关于二相流、多相流、多流体模型和非牛顿流等概念的探讨

本文分析了单相流、二相流和多相流等概念上的差异，也分析了单流体模型、双流体模型和多流体模型等概念上的差异，指出前面三种概念是按流动介质的客观物理构成划分的，而后者是按主观采用的研究方法划分的．目前这些概念在使用中存在一些混乱，如二相流与多相流，多相流与多流体模型等．本文还研究了扩散模型、非牛顿流模型和颗粒流模型等，指出前两种模型在分类上属于单流体模型，分析了非牛顿流模型、扩散模型和双（多）流体模型的特点和应用范围，最后，以泥石流为例讨论了以上概念的应用．     

稀薄流到连续流的气体运动论模型方程算法研究

通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正，确定含流态控制参数可描述不同流域气体流动特性的气体分子速度分布函数的简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间，利用一套在物理空间和时间上连续而速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性。基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散差分格式，建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法。推广应用改进的Gauss-Hermite无穷积分法和华罗庚－王元提出的以单和逼近重积分的黄金分割数论积分方法等，对离散速度空间进行宏观取矩获取物理空间各点的气体流动参数，由此发展一套从稀薄流到连续流各流域统一的气体运动论数值算法。通过对不同Knudsen数下一维激波管问题、二维圆柱绕流和三维球体绕流的初步数值实验表明文中发展的数值算法是可行的。     

基于Boltzmann模型方程的气体运动论统一算法研究

模型方程出发,研究确立含流态控制参数可描述不同流 域气体流动特征的气体分子速度分布函数方程; 研究发展 气体运动论离散速度坐标法, 借助非定常时间分裂数值计算方法和NND差分格式, 结 合DSMC方法关于分子运动与碰撞去耦技术, 发展直接求解速度分布函数的气体运动论耦合 迭代数值格式; 研制可用于物理空间各点宏观流动取矩的离散速度数值积分方法, 由此提出 一套能有效模拟稀薄流到连续流不同流域气体流动问题统一算法. 通过对不同Knudsen数下 一维激波内流动、二维圆柱、三维球体绕流数值计算表明, 计算结果与有关实验数据及其它 途径研究结果(如DSMC模拟值、N-S数值解)吻合较好, 证实气体运动论统一算法求解各 流域气体流动问题的可行性. 尝试将统一算法进行HPF并行化程序设计, 基于对球体绕流及类 ``神舟'返回舱外形绕流问题进行HPF初步并行试算, 显示出统一算法具有很好的并 行可扩展 性, 可望建立起新型的能有效模拟各流域飞行器绕流HPF并行算法研究方向. 通过将气体运 动论统一算法推广应用于微槽道流动计算研究, 已初步发展起可靠模拟二维短微槽道流动数 值算法; 通过对Couette流、Poiseuille流、压力驱动的二维短槽道流数值模拟, 证实该 算法对微槽道气体流动问题具有较强的模拟能力, 可望发展起基于Boltzmann模型方程能可 靠模拟MEMS微流动问题气体运动论数值计算方法研究途径.     

气体运动论数值算法在微槽道流中的应用研究

简要介绍基于Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法基本思想及其对二维微槽道流动问题数值计算的推广，并阐述适用于微尺度流动问题的气体运动论边界条件数值处理方法。通过对压力驱动的二维微槽道流动问题进行数值模拟，将不同Knudsen数下的微槽道流计算结果分别与有关DSMC模拟值和经滑移流理论修正的N—S方程解进行比较分析，表明基于Boltzmann模型方程的气体运动论数值算法对微槽道气体流动问题具有很好的模拟能力。     

弯曲动脉的血流动力学数值分析

利用计算流体力学的理论和方法对弯曲动脉中的血流动力学进行数值分析，是研究心血管疾病流体动力学机理的一种行之有效的方法。本文将升主动脉、主动脉弓和降主动脉联系起来作为弯曲动脉几何模型，给出了血液流动的边界条件以及计算条件。根据生理脉动流条件，对狗的弯曲动脉几何模型内发展中的血液流动进行了有限元数值模拟，并利用可视化方法对血液流动的轴向速度、二次流、壁面切应力等计算结果进行了分析。研究结果表明，在弯管内侧壁处，同时存在主流方向和二次流方向的回流，此处容易形成涡流。弯管内侧壁比外侧壁的壁面切应力具有更强的脉动性。     

自然地引出流函数

自然地引出流函数翟大熙（华中理工大学，武汉４３００７４）对于不可压缩流体的平面流动和轴对称流动可以分别地引进拉格朗日流函数和斯托克斯流函数。在现行的流体力学教材中，一般都根据具体坐标系中的连续性方程的形式指出，如果存在（或者说可以引进，但为什么可以则...     

航空发动机轴承腔润滑的气液两相均匀流研究

基于轴承腔中润滑油的两相均匀流动模型,采用湍流模式和有限差分数值方法计算轴承腔内三维定常N-S方程,对腔内润滑油的气液两相均匀流动特性进行研究,以获得气液两相均匀流条件下润滑油流场、压力场和速度场在轴承腔内的分布情况,分析转子转速、含气率和润滑油进口速度对润滑油出口压力以及润滑油与壁面之间剪切力的影响,同时对单相流和两相均匀流润滑性能差异进行比较.结果表明,转子转速、含气率和润滑油进口速度对润滑油出口压力和腔内壁面与润滑油间的平均剪切力具有不同影响,而采用2种流动模型计算出的轴承腔润滑油出口压力的差异较大,同时支持了开展航空发动机轴承腔润滑两相流动分析的必要性.     

基于WENO-THINC/WLIC模型的水气二相流数值模拟

水气二相流与诸多领域的实际工程问题密切相关. 对二相流运动进行高精度的数值模拟是计算流体力学研究的难点和热点. 针对开敞水域的自由表面流运动问题, 将水和空气均视为不可压缩流体, 采用五阶加权基本无震荡(weighted essentially non-oscillatory, WENO)格式求解描述流体运动的纳维斯托克斯(Navier-Stokes, NS)方程, 利用以加权线性界面算法改进的多维双曲正切函数界面捕捉法(tangent of hyperbola for interface capturing with weighed line interface calculation, THINC/WLIC)追踪水气界面, 建立WENO-THINC/WLIC水气二相流运动数值模型. 模型采用分步计算法离散求解控制方程, 通过压力投影法求解压强场, 并利用三阶总变差递减(total variation diminishing, TVD)龙格库塔(Runge-Kutta, RK)法对时间项进行离散求解. 通过对环境速度场下Zalesak's disk和shearing vortex界面运动问题, 线性液舱晃荡问题以及溃坝问题的模拟结果与理论分析或试验结果的比较, 对所建立的水气二相流数值模型的适用性及模拟精度进行了验证. 结果表明, 本模型的模拟结果与物理模型或理论分析结果吻合良好, 能较为准确地再现不可压缩水气二相流运动现象. 鉴于WENO格式和THINC法本身在算法及应用等方面仍在不断改进, 本研究提出的WENO-THINC耦合模型为后续更高精度的二相流计算模型开发提供了一种研究思路.      

激波点燃粉尘的数值模拟研究

建立了用于模拟入射激波后可燃粉尘颗粒点火的一维非定常两相化学反应流模型，该模型考虑了气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热和化学反应。粉尘颗粒着火前的化学反应用发生在颗粒外表面和内孔表面的非均相反应描述，颗粒内部的温度变化用一含有化学反应源项的非稳态热传导方程来描述，以颗粒外表面温度的突跃上升作为可燃粉尘颗粒点燃的着火条件。我们用该模型和ＰＳＩＣ方法，对由中等强度激波从纯气相传入煤粉－氧气混合物而引起的非定常两相流动现象，包括气固两相间的相互作用、粉尘颗粒的加速、加热以及点火过程进行了数值研究，计算了对应于不同载荷比、马赫数为４～５的入射激波后煤尘颗粒的点火延迟时间，分析了由于可燃粉尘颗粒的存在，入射激波及波后气固两相流动参数的变化规律。数值计算结果与实验数据符合较好。文中建立的模型和所用的基于ＰＳＩＣ算法的数值方法，用最自然的方式描述气固两相流动，即用连续流模型（欧拉方程）描述输运相（气相）的流动，用轨道颗粒模型（拉格朗日方程）描述分散相（颗粒相）的运动。用这种方法模拟含尘介质中激波后颗粒的点火是很有效的，它可以清楚地确定哪一个颗粒群最先着火，它的初始位置以及在整个点火延迟时间内     

水平管气液两相间歇流含气率研究

对大直径水平管内气液二相流动进行了实验，实验结果表明大直径水平管与小直径水平管具有不同的气液二相流动特征。分析和提出了适用于大直径水平管内间歇流液弹含气率模型，其计算值与实验值非常接近。