粘流-无粘干扰流动(IF)理论

对不可压缩层流二维干扰流动,本文提出一个干扰流动(IF)理论。IF理论要点为:1)干扰流动沿主流的法向被分为三层即粘性层、干扰层和无粘层,引进了法向动量交换为主导过程的干扰层概念。2)利用力学守恒律、三层匹配关系及文中引进的干扰模型,把三层的空间尺度及惯性-粘性诸力的数置级表示为单参数m的函数,m<1/2·3)导出描述各层流动的控制方程、导出描述全城流动的控制方程为简化Navie-Stokes(SNS)方程。IF理论适用于不存在分离的附着干扰流动以及存在分离的大范围干扰流动,经典边界层(CBL)理论和流动分离局部区域Triple-Deck(TD)理论分别是本文理论在参数m=O和1/4时的两个特例,本文理论容易推广到可压缩、三维及湍流流动。     

计算二维粘性流动的流线迭代法

本文提出一种利用流线迭代法来计算任意形状流道中定常粘性层流流动的数值方法。通过任意非正交曲线网格中的压力梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,可以得到整个流道中定常粘性可压缩(或不可压缩)流动的数值解。本文导出了二维(包括轴对称)流道中的基本方程,并详细地叙述了本方法的计算步骤。利用本方法对一些流道进行了数值计算,计算结果与其他巳知的数值解符合得很好。     

二维定常不可压缩粘性流动N-S方程的数值流形方法

将流形方法应用于定常不可压缩粘性流动N-S方程的直接数值求解,建立基于Galerkin加权余量法的N-S方程数值流形格式,有限覆盖系统采用混合覆盖形式,即速度分量取1阶和压力取0阶多项式覆盖函数,非线性流形方程组采用直接线性化交替迭代方法和Nowton-Raphson迭代方法进行求解.将混合覆盖的四节点矩形流形单元用于阶梯流和方腔驱动流动的数值算例,以较少单元获得的数值解与经典数值解十分吻合.数值实验证明,流形方法是求解定常不可压缩粘性流动N-S方程有效的高精度数值方法.     

一种用边界元方法求解二维不可压缩粘性流动的方法

本文用边界元方法求解了二维不可压缩粘性流动的涡量——速度方程,利用求解区域边界上的速度法向导数和速度值直接得到了涡量的边界条件,克服了利用涡量方程求解二维不可压缩粘性流动时涡量边界条件(主要是壁面边界条件)难以给定的困难,算例表明:这种方法比较简单且计算结果基本上是令人满意的。     

叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅱ)旋转叶列中轴对称流动的计算

本文把第一部分中所提出的计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法应用到旋转坐标系中。首先导得旋转叶列中粘性可压缩流动所满足的基本方程组,然后通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,得到叶轮机械旋转叶列流道中粘性轴对称流动的数值解。     

配置点谱方法-人工压缩法(SCM-ACM)求解不可压缩流体流动

开发了配置点谱方法SCM(spectral collocation method)与人工压缩法ACM(artificial compressibility method)相结合的方法 SCM-ACM,用于求解不可压缩粘性流动问题。选取典型的方腔顶盖驱动流为研究测试对象,首先建立人工压缩格式的控制方程,其次采用SCM离散控制方程的空间偏微分项,推导出矩阵形式的代数方程,最后测试了SCM-ACM代码的有效性。结果显示,SCM-ACM能够有效求解不可压缩流动问题,并继承了谱方法的指数收敛特性,且具有ACM求解过程简单及易于实施的特点。     

注塑成型流动诱导应力的数值计算

根据注塑成型的特点引入合理的假设,简化了粘性、可压缩、非等温塑料熔体流动的控制方程及基于PTT(Phan Thien Tanner)模型的本构方程,用分部积分法推导了关于压力场的拟Poisson方程,用待定系数法导出了流动应力的解析表达式.用有限元法求解压力场,有限差分及"上风"法离散求解温度场,根据解析表达式计算速度场及应力场,再进行应力-速度迭代求出非线性问题的最终解.比较了PC材料的模拟结果与光弹实验结果,模拟结果与实验结果基本一致.     

后台阶流动的数值模拟

访述了大涡模拟的基本思想，指出大涡模拟的效率主要取决于四个因素，即流动中须有大尺度涡存在、合理的计算格式、合适的滤波器和亚格子应力模型。在深入考虑粘性不可压缩流Navier—Stokes方程各个子项作用的基础上，提出二阶全展开Euler—Taylor—Galerkin有限元方法作为大涡模拟的离散格式，并采用Gauss滤波器，对典型算例——后台阶处的流动进行大涡模拟，计算结果与相关文献符合的很好。从计算结果还可以看出大涡模拟与二阶全展开ETG有限元方法的结合在捕捉涡系及反映涡动时变过程方面具有明显的优势，说明大涡模拟适合于边界几何形状复杂区域流动的模拟。同时应用二阶全展开ETG有限元方法对低雷诺数粘性不可压缩后台阶流动进行了计算，得到与相关文献符合良好的计算结果，即该方法也可独立用于对低雷诺数粘性不可压缩流动的计算。     

叶轮机械流道中粘性可压缩流动的数值计算——(Ⅰ)静止叶列中轴对称流动的计算

本文提出一种计算叶轮机械流道中粘性可压缩定常层流问题的数值方法,通过在任意非正交曲线方向上的焓梯度方程、能量方程和熵方程之间的迭代计算,可以得到整个流道中粘性可压缩定常流动问题的数值解。本文首先在静止坐标系中进行分析和讨论,并描述了叶轮机械的静止叶列中轴对称流动的计算方法。计算实例表明,本方法的特点是简单明了,计算速度快,可以广泛地应用于工程设计之中。     

弹塑性耦合和广义正交法则

用塑性增量理论表述岩石、土、混凝土及某些复合材料的本构性质时,必须考虑这些介质的如下特点:(1)应变软化性质;(2)弹性系数随塑性变形的发展而变化,这称为弹塑性耦合;(3)塑性势函数与屈服(或加载)函数不同,通常称之为非关联流动规律。对上述的岩土类介质,在刚性试验机上做试验,可以得到包括强化阶段和软化阶段的全部应力应     

可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料II型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅱ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级r-1/(n-1).通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性变形部分的可压缩性对Ⅱ型裂尖应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂尖场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M的控制.当泊松比ν =0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅱ型动态扩展裂纹.     

湍流模化的现状及发展趋势

本文讨论了湍流模化研究的发展现状,提出了今后湍流模式的可能改进途径。根据一组湍流封闭假定得到了各种2阶湍流模式,如Reynolds应力模式(RSM),代数应力模式(k-ε-A)及涡粘性模式(k-ε-E)。以自由剪切流、空腔流及通过偏心槽的流动为例作出了预报。虽然至今还不存在一个完备湍流模式,但2阶湍流模式已经具备了某些预报能力。湍流模化的不完备性可能要归咎于各向同性耗散和单湍流尺度等假定的不适当。利用多重湍流尺度概念,包括利用湍流涡的分维,可以改善湍流的预报。     

不可压缩粘性流动的CBS有限元解法

对于二维不可压缩粘性流动,首先通过坐标变换的方式得到了的不含对流项的NS方程,并给出了CBS有限元方法求解的一般过程。结合一类同时含有压力和速度的出口边界条件,对方腔顶盖驱动流、后向台阶绕流和圆柱绕流进行了计算。所得结果与基准解符合良好,验证了CBS算法对于定常、非定常粘性不可压缩流动问题的可行性和所用出口边界条件的无反射特性。特别的,对于圆柱绕流,Re=100时非定常升、阻力系数及漩涡脱落等非定常都得到了较好地模拟,为一进步研究自激振动等更加复杂的非定常流动问题奠定了基础。     

配置点谱方法-人工压缩法(SCM-ACM)求解不可压缩流体流动

开发了配置点谱方法SCM（spectral collocation method）与人工压缩法ACM（artificial compressibility method）相结合的方法SCM-ACM,用于求解不可压缩粘性流动问题。选取典型的方腔顶盖驱动流为研究测试对象,首先建立人工压缩格式的控制方程,其次采用SCM离散控制方程的空间偏微分项,推导出矩阵形式的代数方程,最后测试了SCM-ACM代码的有效性。结果显示,SCM-ACM能够有效求解不可压缩流动问题,并继承了谱方法的指数收敛特性,且具有ACM求解过程简单及易于实施的特点。     

固体力学的最小二乘解法

弹性力学中有以下3种支配方程:(1)以应力分量表示的平衡微分方程;(2)以形变分量表示的相容方程;(3)表达应力-形变关系的物理方程.在数值解法中,位移法设定连续的位移函数,使它满足位移边界条件,位移的连续性确保了相容方程的满足.由物理方程求出应力分量后,按势能极小原理     

固体力学的最小二乘解法

<正> 弹性力学中有以下3种支配方程:(1)以应力分量表示的平衡微分方程;(2)以形变分量表示的相容方程;(3)表达应力-形变关系的物理方程.在数值解法中,位移法设定连续的位移函数,使它满足位移边界条件,位移的连续性确保了相容方程的满足.由物理方程求出应力分量后,按势能极小原理     

弯曲渠道中的振荡流和二次流

本文以弯道理想不可压缩流动的流线和等势线为曲线坐标系给出了弯道内不可压缩粘性振荡流动的一阶解以及边界层流型下的二阶解,以直角弯道为例对弯道內的粘性振荡流动以及二次流的影响进行了讨论。     

可压缩多介质流动的间断有限元方法

采用间断有限元方法、LS方法和通量装配技术相结合,建立了一种计算可压缩多介质流动的有效 方法。计算中以光滑Heavside函数构造流体比热比和重新初始化方程中的符号距离函数,并采用通量装配 技术抑制界面附近的非物理振荡。为解决可压缩多介质流动提供一种新的手段。     

用两方程模型计算回转体尾部和尾流湍流流动的流线迭代法

本文提出一种利用流线迭代法计算回转体尾部和尾流的定常、不可压缩湍流流动的数值方法。采用Harlow-Nakayama提出的两方程(K-ε)湍流模型。在数值计算上.1)把湍流流动中的总压,湍动能和它的耗散率方程中的对流项写成这些量沿流线变化的形式,静压采用径向压力梯度方程。2)用坐标变换,把径向和轴向都延伸至无穷远的流动区域变换到有限区域内,在外边界可使用自由来流条件,边界层流动和层外的势流流动可用统一的方程组求解。3)没有部分抛物型和薄边界层等种种近似假定。计算实例表明,理论预测和试验结果吻合。     

显式模拟类橡胶材料应力软化引起的不可恢复变形及其各向异性特征

类橡胶材料在经过初次加载后会产生应力软化现象, 也就是Mullins效应. 实验证明应力软化现象会导致材料产生不可恢复变形, 同时引入各向异性特征. 本文基于对数应变构造一个多轴可压缩应变能函数, 先引入耗散来表征应力软化现象, 再引入依赖耗散大小的不可恢复变形量以及各向异性特征量, 使得新模型既可以表征Mullins效应, 又能模拟应力软化作用下产生的不可恢复变形和各向异性特征. 本文在各向同性形函数的基础上, 通过球坐标系的思想, 进一步发展并提出了一个任意方向适用的各向异性形函数. 新模型在材料尚未发生软化(耗散为0)的情况下, 表现出各向同性; 一旦发生应力软化(耗散大于0), 则变为各向异性. 随着加载?卸载循环的累积, 耗散逐渐变大, 不可恢复变形也随之变大直到达到一个稳定的值, 各向异性特性也逐渐变得明显. 新方法得到的结果可以精确匹配经典的实验数据, 并预测不同方向的应力软化现象以及由此产生的不可恢复变形和各向异性特征.