任意形状物体的Stokes绕流问题的数值计算

本文研究了绕任意形状物体的Stokes流动,用格林函数方法[1],使问题减少一个维度,数值地计算了边界面上的面力分布,並进一步计算了物体附近绕流区域内的速度场和压力场。对具体算例所计算的结果与[2]中的实验和理论结果相吻合。表明了本方法在处理低雷诺数的绕流问题时的有效性。     

使用任意非正交曲线坐标解变截面圆轴扭转问题的数值计算

1.基本方程及其数值求解由于讨论的是轴对称问题,因此取柱坐标系中的θ坐标为任意曲线坐标系(q~1,q~2,q~3)中的q~2坐标,在轴纵剖面Z—R平面上取任意非正交曲线坐标q~3和q~1,则变截面圆轴扭转问题以无量纲应力函数ψ表达的求解方程为:     

EFFECT OF TRANSVERSE CURVATURE ON AXISYMMETRIC COMPRESSIBLE LAMINAR BOUNDARY LAYER

在轴对称细长体的绕流中,同物体当地横向曲率半径相比,粘性边界层厚度可能不是一个小量,而可能是大好多倍的量;这时在经典的Prandtl边界层方程中,以物体的横向曲率半径来代替边界层中任一一点到对称轴的距离,这种简化方法已不适用.因此,本文老虑了横向曲率对轴对称可压缩层流边界层流动的影响.首先研究了强影响区.在完全气体,Prandtl数等于1,粘性系数与温度成正比,以及压力梯度可以忽略等假定下,以一个表示横向曲率影响的量θ为小参数,将流函数展成幂级数,从而求得了强影响区域中的摩阻系数和热传递系数的渐近解.为了使这个展开式一致有效,文中用FLK方法消除了二级近似(卽级数中的第三项少在物面附近的奇异性。结果表明,对于幂次物体r_w~xⁿ来说,在强影响区,物面摩阻系数C_f和热传递系数St有下面的形式:C_f=4C_e/R_ex T_w/T_e x/r_w cosφ{θ+[0.577-In(1+2n)]θ²}+O(θ³,St=1/2C_f.其次,采用动量积分关系方法研究了横向曲率在整个流动区域中的影响,文中采用Crocco变量下的形式,选择适当的切应力τ和速度μ的关系,求得了圆柱和圆锥的C_f, St表达式,井与弱影响区、强影响区的渐近解作了比较.     

计算回转体粘性绕流的流线迭代法

本文提出了一种计算回转体定常.不可压缩粘性绕流问题的新数值方法。通过一组坐标变换把径向和轴向都延伸到无限的外流场变换到有限区域的内流场,从而把计算内流场的粘性流动的流线迭代法推广应用到计算回转体粘性绕流流动。用本方法理论预测的轴对称物体表面压力分布与在不同试验条件下(风洞和水池)、几何形状差别较大的两条回转体得到的试验数据相比较,一致性好。     

轴对称弹性体的有限元法(网格结点自动形成)

一、前言在生产实际中,经常会提出一些在轴对称载荷作用下轴对称结构的应力分析问题。往往由于结构的几何形状复杂,材料非均质,采用解析法求解是困难的,必须借助于近似的数值解法,有限元法对解决弹性力学问题就是一种强有力的计算工具。对于结构的几何形状、约束情况、外载荷条件等均对称于某一轴时,其应力、应变、位移分布也必然对称于该轴,它们在圆柱坐标系中,只是r、z的函数,与θ无关,可看作二维问题的特殊情形,被划分的单元体是一些园环体,结点是园环线,基本未知量是结点园环线在径向和轴向的位移。      

圆柱嵌入半空间的三维问题的一个简便的积分方程解法

将由Mindlin集中力组成的轴对称载荷沿弹性半空间z轴[0,L]内分布,并迭加Boussinesq的解,就能使边界条件为1.Z=0,r≠0,σz=τrz=02.0≤z≤L,U(e,z)=a-e,(1≥e/a≈1)3.P=-2π[a∫Lτry(a,z)dz ∫0arσ(r,L)dr](1)的圆柱嵌入半空间的三维问题归结为一Fredholm第一种积分方程.本文给出了Fredholm第一种积分方程近似解误差估计的一个定理. 将本文所论述的方法,用于桩的分析,较R.Butterfield等人的方法为优越,即所得到积分方程是一维非奇异的、能考虑初应力的影响、不需要预先假定沉陷函数,并且考虑了可压缩桩中的三维应力状态.     

考虑横向剪切,周边弹性支承浅球壳的非线性静动力分析

1 基本方程在法向均布载荷q(t)作用下的浅球壳如图1所示.壳上任一点的坐标由中曲面的地理坐标((?),θ)及沿中曲面外法线方向的坐标z 确定.u,v,w 分别为沿(?),θ,z 方向的位移;ψ_1,ψ_2分别为球壳横截面在(?)-z 和θ-z 面内的转角;ρ_0为单位体积的质量,且ρ=     

低超声速圆球绕流后体流场的数值模拟

本文根据圆球跨声速自由飞行实验的流谱结构,建立了低超声速圆球分离流动的流动模型,它成功地计算了考虑粘性分离影响的圆球绕流的后体流场。在计算得到的后体流场中,反映流谱特征的分离激波、尾激波、分离界面等,其位置和形状与实验结果吻合很好,因此本文给出了一种能反映真实流动情况的圆球后体流场介。     

平面亚声速定常势流的最小二乘有限元法

1.方法 平面亚声速定常势流的无量纲基本方程组是其中,x,y是以流场特征长度无量纲化的直角坐标;u,ν和α是以远方来流声速无量纲化的速度分量和局部声速;M_∞是远方来流马赫数;r是比热比。 边界条件视具体问题而定。我们用迭代法求拟线性一阶偏微分方程组(1)的数值解。在迭代的每一循环中,用最小二乘有限元法解线性化的方程组。我们试验了变刚度与等     

国外农田蒸散理论计算方法

符号表为了节省篇幅,凡常用符号及文中给出直接或间接解释的符号均不列出c_(ij) 变形速度,即θu_j/θx_j+θu_j/θx_j m 近地层雾的蒸发凝结速度r_p 属性“p”的超体阻力,即r_p=r_(ap)-r_(am) “t”是标,突出农田(植被)有关特性U* 摩擦速度,即u*=√τ/ρT* 摩擦温度,即T*=-H/ρC_pu* q* 摩擦湿度,即q*=-Eλ/ρu* Ψ_(A,R,L,S) 分别表示空气、根组织、叶组织和土壤水势一、引言蒸发作为一种与日常生活密切相关的物理现象,很早就为人们所注意,蒸发量的确定,在气候、水文、农业、水利工程等领域,均占有重要地位,早在1687年,英国的Halley(见Montcith 1981)就曾加热盛水器皿,模拟地中海温度,以推估地中海蒸发量,到本世纪      

求解绕物体的二维位势流动的一种直接方法

1.保角映射ω(z)的计算公式 求解定常二维位势流动常采用保角映射,过去由于对一个将单位圆外部保角映射成由任意闭曲线L所围成的单连通域B外部的ω(z),缺乏一般有效方法.现在从求dw/dz着手,假设L是分段光滑的,则它的参数方程可以化成     

混合层绕流圆柱旋涡脱落的数值研究

对平面混合层绕流圆柱时的旋涡脱落和流动结构进行了数值研究。方法是用一空间、时间三阶精度的有限差分格式解二维不可压Navier-Stokes方程和连续性方程。计算时雷诺数Re取为1000,混合层速度比Ra从0到1,混合层动量厚度θ由0.2到2。     

关于钝体层流绕流及尾流的数值计算

研究以超音速运动的有限尺度物体绕流及其尾流,对于再入大气层问题具有非常重要的意义。人家知道,受物体扰动的区域里气体流场的结构是十分复杂的,根据文献中已有的理论数据和实验资料可以给出流场的定性描述,图1画的就是超音速均匀气流绕零攻角轴对称钝锥体在适当的雷诺数时周围的流动图案。在这个图上(流动的子午平面里)各特征区域是用号码标明的,而所形成的激波用点以加厚的带形区域表示出来。脱体激波(1)统过锥体,它以扩展的涡面形式向下游延伸。具有明显的粘性性质的边界层(8)毗连着锥体的正面和侧面。激波和边界层之间是一个无粘区域或者说是弱粘性不等熵流动区域(2)。      

一个设计收缩管道的方法

本文根据不可压轴对称(及平面)势流场内存在可分离变量形式的流函数解,提出了一种新的轴向速度分布函数,在很宽的收缩比条件下有效地缩短了管道长度,并保证了管道入口附近管壁上逆压梯度很小,出口截面上的气流均匀性与平行性较优,在流场内气流不发生分离.应用本文方法计算的曲线建造了有扁八角形收缩段的模型风洞,收缩比为13.025.理论计算与实验结果符合较好.实验结果表明:在这种情况下逆压梯度很小,未观察到可见的分离区,在入口、出口及壁面上速度分布满意,出口处最大速度不均匀度小于0.4％.     

细长体后部非定常超空泡研究

采用积分方程方法,研究了轴对称细长体后部非定常超空泡问题.应用时间有限差分离散化方法,对积分方程进行了求解.以细长锥体空化器为例,文中分别给出了当锥角和空化数改变(简称扰动)时,空泡长度和形状的变化规律.当流场周期扰动时,分析计算了超空泡的尺度变化.分别采用本文方法和理论公式,对空泡长度与空化数的关系曲线进行了对比.数值结果表明,扰动周期越短,空泡长度的变化越小;在相同的扰动频率下,空泡越长,时间滞后越长;空泡长度相同时,扰动频率越高,时间滞后越长.在高频脉冲扰动下,有脉冲波形沿着空泡表面传播,其传播速度为来流速度.在周期小扰动情况下,扰动波形沿着空泡表面传播,传播速度也是来流速度.本文得到的数值结果为水下航行体空化器的分析和设计提供参考作用.     

多点碰撞的力学模型

在理论力学的教科书中,一般只讨论均质的、表面光滑的球形物体之间的碰撞问题.本文将讨论任意形状的,表面光滑的物体之间的碰撞问题,并且参与碰撞的物体可以是任意多个.在碰撞前或碰撞后,我们把物体视作刚体.但是在碰撞过程中,必须考虑物体的变形并利用相应的变形协调条件.定义1 在两个物体的碰撞过程中,物体发生最大变形的时刻叫做临界时刻.     

汶川大地震后水坝建设中若干问题的思考

应用参数摄动法对可压缩N-S方程进行渐近展开,并取其零阶近似对高压下微管道液体流动 特性进行了分析．对任意截面形状和面积的微管道,在等温流动假设下将其截面形状、滑移 长度等对解的贡献转化为求解该截面的格林函数,并给出等截面圆形微管道流动的零阶近似 解．以此分析可压缩性、黏性以及壁面滑移等因素对高压下液体微管道流动特性的影响,进 一步揭示了高压驱动下液体微管道流动偏离经典Hagen-Poiseuille(HP)理论的原因．     

任意截面的弯曲进气道内流场的近似计算

本文应用摄动法给出了任意截面的弯曲进气道内流场的近似计算方法.进气道内的气体假设是可压缩的无粘性有势流动.进气道的轴线假设是任意的平面曲线,而且截面的形状也可以是任意的.同时还要求进气道的几何形状是细长的,即横截面方向的尺度要比其轴线的曲率半径小得多,而且截面积的大小及形状沿轴线方向的变化是缓慢的.近似解的结果表明,截面积形心处的轴向速度等于按一元流关系算出的值,而非形心处的轴向速度则和该点至轴线曲率中心处的距离成反比.横截面上的速度分量可分解为代表截面积的大小变化和形状变化的两部分,其中代表面积大小变化部分的速度分量由文中的简单公式给出,求形状变化部分的速度分量相当于求解一个平面调和函数的Neumann边值问题.     

极坐标有限条法解扁球壳问题

本文用有限条法解扁球壳问题,对于轴对称问题与位移和内力沿环向按cosnθ或sinnθ分布的非轴对称问题,分别推导了三类壳元(圆底壳元,圆孔外无限壳元,圆环底壳元)刚度矩阵的精确解。对于沿环向按cosnθ或sinnθ分布的环形面荷载和环形线荷载推导了单元等价节线荷载的表达式。编制了相应的计算程序,计算了典型例题。结果表明,此法具有计算工作量少而计算精度高的优点。     

任意曲线座标下叶轮机械S_2流面方程及其计算机计算程序

对于任意曲线座标下的叶轮机械三元流动基本方程,我们在文献[3]中介绍了使用张量等方法的一般性的推导及比较。本文第一部份介绍将r,z正交座标下的方程,经过座标变换,得出了任意曲线座标下的速度、F力、旋度、及偏导数等关系后,导出在任意曲线座标下的叶轮机械S_2流面运动方程。