叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅱ)旋转叶列中轴对称流动的计算

本文把第一部分中所提出的计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法应用到旋转坐标系中。首先导得旋转叶列中粘性可压缩流动所满足的基本方程组,然后通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,得到叶轮机械旋转叶列流道中粘性轴对称流动的数值解。     

叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅰ)静止叶列中轴对称流动的计算

本文提出一种计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法,通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,可以得到整个流道中粘性可压缩定常流动问题的数值解。本文首先在静止坐标系中进行分析和讨论,并描述了叶轮机械的静止叶列中轴对称流动的计算方法。计算实例表明,本方法的特点是简单明了,计算速度快,可以广泛地应用于工程设计之中。     

二维定常不可压缩粘性流动N-S方程的数值流形方法

将流形方法应用于定常不可压缩粘性流动N-S方程的直接数值求解,建立基于Galerkin加权余量法的N-S方程数值流形格式,有限覆盖系统采用混合覆盖形式,即速度分量取1阶和压力取0阶多项式覆盖函数,非线性流形方程组采用直接线性化交替迭代方法和Nowton-Raphson迭代方法进行求解.将混合覆盖的四节点矩形流形单元用于阶梯流和方腔驱动流动的数值算例,以较少单元获得的数值解与经典数值解十分吻合.数值实验证明,流形方法是求解定常不可压缩粘性流动N-S方程有效的高精度数值方法.     

计算粘性流动的半隐式流线迭代法

引言对于任意形状流道中的定常粘性层流问题,作者曾在文献中提出了一种流线迭代法来进行数值计算。由于流线迭代法是在任意非正交网格中进行有很差分计算,它可以根据流动区域的特点来画出不等距的非正交网格,从而可以在保证精度的前提下减少计算工作量。正因为流线迭代具有方法简便,计算速度快等优点,这种方法可以广泛地应用于工程计算之中,作者曾用流线迭代法计算了叶轮机械中的粘性流动。(如文献)     

广义矩阵法及其在非正交曲线坐标系中的应用

本文的目的是:(1)使用广义矩阵法来提出在任意的、不均匀螺距的螺旋线的一般曲线(非正交)坐标系中,包括粘性应力分量及粘性耗散函数表达式在内的、完整的可压缩粘性流动方程;并导出在两种流体分界面上,带有粘性及表面张力的应力边界条件;(2)得出一个有限控制体的质量、动量——力及能量平衡的某些有用的积分方程;(3)说明在螺纹方形管中的定常不可压缩层流流动的某些结果,并指出文献[1]中粘性耗散函数表达式的错误。     

轴对称二维定常可压缩流体湍流边界层的计算

本文根据应力张量表示的动量方程,推导出了轴对称坐标系中无旋转定常轴对称流动可压缩湍流边界层的动量方程.可以看出,如果流道内流动要全部按粘性流体来处理,那末流道的曲率,以及曲率沿流动方向的变化率都不能太大.这一点在已有文献中都没有论证. 根据文中提出的方程组编制了一个计算程序并计算了一个例子.     

理想流体中定常自由涡环运动

本文研究理想均质不可压缩无界流体中的轴对称定常涡环运动。通过对柱坐标系下的定常Euler方程的高精度数值求解,给出了求涡核区有任意涡量分布情况下轴对称定常涡环解的方法,并就涡环的运动特性进行了讨论,其极限情况与已有的理论解完全一致。在此基础之上,还发展了一种柱坐标系下以傅氏级数为基函数作展开的高效谱方法,成功地解决了奇性(r=0)问题。     

含能材料密实床燃烧转爆轰的数值模拟

本文建立了含能材料密实床燃烧转爆轰的全粘性欧拉二维非定常两相反应流数学模型。将SIMPLE型的数值计算方法引入燃烧转爆轰的二维数值计算。对跨音速流动的处理和可压缩流体压力校正方程的建立提出了改进方法,并以无起爆药雷管作为算例。结果表明,本方法较好克服了二维两相流数值解的振荡现象。     

船用燃气轮机进气滤清器惯性级内的流场计算和实验验证

本文提出了一套求解船用燃气轮机进气滤清器流道流场的数值方法,成功地计算了流道内流场的状态,给出了各种不同型号流道的气动特性,对指导滤清器的设计有较大的现实意义, 在这套方法中,我们应用上风差分来逼近二维、非定常、粘性、不可压缩流体非守恒型的N-S方程,提出了一种可计算雷诺数高达上万的粘性流的差分方程,考察了这种差分方程的稳定性,收敛性、精度和人工粘性,本文还提出了处理一些边界拐点处壁涡的计算方法,实际算例表明,使用本文提出的差分方程和壁涡处理方法给出的计算结果和实验吻合良好。     

一种用边界元方法求解二维不可压缩粘性流动的方法

本文用边界元方法求解了二维不可压缩粘性流动的涡量——速度方程,利用求解区域边界上的速度法向导数和速度值直接得到了涡量的边界条件,克服了利用涡量方程求解二维不可压缩粘性流动时涡量边界条件(主要是壁面边界条件)难以给定的困难,算例表明:这种方法比较简单且计算结果基本上是令人满意的。     

黏弹性流体扩展及收缩流动的格子Boltzmann模拟分析

本文应用格子Boltzmann 方法(LBM)并结合Oldroyd-B 模型,讨论了不可压缩的 Navier-Stokes 方程和平流扩散本构方程的解耦及各自求解方法,以及两类问题的边界处理格式,实现了黏弹性流体在二维1:3 扩展流道以及3:1 收缩流道中的流动的数值模拟．获得了不同雷诺数Re 和维森伯格数Wi 以及黏度vs 下流动的流线分布,计算给出了漩涡的涡心位置和大小,并分析了参数Re、Wi 和vs 对流动特点的影响．模拟结果表明本文所采用模型和边界处理方法具有良好的精度和稳定性．     

配置点谱方法-人工压缩法(SCM-ACM)求解同心圆筒内流体流动

发展了配置点谱方法SCM(Spectral collocation method)和人工压缩法ACM(Artificial compressibility method)相结合的SCM-ACM数值方法,计算了柱坐标系下稳态不可压缩流动N-S方程组。选取典型的同心圆筒间旋转流动Taylor-Couette流作为测试对象,首先,采用人工压缩法获得人工压缩格式的非稳态可压缩流动控制方程;再将控制方程中的空间偏微分项用配置点谱方法进行离散,得到矩阵形式的代数方程;编写了SCM-ACM求解不可压缩流动问题的程序;最后,通过与公开发表的Taylor-Couette流的计算结果对比,验证了求解程序的有效性。结果证明,本文发展的SCM-ACM数值方法能够用于求解圆筒内不可压缩流体流动问题,该方法既保留了谱方法指数收敛的特性,也具有ACM形式简单和易于实施的特点。本文发展的SCM-ACM数值方法为求解柱坐标下不可压缩流体流动问题提供了一种新的选择。     

用三维半人工瞬变法计算圆管内圆柱绕流

本文提出一种计算三维定常流动的半人工瞬变法,本方法的特点是直接利用流体力学的原始基本方程组进行数值计算。运动方程中的一个分量方程被用于计算压力,另外两个分量方程被加入人工瞬变项而成为人工瞬变方程,这两个人工瞬变方程被用于计算速度的两个分量,第三个速度分量则通过连续性方程进行计算得到。根据半人工瞬变方程组的特点和流动区域的特性,本方法采用半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系进行数值计算,并利用质点导数差分格式使计算更简便。本文以圆管中不可压缩流体对圆柱的三维定常绕流问题为算例,具体画出计算用的半交错不等距非正交曲线贴体混合网格系,介绍三维半人工瞬变法的计算方法和步骤,并通过数值计算得到了此算例的计算结果。     

粘性不可压缩流体定常流动的差分解法

本文研究了定常N-S型方程和压力泊松方程的耦合求解。提出了一种处理压力自洽边界条件的方法,结合文[7]中给出的自调差分格式,可以对一些较复杂的粘性不可压缩流进行数值求解。     

用两方程模型计算回转体尾部和尾流湍流流动的流线迭代法

本文提出一种利用流线迭代法计算回转体尾部和尾流的定常、不可压缩湍流流动的数值方法。采用Harlow-Nakayama提出的两方程(K-ε)湍流模型。在数值计算上.1)把湍流流动中的总压,湍动能和它的耗散率方程中的对流项写成这些量沿流线变化的形式,静压采用径向压力梯度方程。2)用坐标变换,把径向和轴向都延伸至无穷远的流动区域变换到有限区域内,在外边界可使用自由来流条件,边界层流动和层外的势流流动可用统一的方程组求解。3)没有部分抛物型和薄边界层等种种近似假定。计算实例表明,理论预测和试验结果吻合。     

利用格林函数方法数值求解不可压粘性流非线性问题的研究

1.概述 本文对格林函数方法用以计算不可压粘性流非线性问题的能力进行了研究.该方法将定常运动的边值问题化为求解速度和边界应力的非线性积分方程,由于积分方程系完全精确推得,且在方程中可利用格林公式将速度、应力等物理量的微商转移为对基本解的微商,因而在数值计算中处理比较容易,且精度较高.     

不可压缩粘性流动的CBS有限元解法

对于二维不可压缩粘性流动,首先通过坐标变换的方式得到了的不含对流项的NS方程,并给出了CBS有限元方法求解的一般过程。结合一类同时含有压力和速度的出口边界条件,对方腔顶盖驱动流、后向台阶绕流和圆柱绕流进行了计算。所得结果与基准解符合良好,验证了CBS算法对于定常、非定常粘性不可压缩流动问题的可行性和所用出口边界条件的无反射特性。特别的,对于圆柱绕流,Re=100时非定常升、阻力系数及漩涡脱落等非定常都得到了较好地模拟,为一进步研究自激振动等更加复杂的非定常流动问题奠定了基础。     

用迭代法模拟注塑成型的三维流动

Hele-Shaw模型是模拟注塑成型过程的常用模型,它的主要缺点是不能模拟一些重要的物理现象及引入实际制件中并不存在的“中面”概念,为了消除这些不足,本文开发了真三维的流动分析程序。建立了粘性、不可压缩的非牛顿流体流动的控制方程,为了避免同时求解耦合的压力场、速度场,本文引入拟稳定技术独立地求解这些方程,用迭代法求耦合方程的解。这种方法可以减少内存并提高数值方法的稳定性。算例表明数值结果与实验结果吻合较好,这种方法成功地模拟了注塑成型流动过程中的重要特征。     

基于无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法求解任意磁场方向下的定常MHD流动

磁流体流动在现代工业和科研中有着广泛的应用,但磁流体的流动受到磁场的影响,与一般流体区别较大,需要对其进行深入的研究。磁流体的流动受到流体力学流动方程和麦克斯韦方程的共同影响,其精确解在有限条件下才能得到,因此对磁流体的流动进行数值模拟具有重要的意义。本文采用移动最小二乘法计算形函数,利用无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)法得到控制方程的离散形式,在管壁为任意电导率及任意方向外加磁场的条件下,对方形直管道中定常流动的磁流体进行了数值计算。MLPG法的计算是基于节点的,不需要任何网格或单元,是一种真正的无网格方法。计算结果与Scheriff精确解进行了比较,表明该方法适用于中等以下哈特曼数的磁流体流动计算。     

任意回转面上,可压缩轴流式叶栅损失的理论计算方法

本文提供了在任意回转面上,用叶栅出气边上边界层特征参势表示的可压缩流动轴流式叶栅形面动能损失系数,形面摩擦系数,包含叶栅下游掺混损失在内的总的动能损失系数以及尾迹掺混损失系数的理论计算方法。本文的第一部分推导了上述各种损失系数的数学表达式。第二部分推导了任意回转面上回转叶栅包含离心力影响在内的可压缩索流边界层的冲量积分方程以及通过Mangler变换所得到的轴对称旋成体表面紊流边界层的冲量积分方程,并发现了两者之间流动的相似性。通过这两类边界层流动相似的比拟方法,找到了它们之间解的变换关系。第三部分详细地叙述了一个平面可压缩紊流边界层解的方法和具体的计算步骤。最后通过manglers以及上述的变换关系可以得到任意回转面上,可压缩回转叶栅紊流边界层特征参数以及上述各种损失系数的计算方法。