瞬态热传导问题的一阶对称SPH方法模拟

为提高传统光滑粒子动力学(smoothed particle hydrodynamics, SPH)方法模拟瞬态热传导问题的精度和稳定性,本文提出了一种一阶对称光滑粒子动力学(first order symmetric SPH, FO-SSPH)方法.该方法将具有二阶热传导方程分解成两个一阶偏微分方程,然后基于梯度离散和Taylor级数展开思想,对一阶核梯度形式进行修正,并将得到的局部矩阵对称化.数值结果表明:与传统SPH方法相比,FO-SSPH方法精度高、数值稳定性好; 该方法能较准确地直接施加混合边值 关键词： 瞬态热传导 光滑粒子动力学 非线性     

基于修正并行光滑粒子动力学方法三维变系数瞬态热传导问题的模拟

为了解决传统光滑粒子动力学(SPH)方法求解三维变系数瞬态热传导方程时出现的精度低、稳定性差和计算效率低的问题,本文首先基于Taylor展开思想拓展一阶对称SPH方法到三维热传导问题的模拟,其次引入稳定化处理的迎风思想,最后基于相邻粒子标记和MPI并行技术,结合边界处理方法得到一种能够准确、高效地求解三维变系数瞬态热传导问题的修正并行SPH方法.通过对带有Direclet和Newmann边界条件的常/变系数三维热传导方程进行模拟,并与解析解进行对比,对提出的方法的精度、收敛性及计算效率进行了分析;随后,运用提出的修正并行SPH方法对三维功能梯度材料中温度变化进行了模拟预测,并与其他数值结果做对比,准确地展现了功能梯度材料中温度变化过程.     

基于大密度差多相流SPH方法的二维液滴碰撞数值模拟

该文结合了Ott提出的修正连续性方程和Adami改进的动量方程, 对空气中的液滴碰撞问题进行了二维数值模拟. 为有效提高计算精度, 推导了适用于大密度差多相流的人工黏性和人工应力方程. 通过表面张力作用下方形液滴自然变化和空气中两液滴互溶的算例, 验证了算法的有效性; 对不同韦伯数 (8.8, 19.8)、不同碰撞参数 (0, 0.5)下的液滴碰撞过程进行了数值模拟, 并与VOF方法对比,取得了较为一致的结果; 进一步计算多个韦伯数、多个碰撞参数下的液滴碰撞, 得到了空气中二维液滴碰撞结果分布图,与实验结果相符合. 结果表明, 该算法对于求解涉及大密度差多相流的液滴碰撞破碎问题十分有效,而且该方法容易拓展到三维, 从而为进一步模拟火箭发动机的二次雾化过程奠定了基础. 关键词： 光滑粒子流体动力学 大密度差 多相流 液滴碰撞     

多孔介质中流体输运的孔尺度SPH模拟

本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法[1]对流体流过多孔介质的过程进行数值模拟,方法与程序用经典的Poiseuille流与多孔介质流动的Kozeny解进行了验证.PH进一步用于数值模拟跨膜流动,获得了跨膜流动中速度场随时间的演化过程.多孔膜孔径在1 靘到200 靘范围内,流体跨膜渗透速度的SPH结果与K-K方程的计算值吻合较好.文中还讨论了粒子数目与计算精度的关系.本文的计算结果表明SPH方法具有模拟多孔介质微流动的能力.     

基于SPH方法的活塞环岸润滑油输运的数值研究

活塞环岸润滑油的输运过程是一个典型的复杂多相流问题,该过程对柴油机动力性和排放等性能有显著影响.应用N-S方程描述润滑油的输运过程,并对润滑油输运的物理模型和初始条件进行简化,首次利用SPH方法求解活塞环岸上润滑油膜的状态.研究表明SPH方法可以准确描述润滑油输运过程中的各种复杂状态,能对各个部位润滑油膜的厚度及各个时...     

方腔驱动流的数值模拟研究

利用CFD软件对方腔的温度场和速度场进行了数值模拟计算。采用有限元法对模型的连续性方程、动量方程和能量方程进行离散。对方腔内的流体受迫对流换热进行数值模拟,主要分析了方腔顶部流体在不同速度的情况下,对方腔内部流体的温度场和速度场以及对流换热量的影响,结果表明随着方腔顶部流速的增大方腔底部的温度场和换热量也增大。     

SPH方法在液固撞击数值模拟中的应用

对液滴分别采用光滑粒子流体动力学(SPH)和任意拉格朗日-欧拉(ALE)两种方法模拟液滴高速冲击有机玻璃(PMMA)过程中液滴的变形、固体结构的损伤.结果表明:两种算法中结构表面的损伤情况与Brunton实验数据吻合,证明了数值分析方法的可行性和精确性;此外,对比发现SPH方法模拟液固撞击过程更具有优势.利用SPH方法分析实际工程问题,验证了两种工程处理技术可以有效地提高螺旋桨抗雨水的冲击能力.     

基于弱可压与不可压光滑粒子动力学方法的封闭方腔自然对流数值模拟及算法对比

为了对比研究弱可压光滑粒子动力学(WCSPH)方法和不可压光滑粒子动 力学(ISPH)方法在模拟封闭方腔自然对流问题时的特性, 采用粒子位移技术有效地解决了高瑞利数条件下, 拉格朗日型SPH方法模拟封闭方腔自然对流时流体域内的粒子聚集和空穴问题, 将拉格朗日型SPH 方法求解封闭方腔自然对流问题的最高瑞利数提高到了10⁶; 进而通过对比瑞利数分别为10⁴, 10⁵, 10⁶的条件下, 采用拉格朗日型WCSPH、 拉格朗日型ISPH、欧拉型ISPH三种SPH方法模拟得到的封闭方腔速度分布云图、 温度分布云图、壁面努赛尔特数分布曲线和平均努塞尔特数, 分析了三种SPH方法在模拟封闭方腔自然对流时的精度、稳定性和计算效率. 结果表明: 在低瑞利数条件下, 以上三种SPH方法都可以较好地模拟此问题, 在高瑞利数条件下, 欧拉型ISPH方法的模拟结果最为精确; 拉格朗日型WCSPH方法模拟所得结果比拉格朗日型ISPH方法模拟所得结果稍好些. 关键词： 光滑粒子动力学 不可压光滑粒子动力学 粒子位移技术 自然对流     

eXtended Pom-Pom黏弹性流体的改进光滑粒子动力学模拟

黏弹性流体广泛存在于自然界和工业生产中,对其复杂流变特性的研究具有重要的学术价值和应用意义.本文提出一种改进的光滑粒子动力学方法,对基于eXtended Pom-Pom模型的黏弹性流动进行了数值模拟.为了提高计算精度,采用一种不含核导数计算的核梯度修正离散格式.为了防止粒子穿透固壁,提出一种增强型的边界处理技术.为了消除张力不稳定性,将人工应力耦合到动量守恒方程中.运用改进光滑粒子动力学方法数值模拟了基于eXtended Pom-Pom模型的黏弹性Poiseuille流和黏弹性液滴撞击固壁问题,通过与解析解或有限差分方法解的比较以及对数值收敛性的评价,验证了改进光滑粒子动力学方法的有效性和优势,并在此基础上,深入分析了Reyonlds数、Weissenberg数、溶剂黏度比、各向异性参数、松弛时间比和分子链臂数等流变参数对流动过程的影响.     

基于光滑粒子动力学方法的液滴冲击固壁面问题数值模拟

采用改进的光滑粒子动力学(SPH)方法对液滴冲击固壁面问题进行了数值模拟. 为了提高传统SPH方法的计算精度和数值稳定性, 在传统的SPH方法的基础上对粒子方法中的密度和核梯度进行了修正, 采用了考虑黎曼解法的SPH流体控制方程, 构造了一种新型的粒子间相互作用力(IIF)模型来模拟表面张力的影响. 应用改进的SPH方法对液滴冲击固壁面问题进行了数值模拟. 计算结果表明：新型的IIF 模型能够较好地模拟表面张力的影响, 改进的SPH方法能够精细地描述液滴与固壁面相互作用过程中液滴的内部压力场演变和自由面形态变化, 液滴的铺展因子随初始韦伯数的增大而增大, 数值模拟结果与实验得到的结果基本一致. 关键词： 液滴 固壁面 光滑粒子动力学 表面张力     

爆炸压实过程中颗粒碰撞问题的SPH法数值模拟

 目前采用SPH无网格方法对大变形问题进行数值模拟已成为计算机仿真技术的研究热点。利用LS-DYNA程序中的SPH法对粉末爆炸压实过程中颗粒的碰撞问题进行了数值模拟。在二维及三维模型下,模拟出了微射流的产生及孔隙塌缩闭合过程,验证了粉末压实理论。另外还利用三项式状态方程及Rankine-Hugoniot关系推导得出了LS-DYNA中采用的高压下固体材料的Grüneisen状态方程。     

高速多组分流动的数值方法研究

针对燃气轮机内流高温、变组分的问题,在已有高精度、高分辨率算法的基础上发展了一套高速可压缩多组分流动数值计算方法。为了解决高速多组分流动中存在的特殊问题,采用全组分方程隐式联立求解和扩散速度修正方法提高了组分的守恒性和计算精度;通过求解比热比输运方程,消除了间断附近的压力振荡。经过多个典型算例验证,说明了本文方法的有效性,从而为下一步进行新一代燃气轮机内部真实流动的模拟奠定了基础。     

Numerical Simulation of MHD Jet Flows

Liquid metal free surface flows （films, jets and droplets） are considered as diverter/ limiter system and first wall in fusion reactor, but the knowledge Of liquid metal free surface under a non-uniform magnetic field is very limited. In this article, the stability of a jet flow under a gradient magnetic field is investigated, and its MHD effects are the top concern. Based on numerical simulation and experimental results, a simplified model is developed to analyze the MHD effects of the jet flow and to explain the reason why it can keep stable under a strong non-uniform magnetic field.     

自适应多分辨率方法在反应多相流数值模拟中的应用

将自适应多分辨率方法应用到刚性气体状态方程CJ模型的数值模拟,采用多相流问题的守恒锐利界面格式,通过level-set方法和虚拟流体方法来追踪和处理界面,能够很好地处理时间尺度较大的界面交互问题.利用金字塔型数据结构和多分辨率自适应方法,提高算法的存储效率和计算效率.给出一维和二维的数值算例,证明该算法在反应多相流数值模拟中的稳定性和高效性.     

溃坝流的光滑粒子法模拟

用光滑粒子法模拟几种情况的溃坝流动,对坝外无水和有水的情况进行二维模拟,对坝外有立柱的情况进行三维模拟.流动控制方程采用雷诺平均方程模拟溃坝流动的湍流效应,采用混合长度形式的涡粘模式对控制方程进行封闭,推导其相应的光滑粒子形式的方程.模拟结果表明,数值模拟的流动特征与实验结果符合得非常好,说明发展的光滑粒子法有效.     

超高速碰撞碎片云特征的SPH方法数值分析

 采用光滑粒子流体动力学（SPH）方法对不同形状的弹丸超高速碰撞形成的碎片云特性作了模拟分析,给出了靶孔直径和碎片云宽度随碰撞速度的变化规律、同一速度下不同形状的弹丸累积碎片分布规律、同种弹丸不同速度下的累积碎片分布规律、弹丸初始半径范围内的碎片云无量纲向前总动量M_D/M₀随膨胀距离L_E的变化以及碎片云前端速度的变化规律等。通过数据拟合,进一步给出了累积碎片百分数与碰撞速度和碎片质量的近似函数关系,计算表明该函数关系与数值结果吻合的很好。     

基于SPH方法的弹丸侵彻仿真分析

借助于SPH数值仿真算法,对弹丸侵彻钢板问题进行了专门研究。研究中采用SPH算法和有限元算法对比分析的方式,对两种不同速度条件下的侵彻问题做了仿真分析。分析完成后从物理现象和时程曲线角度对不同条件下的结果做了对比分析,发现:两种算法都能够用来分析侵彻问题,并且在对速度分析上的结果及其变化规律具有一致性;但是,SPH算法比有限元方法更能真实的反映侵彻过程中物料飞溅的物理现象,其中伴随冲击速度的增大,物料飞溅程度和薄板变形增大。     

Uncertainty Quantification of Numerical Simulation of Flows around a Cylinder Using Non-intrusive Polynomial Chaos

The uncertainty quantification of flows around a cylinder is studied by the non-intrusive polynomial chaos method.Based on the validation with benchmark results,discussions are mainly focused on the statistic properties of the peak lift and drag coefficients and base pressure drop over the cylinder with the uncertainties of viscosity coefficient and inflow boundary velocity.As for the numerical results of Bows around a cylinder,influence of the inBow boundary velocity uncertainty is larger than that of viscosity.The results indeed demonstrate that a Bve-order degree of polynomial chaos expansion is enough to represent the solution of Bow in this study.