论光滑粒子流体动力学(SPH)方法

“光滑粒子流体动力学(SPH-SmoothedParticleHydrodynamics)”是近20多年来发展起来的一种新的纯Lagrange方法.SPH是一种质点方法,有点类似质点网格法,但根本的不同点在于SPH方法中计算空间导数时不需要使用任何网格,而被插值公式中的解析微分式子所替代,从而避免了高维拉氏差分网格法中网格缠结和扭曲等最令人头痛的问题.这种方法另一个突出的优点是表现在对缺乏对称性和内含真空的三维系统的计算特别有效.因为利用网格建立的所有传统的差分方法,随着网格数目的增加,到了三维情形变得难以招架,真空区域的网格剖分造成内存储量的大量浪费又实在令人可惜,而SPH恰能克服上述的缺点.本论文重点介绍了该方法的理论基础和SPH执行过程等有关问题.     

圆柱周围湍流和含沙多相流的SPH数值模拟

湍流和多相流是流体力学中最具挑战性的两个主题,湍流多相流的实验和数值模拟更是一项艰巨的挑战。此外,对颗粒干沉积方面的多相流、多尺度、多物理耦合特征的风沙流的综合实地观测仍然很少。因此,本文综合考虑湍流、多相流与多物理耦合等方面,采用以圆柱为干扰物产生对流涡流的强制干扰技术,以塔克拉玛干沙漠地带中和田至若羌铁路的过沙桥桥墩为研究背景。为摆脱有限元软件中由网格大变形或失真引起的各种问题,采用SPH方法的宏观界面追踪和微观单点追踪相结合的方式,初步揭示了以单相对流涡流为风场背景的含沙多相流环境下的圆柱周围复杂的流场变化以及对颗粒干沉积运动的影响。采用数值模拟与现场实验相结合的方式,着重对计算域边界壁面和圆柱壁面对空气单相流中对流涡流的成形运动及其特征分析、两相流中对流涡流在圆柱周围的夹沙运动模拟及其特性分析、两相流中对流涡流的夹沙率以及边界壁湍流对沙粒干沉积效率展开分析研究。     

在不同形状的防沙墙下沙纹形状及分布分析

论述了在塔里木盆地皮山-沙雅连线西北的塔克拉玛干沙漠西北边缘地带的流动沙漠区域进行的现场风洞试验.在试验中采用了四种形状的防沙墙,分别为直线型、半圆型、三角型、M字型.观测和测试了用不同形状的防沙墙时,沙波形成和性质的改变,同时进行了对比分析,为今后的计算机数值模拟提供了试验依据.     

高层建筑室外颗粒污染物扩散的数值模拟研究

环境污染问题越来越受到人们的关注,大气中颗粒污染物的不断增加导致雾霾天气频繁出现,已经影响到了人们健康,而随着高层建筑的大量出现,研究大气中的颗粒污染物对高层建筑中人们生活环境的影响有着比较重要的现实意义.本文基于有限元法,耦合欧拉-拉格朗日法(拉格朗日法对建筑物固体进行离散化,欧拉法对流体进行离散化),通过运用FLUENT软件,在简化模型的基础上采用标准k-ε模型,结合当地风场分布特点,分析了高层建筑室外不同风向流场的流动现象及速度、压力云图和颗粒污染物PM2.5的扩散分布,进行数值模拟.最终得到颗粒污染物PM2.5在不同楼层高度的分布特点,沿着楼层高度方向颗粒物浓度基本呈双峰分布,且随着建筑物高度的增加对周围空气流动的影响增强,在高层建筑物迎风面压力最大,以圆弧状逐渐减弱,背风面形成负压区,有回流现象.