刚性目标形状反演的一种非线性最优化方法

发展了从声散射场的远场分布的信息来再现声刚性目标形状反问题的一种非线性最优化方法,它是通过独立地求解一个不适定的线性系统和一个适定的非线性最小化问题来实现的。对反问题的非线性和不适定性的这种分离式数值处理,使所建立方法的数值实现是非常容易和快速的,因为在确定声刚性障碍物形状的非线性最优化步中,只需求解一个只有一个未知函数的小规模的最小平方问题。该方法的另一个特别的性质是,只需要远场分布的一个Fourier系数,即可对未知的刚性目标作物形设别。进而提出了数值实现该方法的一种两步调整迭代算法。对具有各种形状的二维刚性障碍物的数值试验保证了本算法是有效和实用的。     

On the regularization method of the first kind of Fredholm integral equation with a complex kernel and its application

The regularized integrodifferential equation for the first kind of Fredholm integral equation with a complex kernel is derived by generalizing the Tikhonov regularization method and the convergence of approximate regularized solutions is discussed. As an application of the method, an inverse problem in the two-demensional wave-making problem of a flat plate is solved numerically, and a practical approach of choosing optimal regularization parameter is given. Project supported by the National Natural Science Foundation, of China     

浮力气泡对水平壁面的回弹动力学特性

黏性液体中的气泡浮升运动有趣而又复杂,而气泡与固壁边界的相互作用更是广泛存在于实际工程中.基于轴对称数值计算,模拟了浮力驱动下气泡在黏性液体中上升并与顶部水平固壁面碰撞、回弹的过程.采用考虑表面张力的不可压、变密度Navier-Stokes方程来描述气液两相流流动,并通过基于分级八叉树的有限体积法进行数值求解.为准确捕捉气泡在回弹过程中局部而迅速的拓扑变化,采用了动态自适应网格技术耦合流体体积法(volume of fluid, VOF)来重构气泡的形状.从气泡对壁面的碰撞和回弹的基本现象入手,研究了伽利略数Ga和接触速度U_a对气泡回弹动力学特性的影响,分析了气泡碰撞过程中涡结构的变化.用回弹高度H、回弹周期T、长宽比A_r、浮升速度U、轴向位置z和回复系数Cr等参数来表征不同条件时气泡的运动和形状特性.研究结果表明,气泡的回弹运动特性对Ga十分敏感. Ga的增大可加剧气泡形变,促进气泡的回弹运动,增多回弹次数,增大回弹参数(T和H),提升回复系数.然而,接触速度并非决定气泡回弹动力学的控制参数, Ua的改变并不会改变回复系数.     

线性密度分层流体中半球体运动生成内波的实验研究

在密度线性分布的分层流试验水槽中,对贴近侧壁面的半球体模型运动生成的内波进行了实验研究. 采用多通道电导率阵列,测量分析了拖曳模型产生内波的波形结构、垂向位移场及其相关速度等. 实验结果表明:半球体模型产生的内波可以分为两类,一类是由定常源激发的体积效应内波,另一类是由非定常源激发的尾迹内波,由前者转换为后者的临界内Froude(Fr)数是Fr_s =1.6;与球体模型实验比较,Fr_s约为球体的2/3,转换更迅速,界线更清 关键词： 分层流 半球模型 内波 尾迹     

层流圆管潜射流生成蘑菇形涡结构特性数值研究

基于不可压Navier-Stokes方程, 采用计算流体力学方法, 数值模拟与分析了层流圆管潜射流在密度均匀黏性流体中的演化机理及其表现特征, 定量研究了蘑菇形涡结构无量纲射流长度L^*、螺旋型涡环半径R^*及其包络外形长度d^*等几 何特征参数随无量纲时间t^*的变化规律. 数值结果表明, 蘑菇形涡结构的形成与演化过程可分为三个不同的阶段: 启动阶段、发展阶段和衰退阶段. 在启动阶段, L^*和d^*随t^* 线性变化, 而R^*则近似为一个常数; 在发展阶段, 蘑菇形涡结构的演化具有自相似性, L^*, R^*和d^*与t^*1/2均为同一正比关系, 而且雷诺数和无量纲射流时间不影响该正比关系; 在衰退阶段, L^* 和R^* 正比于t^*1/5, 而d^*则近似为一个常数. 此外, 还对蘑菇形涡结构二次回流点、 动量源作用中心及其几何中心的速度变化规律、垂向涡量分布特征和 涡量-流函数关系进行了分析. 关键词： 圆管潜射流 蘑菇形涡结构 演化机理     

亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型

本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数r_k即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nr_k1-Q和nr_k2-Q准则进行预先设定.通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nr_k1-Q和nr_k2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nr_k2-Q     

三维障碍物形状反演问题的一种简单算法

研究了从声散射场的远场分布的信息，再现三维物体形状的反问题．基于将在有限个测量方向上的远场数据作加权合成的思想，提出了求解这类反问题的一种简单快速算法．在这个算法中，既不需预先知道散射体的边界类型，也不需预先知道散射体个数的信息．对有限孔径远场数据的数值算例表明了这一方法是实用和有效的．     

大直径桩柱辐射与绕射问题的自由面压力分布解

关于自由面压力分布与浮体运动的等价性是一类新的逆问题。本文以大直径垂直圆柱桩的辐射和绕射问题为对象，寻求相应的自由面压力分布解。研究表明，该解的确定依然可以归结为含复数核的第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分方程的求解问题，正则化解法是十分有效的。文中进而讨论了水深、振动频率等参数对自由面压力分布的影响。     

连续分层流体中垂直薄板的水动力特性

研究了在线性连续分层流体中水波与半潜式刚性垂直薄板相互作用的问题. 在 Boussinesq近似下，基于分离变量法，导出了具有自由面的平面前进波的色散关系，建立 了半潜式刚性垂直薄板的反射与透射能量、水平波浪力的计算方法. 对给定的频率，当它大 于浮力频率时，流场中只有一种模态的平面前进波，当它小于浮力频率时，流场 中有无数多个模态的平面前进波，并证明了对每一种模态的入射波，其它每个模态水波的反射与透射能量是 相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量，以及作用在薄板上的水平波浪力 进行了数值计算分析，表明了流体的线性连续分层效应对这些水动力的影响是不可忽视 的. 特别地，在入射波频率小于浮力频率时，与第1模态入射波的能量转化量及其对薄板产 生的水平波浪力相比，其它模态入射波的能量转化量及其对薄板产生的水平波浪力都要大得 多.     

两层流体中水波在垂直薄板上的反射与透射

研究在两层流体中表面波模态和内波模态的波浪与半潜式刚性垂直薄板 相互作用的问题. 基于特征函数展开理论，建立了两种模态入射波作用下，半潜式刚性垂直 薄板的反射与透射能量的计算方法，证明了对每一种模态的入射波，另一种模态波浪的反射 与透射能量是相等的. 对水面漂浮和座底半潜式薄板的反射与透射能量，以及作用在其上的 水平波浪力进行了数值计算分析，表明在某个频率范围内，流体的分层效应对这些水动力 量的影响是不可忽视的. 特别地，当薄板的一端位于两层流体的内界面上时，两种模态波浪 的能量转化是最大的.