壁面结构对三维可压缩气泡群影响的数值模拟研究

基于流体体积(VOF)法追踪自由液面,研究了壁面结构对三维可压缩气泡群流动的影响.通过在待测壁面上设置不同形状的壁面结构(长方体、椭球体和圆锥体)并改变它们各自的几何参数(位置和长度),来研究壁面结构对壁面附近的气泡群流动的影响,该影响表现为气泡群对壁面的空间平均压力.研究发现,壁面结构对气泡群的拓扑结构的影响会造成壁...     

黏性分层流中椭球体俯仰振荡研究

以黏性密度分层流下椭球体自由俯仰振荡衰减过程为研究内容,建立了密度连续分层流数值计算模型.通过对经典小球黏性绕流场的数值模拟和增阻系数的计算验证了数值模型的正确性.以初始45°攻角下的椭球体俯仰振荡过程为研究对象,采用基于Aitken亚松弛适应算法的双向流固耦合方法,数值模拟了不同内Froude(弗汝德)数Fri下椭球体俯仰衰减振荡的动态绕流场.数值研究结果表明,俯仰振荡将上下搅动周围流体,在椭球体上下两侧对称形成四个密度涡环,密度的垂向分层限制了涡环的垂向传播,也加速了涡环的消失,这种限制助长了水平运动的发展,远场尾涡流场将以水平波动的形式传播.在较高的内Froude数Fri和Reynolds(雷诺)数Re下,双向耦合抑制了数值震荡.研究还发现,随着来流速度的增加,阻力系数不增反降,这说明,对于自由俯仰振荡的椭球体,负阻尼现象仍然会出现.     

展向喷嘴湍流横向射流大涡模拟及其统计分析

采用大涡模拟方法数值模拟了展向椭圆喷嘴的湍流横向射流,对其大尺度结构的时空演化和湍流脉动速度场的时间序列分析、频谱分析、PDF分析以及时、空截面上的统计平均特性进行分析.结果表明,在射流出口附近的下游核心区中速度脉动剧烈,显现出明显的湍流特征.除了三维涡环脱落、扭曲、变形、摆动所对应频率之外,还存在很宽的湍流基频,它与在喷嘴出口附近产生的三维涡环的时空演化过程密切相关.由于展向椭圆喷嘴的湍流横向射流中的三维涡环快速脱落和强相互作用导致射流尾迹中的强湍流脉动,展向椭圆喷嘴湍流横向射流的PDF空间演化特征结构复杂.在射流核心区的湍流偏应力变化平缓,其统计平均值分布接近左右对称.展向椭圆喷嘴的湍流横向射流脉动速度场具有极为复杂的统计行为,与流向椭圆喷嘴相比具有更好的掺混能力.     

拓扑优化技术在抑制流体晃荡中的数值模拟研究

流体晃荡问题广泛存在于船舶与海洋工程领域,任何部分载液的储罐运载装备在运动过程中均存在晃荡问题.当外界激励频率接近液舱内流体自由液面的固有频率时,很容易产生剧烈的晃荡,产生极大的冲击力,进而引起结构损害.因此,研究有效的减晃方案,以抑制流体晃荡带来的冲击具有重要意义.该文研究了基于自主研制的数值程序模拟长方体液舱内的流体晃荡问题.该数值程序采用有限差分法求解均质不可压缩的三维非定常Navier-Stokes方程,利用VOF/PLIC方法对自由液面进行捕捉,并结合基于最优控制理论的拓扑优化程序对液舱内隔板进行优化设计.数值计算了液舱内固定形状的双隔板以及拓扑优化的双隔板的晃荡问题,分析了增设双隔板后流场的运动学和动力学特性.结果表明,拓扑优化后的双隔板抑制流体晃荡的效果更好,为船舶与海洋工程领域和航空航天领域中的晃荡问题提供了一种新的研究思路.     

分层流体中内孤立波数值造波方法及其应用

海洋内波是发生在密度分层海水中的波动，对潜艇航行的稳定性和悬停性都有重要影响。本文采用有限体积自适应半结构多重网格法求解Navier-Stokes方程，并用VOF(Volume of Fluid)方法追踪两层流体界面，应用双推板造波法进行内孤立波数值造波，对两层流体中的内孤立波数值造波方法进行研究和探讨。数值模拟结果证...     

基于有限体积法的非结构网格大涡模拟离散方法研究

非结构网格下的大涡模拟是解决复杂几何体高Reynolds(雷诺)数流动的有效途径.首先,基于有限体积法,研究了对流项和扩散项非结构网格下的离散方法.研究结果表明:基于TVD(total variation diminishing)限制器的限制中心差分格式保证了对流项的二阶精度并抑制了非物理振荡,同时,线性迎风格式虽然稳定,但数值耗散过大,且不能保证有界,中心差分格式引起了周期性非物理振荡;扩散项的超松弛非正交修正减小了网格非正交带来的离散误差,但修正系数须根据网格非正交的程度进行合理选取.为验证所述离散方法对大涡模拟的适用性,数值计算了Re=1.14×10~6下的非定常三维小球绕流,计算方法包括:计算网格用基于Delaunay三角剖分和Netgen前沿推进算法的四面体非结构网格;湍流模型用改进的延迟分离涡大涡模型;在离散格式的选取上,对流项用限制中心差分,扩散项加入非正交修正,插值格式用最小二乘法,时间项用二阶后向差分.计算结果表明,所用离散方法稳定收敛并且与实验数据基本吻合.     

理想变压器动态问题探析

纵观近年高考试题，对于变压器问题，多集中于对变压器的工作原理及I，U，P，n各量间动态变化的考查，由于变压器与电能的输送密切相关，贴近生活实际，符合“贴近现实、突出能力”的命题趋势，故成为复习备考的重点．     

三维海洋内孤立波数值水槽造波研究

海洋内孤立波因其分布广泛和携带巨大能量,对于潜艇安全航行影响很大.本文采用有限体积自适应半结构多重网格法求解Navier-Stokes方程,并用VOF方法追踪两层流体界面,应用双推板造波法进行内孤立波数值造波,建立了两层流体中的内孤立波数值水槽.数值模拟结果证实了该数值水槽数值造波的有效性和可靠性,为后续研究打下了基础...     

Y形冲击射流微混合器流场结构和混合特性的三维数值模拟研究

运用三维变密度不可压计算流体力学方法对微型Y形冲击射流进行流动结构研究.结果表明:入射角度和入射速度是影响流场结构和混合效果的两个重要因素,分别存在有最佳入射角度和入射速度.我们发现在射流角度等于90°、射流速度为中速时,其流场结构最利于混合,因为此时射流的接触面积最大.另外,射流速度越大,其分割强度值也越大,因此混合性能也越差.当速度太大时,会使两股流体的接触面破碎而散落在空间中,使其不再接触,因此对分子间的扩散和混合不利.     

超声波测速仪的计算流体力学数值模拟研究

超声波测速仪是一种利用超声波发射接收装置,通过发射接收时间来计算来流速度的一种仪器装置.目前国内许多研究都关注在如何消除测速仪的测量误差上,对于模型结构对测量风场的影响研究较少.为了考察测速仪的测量精度,本研究以模型结构对测量区域风速的影响作为关注的重点,采用计算流体力学方法模拟了从低速到高速的不同来流风速下的绕流流场,计算出位于测速仪中心区域的速度分布和不同截面上的平均速度,以判断测速仪模型结构对中心测量区域风速的影响程度.该研究结果表明在测速探头平面内测量到的速度值,无论在低速和高速时均最为准确.采用计算流体力学数值模拟方法可为今后的测速仪模型设计和改造提供准确的依据.