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1.
浸入边界法及其应用   总被引:1,自引:0,他引:1  
浸入边界法主要用于模拟存在复杂外形结构的流场的运动情况和处理各种动边界问题,目前已广泛应用于计算流体力学领域.浸入边界法既是数学建模方法又是数值离散方法,它将物体边界与流体的相互作用通过在流体运动方程中加体积力项来体现,并在数值计算中采用简单的笛卡尔网格,避免了按照物体边界形状生成贴体网格时所遇到的各种问题.浸入边界法分为连续力法和离散力法:连续力法主要用于处理弹性边界问题,它的力源项满足特定的力学关系式;离散力法主要用于处理固体界面问题,它的力源项由边界条件推导得到.着重阐述了浸入边界法的基本原理和数学构造,对目前已有的几种不同的浸入边界法做了简单地介绍,并给出了一些应用实例,最后提出了浸入边界法未来的发展方向.  相似文献
2.
利用紧致插值曲线(constrained interpolation profile method in Zhejiang University,CIP-ZJU)数学模型,对低科勒冈-卡朋特(Keulegan-Carpenter)数KC静止流体中振荡圆柱以及雷诺数Re=200时流向强迫振荡圆柱绕流进行了数值模拟.模型在直角坐标系统下建立,采用紧致插值曲线方法作为流场的基本求解器离散了纳维-斯托克斯方程,基于多相流的理论实现流固耦合同步求解,利用浸入边界方法处理固体边界.模拟结果与现有文献结果进行比较,二者吻合情况较好,验证了此方法对于计算复杂流动问题的可靠性.  相似文献
3.
宋晓阳  及春宁  许栋 《力学学报》2015,47(2):231-241
利用直接数值模拟、点球浸入边界法和颗粒离散元法相结合的方法,模拟了颗粒在明渠湍流边界层中的运动,并对颗粒的瞬时位置进行了Voronoi分析,定量研究了颗粒在湍流边界层中的运动和分布规律.研究发现:颗粒的输运对湍流的统计特征有影响,其运动与近壁区湍流拟序结构密切相关,在"喷发"结构作用下被带离壁面,在"扫掠"结构和自身重力作用下回到壁面;在湍流边界层中,颗粒倾向于聚集在低流速带,呈条带状分布;颗粒在大部分时间处于"簇"状态,偶尔跳跃到"空"状态,但能够很快回到邻近低速区域.  相似文献
4.
主要模拟二维细胞在剪切流中的运动特性.计算过程采用浸入边界法,将细胞模化成Navier-Stokes方程中的力源,而不是真实物体.假设细胞的初始形状为椭圆,细胞内外流体粘性相同,细胞膜的弹性力模型选用E-S模型.本文模拟四种不同真圆度情况下细胞的形变情况,观测到初始阶段细胞沿着长轴方向做拉伸和旋转运动,达到稳定状态后细胞作类坦克履带式运动;并且发现细胞达到稳定状态所需要的时间随真圆度的增加而增加,而细胞的稳态倾角随真圆度的增加而减少.  相似文献
5.
浸入边界法通过在N-S方程中施加体积力模拟不可滑移固壁边界及动边界,避免生成复杂贴体网格及动网格,极大地节省了网格建模时间及动网格计算消耗。本文提出一种新型附加体积力简化计算方法,将简化附加体积力以源项形式嵌入动量方程迭代中,通过用户自定义函数对CFD软件FLUENT二次开发,实现了浸入边界法和通用流体力学求解器的耦合计算。通过静止圆柱和动圆柱绕流数值模拟进行了验证,并探讨了插值函数对计算精度的影响。研究表明,通过引入浸入边界模型,能够提高计算效率,并实现结构网格背景下复杂边界和动边界的高效建模。  相似文献
6.
基于浸入边界-格子Boltzmann通量求解法,开展了雷诺数Re=100不同几何参数下单椭圆柱及串列双椭圆柱绕流流场与受力特性对比研究。结果表明,随长短轴比值的增加,单椭圆柱绕流阻力系数先减小后缓慢上升,最大升力系数则随长短轴比值的增大而减小;尾迹流动状态从周期性脱落涡到稳定对称涡。间距是影响串列圆柱及椭圆柱流场流动状态的主要因素,间距较小时,串列圆柱绕流呈周期性脱落涡状态,而椭圆柱则为稳定流动;随着间距增加,上下游圆柱及椭圆柱尾迹均出现卡门涡街现象,且串列椭圆柱临界间距大于串列圆柱。串列椭圆柱阻力的变化规律与圆柱的基本相同,上游平均阻力大于下游阻力;上游椭圆柱阻力随着间距的变大先减小,下游随间距的变大而增加,当间距达到临界间距时上下游阻力跃升,随后出现小幅度波动再逐渐增加,并趋近于相同长短轴比值下单柱体绕流的阻力。  相似文献
7.
利用投影浸入边界法,研究了不同主动摆动方式对水翼输入功率的影响.计算模型采用二维NACA0012翼型,雷诺数Re=800.最大摆角θ0=75°,摆动频率f的变化范围为0.1 Hz~0.2 Hz,非正弦摆动参数β的变化范围为1~3.首先,研究摆动频率f和非正弦摆动参数β对平均输入功率的影响,研究发现,平均输入功率随着f和β值的增加而增加,但当f>0.16 Hz,β>2.5时,平均输入功率急剧增加.其次,在摆动频率f=0.16 Hz时,研究不同非正弦摆动参数β下力矩系数、输入功率系数以及升阻力系数随时间的变化规律,研究发现,随着β值的增加,峰值输入功率也逐渐增加,而且β值影响峰值输入功率出现的位置.最后,研究不同β值下,变化的尾流发展对输入功率的影响,认为水翼上下表面产生的后缘涡与升阻力有关系,水翼上表面的负涡对水翼摆动产生阻力,而下表面的负涡对水翼摆动产生升力,从而对水翼摆动的输入功率产生影响.  相似文献
8.
浸入边界法是模拟流固耦合的重要数值方法之一.本文采用反馈力浸入边界方法,对旋转圆柱和水轮机活动导叶旋转摆动绕流后的动边界流场进行数值模拟.其中,固体边界采用一系列离散的点近似代替,流体为不可压缩牛顿流体,使用笛卡尔自适应加密网格,利用有限差分法进行求解.固体对流场的作用通过构造适宜的反馈力函数实现.本文首先通过旋转圆柱绕流的计算结果同实验结果进行对比,吻合较好,验证了该计算方法的可靠性.然后针对水电站水力过渡过程中水轮机活动导叶旋转摆动绕流后的动边界流场进行数值模拟,得到导叶动态绕流后的流场分布特性和涡结构的演化特性.  相似文献
9.
基于有限体积法建立不可压缩粘性流体运动的大涡模拟模型,采用Smagorinsky-Lilly亚格子模型,并引入浸入边界法(IBM)实现无滑移固壁边界条件,对雷诺数30~30000之间防风网透流风进行模拟研究.基于模拟结果,提出蝶型防风网透流风存在4个典型分区结构,流场中存在由蝶型形态引起的大尺度分层剪切流动,加强流体动能耗散.透流风在雷诺数300时发生层流至湍流的转捩,而在雷诺数增长至3000以上时,湍流充分发展,纵向流速脉动强度可达70%.防风网整体空气阻力远大于单个孔口射流阻力的线性叠加, 射流间的相互作用以及大尺度的分层剪切结构大大增加流体阻力损失,这为通过优化孔口布置和网板形态来节省材料提供了科学依据.  相似文献
10.
对游动或飞行生物自主运动特性的深入研究,可促进仿生学的进一步发展。本文以"C"型游动鱼作为研究对象,建立了自主游动的柔性鱼模型。此模型较为真实地反映了鱼自主游动时鱼体内力(由鱼体肌肉收缩提供)、鱼体运动和外界流体之间的耦合作用。基于传统的反馈力方法和混合有限元浸入边界法对鱼的自主游动进行了数值模拟。分析了鱼自主游动启动阶段和巡游阶段流场特性及鱼体运动特征。模拟结果表明,受到鱼体自身组织结构和外界流场作用,鱼游动时通过呈"C"型和类"S"型的不断转换,以获取能量,实现鱼体自主游动。  相似文献
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