基于隐式扩散的直接力格式浸没边界格子Boltzmann方法

采用浸没边界格子Boltzmann (immersed boundary-lattice Boltzmann, IB-LB)模型执行动边界绕流数值模拟时, 信息交互界面和边界力计算格式直接影响流动求解器的数值精度和计算效率. 基于隐式扩散界面, 一种改进的直接力格式IB-LB模型被提出. 边界力表达式基于欧拉/拉格朗日变量同一性准则推导, 转换矩阵描述的信息交互界面耦合了拉格朗日节点间的非同步运动. 采用Richardson迭代数值求解关联边界力与无滑移速度约束的线性方程组, 不仅克服了传统速度修正格式中矩阵求逆引起的计算效率问题, 而且摆脱了算法稳定性对拉格朗日点分布的依赖. 根据解析解已知的Taylor-Green涡流评估本文模型的数值模拟精度, 结果表明改进的IB模型能够完整保留背景LB模型的二阶数值精度. 静止圆柱和振荡圆柱绕流数值实验结果表明, 当前模型在涉及复杂外形和运动界面的流动模拟中能够提供可靠的数值预测, 满足力同一性的IB-LB模型能够有效抑制非定常流体力的伪物理震荡. 波动翼型绕流模拟验证了当前模型的实用性, 可在大变形柔性体流固耦合动力学问题中进一步推广.      

四螺杆扰动下粘性流体混沌动力学特性研究

在螺杆的周期性扰动下,聚合粘性物流体在螺杆挤出机内的运动具有混沌特性。区别于传统欧拉方法,从Lagrangian新视角分析了四螺杆扰动下粘性流体的混沌动力学特性。基于有限时间不变流形理论,计算了四螺杆挤出机不同初始时刻位的有限时间Lyapunov指数FTLE和拉格朗日拟序结构LCS;利用LCS准边界特性分析了四螺杆挤出系统不同区域的流体运动的动力学特性,指出了抑制和促进四螺杆流体输运的局部区域;结合Poincaré截面验证了分析结果的正确性。结果表明,在同向旋转四螺杆的周期性扰动作用下,四螺杆挤出机中心区由LCS包围,成为流体输运的死区。通过改变螺杆的扰动方向,可以消除中心区LCS的封闭结构,强化异向旋转四螺杆挤出机的物质交换,有效提高了设备的混合效率。     

深海采矿柔性立管系统非线性有限元模拟

在海洋环境载荷及集矿机牵引作用下,深海采矿柔性立管系统的动力学响应涉及几何非线性和非保守载荷的双重非线性源.基于三维固体有限变形理论建立数学模型,在完全拉格朗日格式下推导了系统运动平衡方程,针对非保守载荷的等效计算、非线性切线刚度矩阵及非线性方程的数值求解等关键问题提出了有效处理方案.根据处理方案开发了数值计算程序,并...