossler奇异吸引子数值仿真分析

针对非线性动力学理论中的混沌系统的Rossler奇异吸引子,采用三种数值方法求解三阶Rossler微分方程组,用Matlab语言设计了GUI界面,编制了Rossler奇异吸引子的计算机仿真程序,用相轨直接观察法对混沌系统的运动轨迹特性进行可视化分析,验证了混沌动力系统的初值敏感性等基本特性.     

沿任意直线方向逃逸的鱼雷击舰问题

研究了战舰沿任意直线方向逃逸时的鱼雷击舰问题,通过坐标旋转变换求解了鱼雷的运动轨迹方程的解析解.     

纳米流体在非线性伸展面上粘性流动及其热交换时的相似解

当含金属颗粒的粘性流体(即纳米流体)流过非线性伸展平面时,分析其边界层流动及其热交换.假设伸展速度是到原点距离的幂函数.将偏微分的控制方程及其相应的边界条件,简化为耦合的非线性常微分方程及其相应的边界条件.数值地求解所得到的非线性常微分方程.讨论了各相关参数(即Eckert数Ec,纳米颗粒的固体体积率和非线性伸展参数n)对问题结果的影响,并与先前文献所报道的结果进行了对比.研究了不同类型的纳米颗粒.发现纳米流体的流动特性随着纳米颗粒类型的改变而变化.     

螺旋型旋风分离器两相流场的数值模拟

对螺旋型旋风分离器进行了两相流场的三维数值模拟．气体流场通过求解三维N-S方程得到,湍流模型采用了雷诺应力模型．计算结果表明,旋风分离器内部的流场分为两部分:螺旋通道内比较稳定的流场和筒体中心区域的复合涡结构流场．对颗粒运动轨迹的计算表明,颗粒在入口处的初始位置对颗粒分离有比较显著的影响．同时得到了不同入口速度下颗粒的分级效率曲线,并给出了气体流量对旋风分离器性能的影响,结果显示:气体流量的增加会提高分离效率,但同时导致压力损失的急剧增加．     

椭圆外区域上Helmholtz问题的耦合法

以椭圆外区域上Helmholtz方程为例,研究一种带有椭圆人工边界的自然边界元与有限元耦合法,给出了耦合变分问题的适定性及误差分析并给出数值例子.理论分析及数值结果表明,用方法求解椭圆外问题是十分有效的.为求解具有长条型内边界外Helmholtz问题提供了一种很好的数值方法.     

无界区域上Stokes问题的自然边界元与有限元耦合法

§1.引言 对于用有限元方法求解平面有界区域上的Stokes问题,国内外已有大量工作,例如可见[2]、[9]及其所引文献.但对无界区域上的这一问题,由于区域的无界性给有限元方法带来了困难,边界元方法及边界元与有限元的耦合法便显示其优越性.本文提出用自然边界元与有限元的耦合法求解无界区域上的Stokes问题.这一耦合法早在作者以前的工作中被应用于求解调和问题、重调和问题和平面弹性问题,但将它用于求解     

黏性流体中运动界面上的速度分解

本文研究黏性流体与零厚度弹性材料界面上的耦合运动问题.利用沉浸边界法与时间步长法,半Lagrange离散法,对速度分解后的Stokes部分与正则部分进行求解,获得了关于耦合运动中二阶PDE求解的一般方法,推广了文献[14,15,18]的结果.     

龙格库塔方法在确定失事飞机运行轨迹中的应用

近几年,航空意外事故频发,对失事飞机运行轨迹和落地点的准确判断是快速营救的关键.本文以马航失事客机为例,通过受力分析,建立失事飞机所满足的微分方程,运用龙格库塔方法对飞机的运行轨迹进行求解.仿真结果表明,该方法能有效描述失事飞机的运动轨迹和坠落地点.     

双圆柱体结构的热耦合微分方程及其有限元解

针对物体的热耦合问题,给出了内外形式的双圆柱体结构的热耦合分析的基本微分方程,提出了采用有限元进行求解的方法,并给出了具体算例.热耦合是一个复杂的多元微分方程的求解问题.求解得知,热应力分布情况不仅与几何形状有关,也与热载荷与材料物理特性有关,在一定温度变化范围内,物体由于温度变化所产生的等效应力会随温度呈近似线性变化.此外,结构几何尺寸对应力分布变化的影响大于对温度分布变化的影响.     

在两相粘性跨音速喷管流动中薄层方程的一种隐式求解方法

本略去沿流动方向的粘性，将任意曲线坐标系中无量纲化的Ｎ－Ｓ方程简化为薄层方程。采用隐式近似因子分解法求解气相控制方程，采用特征线法跟踪颗粒，然后获得两相跨音速湍流充分耦合的数值方法。其中，颗粒尺寸是分级的，用参考平面中的拟特征线法处理喷管的粘性亚音速进口边界条件，湍流采用代数模型。该计算方法应用于火箭喷管两相粘流计算，并预估了固体火箭发动机的推力和比冲，计算与试验结果吻合很好。中还讨论了不同颗     

基于MPS-FEM耦合方法对比研究刚性与弹性挡板对液舱晃荡的抑制作用

由流体冲击载荷引起的流固耦合问题广泛存在于船舶与海洋工程领域.例如:在特定激励频率下载液货舱内流体的非线性运动引起对舱壁的砰击作用,进而可能影响液舱围护系统的安全性.由于此类流固耦合问题通常涉及多学科知识,且流体自由面的变化具有强非线性特征,对研究人员带来较大挑战.考虑到Lagrange类方法在处理结构和流体自由面大变形问题上的优势,基于MPS-FEM耦合方法开发了流固耦合求解器.其中,采用MPS方法来数值模拟流体场瞬态变化,FEM方法来分析结构场的变形问题.此外,该求解器采用了弱耦合的方式来实现流体场和结构场之间的数据传递.为了验证该方法在处理流固耦合问题上的可靠性,首先数值研究了溃坝泄洪流与弹性挡板之间的流固耦合标准算例,数值结果与实验标准结果能够较好地吻合.此后,采用该求解器数值研究了带刚性挡板和弹性挡板的液舱晃荡问题,对比分析了多种激励频率下两种挡板对液舱内流体运动及舱壁上冲击压力的抑制效果.     

漩涡合并过程中颗粒运动的数值模拟

漩涡合并不仅影响着流场的演化,还制约着颗粒相的运动．基于涡团分裂合并机制,以一种改进的涡核扩散方法(CCSVM)计算了二相流中的漩涡合并与演化,在此基础上采用单颗粒轨道模型计算、分析了漩涡合并过程中的颗粒运动轨迹．研究结果表明:漩涡合并过程中的颗粒轨迹是一条螺旋线,并且保持与漩涡相同的旋转方向,合并后的漩涡中心即为达到稳定状态后的环状颗粒群中心;合并时间与环量初始值、漩涡半径与涡心距比值的初始值有关;特定条件下,颗粒群中会生成一条拉伸的尾迹,尾迹的产生与黏度系数、颗粒与漩涡的相对位置、合并漩涡环量的不对称性有关．     

一类非线性外问题的数值解法

本文利用FEM-BEM方法研究平面上一类非线性外问题数值方法, 给出了基于非线性人工边界条件的耦合问题收敛性结果和误差估计.数值算例验证了我们的理论分析结果. 最后, 我们提出求解其耦合问题的一种区域分解算法.