无人机入水发射流场仿真及冲击特性分析

跨介质航行是近年来无人机应用领域的重要研究内容。本文通过数值模拟方法,对某型号飞翼式无人机在不同工况下发射入水过程流场演变及运动姿态进行对比分析,同时对其入水冲击响应进行了数值仿真研究,得到不同发射工况下无人机的入水冲击载荷响应情况。结果表明：该型号无人机入水过程的姿态变化同时受水面条件及发射工况影响,静水工况下以25°入水角、4 m/s的条件发射无人机入水时,可实现最优的姿态恢复时间及入水冲击载荷响应值。

     

数值模拟过冷水滴撞击翼型表面的收集特性

为了研究过冷水滴撞击翼型表面的收集特性,本文采用欧拉两相流法建立了气流控制方程和水滴运动控制方程,并采用有限体积法对方程进行了求解。为了使水滴体积分数在数值迭代过程中保持为正值,本文在水滴控制方程中引入了一个变量A,使得迭代过程更加平稳。求解水滴控制方程,并得到了翼型表面的水滴收集特性。对过冷水滴撞击翼型表面的收集特性进行了研究,在平均水滴直径不同的情况下,将单尺寸分布与多尺寸分布情况下的局部收集系数进行了对比;发现:局部收集系数在驻点附近比较一致,随着离驻点的距离越来越大,局部收集系数产生偏差;多尺寸分布的水滴撞击极限远大于单尺寸下的计算值。同时本文还讨论了过冷水滴的大小对局部水收集系数和撞击极限的影响,发现平均水滴直径越大,局部水滴收集系数和撞击区域越大。     

聚能射流三维数值模拟

研究三维多介质界面处理及数值模拟问题。采用拉格朗日法、欧拉法相结合的方法在矩形网格上离散差分基本方程组;在欧拉步中引入模糊方法处理界面,计算各输运量;编写了数值模拟程序,并对线型装药金属罩聚能射流模型进行模拟。证明模糊界面描述和模糊输运计算有效、可行。     

非理想爆源产生的爆炸场数值模拟

本文采用有限差分方法TVD(Total Variation Diminishing,A. Harten,1983)格式对非理想爆源在地面上形成的二维轴对称爆炸场进行了数值模拟,数值计算值与试验结果吻合得相当好。     

三维非结构聚合多重网格法数值模拟研究

在三维非结构网格上应用聚合式多重网格技术来加速Euler方程的收敛过程．自行设计了一种高效率的网格聚合方法．采用四重三维非结构网格，在每一层网格上采用有限体积法进行计算．通过对M6翼型的数值求解验证了多重网格加速收敛的高效性．     

连续分层海洋中内波传播的一种数值模式

基于Euler方程,使用有限体积法建立了一种密度为连续分层情况下、适应水深变化的水域中内波传播的数值模式.为了使计算格式能够达到二阶精度,对流项的处理使用了TVD (total variation diminishing)格式.将SIMPLE算法引入连续分层海洋中内波的数值计算,为了简化计算并方便地适应多种TVD格式,在计算预估速度场时采用了显式格式,而没有采用传统的隐式格式;鉴于在原始的SIMPLE算法中没有涉及到由于密度扰动而引起的静水压力场的改变问题,给出了该问题的计算方法.因此改进了SIMPLE算法.出流边界的处理采用阻尼消波和Sommerfeld辐射条件相结合的方式,以使内波得到有效的衰减和释放.将等水深水域的数值解和理论解进行了比较,两者吻合较好;并对存在潜堤时数值计算的不同时刻密度变化的空间分布进行了详细的定性分析.计算结果表明,所建立的数值模式能有效地模拟内波的传播和变形.      

各向异性介质中弹性波的数值模拟

提出了一种非均匀各向异性介质中弹性波传播的数值模拟算法.该方法可以灵活地运用于具有任意地表形状、内部孔洞、固液边界和不规则内部交界面的介质情况,另外,该方法自然满足复杂几何边界的自由表面条件.这种基于三角形和四边形离散网格的算法使用的是围绕每个节点的积分平衡方程,而不是其它有限差分法中使用的各个节点满足的弹性动力学的微分方程.该文工作是非均匀各向同性介质中弹性波传播格子法研究的继续.除了研究各向异性介质中波的传播以外,还给出了一种能够省时的四边形网格的格子法.     

基于CFD的三维轿车车流场的数值计算与应用分析

本文以计算流体力学（CFD）为基础,采用有限体积法探求了应用计算流体力学（CFD）研究汽车车身外部流场的可行性。计算机数值解提供了诸如：气动压力场、速度场等车身压力、速度分布以便于获得气动阻力、气动升力和气动侧向力及其由此可得的相关力等信息。三维理想轿车车身空气动力学特性参数的数值模拟结果与风洞实验数据吻合较.好进一步应用于实车分析表明：数值模拟研究汽车空气动力学特性切实可行。     

喷嘴内部流道型线对射流流场的影响

为研究喷嘴内部流道型线对射流流场的气体动特性参数的影响,根据可压缩流体轴对称N－S方程,利用RNGκ－ε湍流模式和有限体积法,并采用四边形非结构网格,对不同内部流道型线的喷嘴自由射流进行数值模拟。对于轴对称等直径圆管喷嘴,进口处的流道型线对射流流道参数的分布有较大的影响;轴对称收缩喷嘴的收缩角大小主要影响射流出口附近的流动,对流动具有不同的阻滞效果。计算结果与实验吻合较好,若要获得较佳的外部流场参数,优化喷嘴内部流道设计十分重要。     

三维横向流体诱发直管振动的数值研究

基于计算流体力学和计算结构动力学,并考虑流体-结构两个物理场之间的相互作用,利用有限体积法及LES方法离散非稳态、粘性、不可压缩湍流流场;采用有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格控制技术,建立了横向流体作用下传热管流致振动计算的三维仿真模型。首先,基于建立的模型得到了横流作用下传热管的振动响应,并通过与已有的文献数据进行比较发现,两者趋势一致、数值上吻合较好,证明了本文模型的合理性;其次,在较宽的折减速度和频率比范围内,研究了直管的响应、流体力系数、涡脱落频率,并通过管表面压力分布、尾流区的时均速度等分析了时均流场特性;第三,研究了两种折减速度的归一化方法,指出对于三维弹性管的流体诱发振动问题,采用通用的折合速度来表示响应图能清晰地表征其响应特征;最后,比较分析了弹性支撑刚性管与弹性管的流体诱发振动特性。结果表明,对于三维弹性管的流体诱发振动计算应考虑结构的弹性变形与流体流动间的相互作用。     

高速列车紊态外流场的数值模拟研究

高速列车是近地运行的细长、庞大物体,它的空气绕流问题有其特殊性,本文以不可压缩粘性流体的Navier-Stokes方程和k-ε两方程紊流模型为基础,采用有限元方法求解了高速列车三维紊态外流场,针对有限元法应用于流场计算时常出现的问题,采用分离式解法,非对称矩阵一维变带宽压缩存储及带宽极小化等方法,最大限度地降低计算存储量;并采用罚函数法,集中质量矩阵,缩减积分法,带参数迭代法以及 引入松弛因子等技术,提出了一套用有限元法计算非线性问题的求解方法,提高了收敛速度的计算严谨,计算方法和计算结果对列车空气动力学的深入研究有一定的帮助。     

陷落腔的流场数值计算研究

本文对有限分析解法的近似计算方法及其对计算精度的影响进行了数值计算和分析讨论；然后采用有限分析解法，对前、后壁壁缘高度不同的三种腔内流场运动发展过程及腔口剪切层运动情况作了数值计算，得到的腔口剪切层上腔口随边相互作用情况与对应腔的流场显示实验结果进行了比较，两者一致，计算结果表明，采用本文发展的近似方法计算可靠，可以较大地提高计算效率。     

静电旋风分离器气相流场的数值模拟

对一内部安装电晕极的切向进口旋风分离器,以三维贴体坐标为基础,应用Bradshaw的修正k-ε湍流模型,用非交错的SIMPLE算法对静电旋风分离器的气相流场进行求解,计算结果与实验结果进行了对比。分析了电晕极的不同安装位置对旋风分离器流场的影响。从流场的角度来看,电晕极安装在筒体与排气管之间并靠近排气管的位置有利于提高静电旋风分离器的分离效率。     

薄板坯连铸结晶器中钢液三维流动的数值模拟

采用高 Re数的紊流 K- ε两方程模型 ,且结合壁面函数法对薄板坯连铸结晶器中钢液的紊流流动进行了有限元数值模拟。在数值模拟中 ,考虑了凝固壳厚度分布对流场的影响。在掌握了结晶器内紊流粘性系数分布规律的基础上 ,将流动域在空间进行了分区 ,采用分区选定有效粘性系数的当量层流模型数值模拟了三维紊流流动 ,结果表明 ,当量层流模型可有效的获得与原紊流时均场基本一致的结果 ,但计算效率显著提高 ,为今后工程上计算薄板坯结晶器中的三维流动和考虑流动影响的凝固过程分析提供了实用的方法 ,计算结果也有助于人们对薄板坯连铸结晶器中钢液三维紊流流动特点和与流动有关的板坯质量等问题的理解     

超声速气流中雾化燃料喷射的三维数值研究

首次用双流体模型对雾化燃料在扩张形超燃室中沿九喷嘴顺流喷射的混合问题进行了数值研究。气相用迎风 TVD格式求解三维全 Navier- Stokes方程 ,液相用预估、校正 NND格式求解三维 Euler方程。相间相互作用的常微分方程用预估、校正Runge- Kutta法求解。用三维 Poisson方程生成网格。结果表明 :气相较液相的扩散效果好 ,小直径液滴的扩散效果好。相间速度滑移、改变气相喷射压力和喷射速度对液相扩散的贡献不大 ,但调整喷射角度会明显地增强液相的扩散、混合 ,本文结果未出现阻塞。     

流场有限元分析的并行计算

在流场有限元分离式求解法的基础上 ,导出了并行计算的算法流程 ,可利用并行计算机同时求解的相互耦合的流场描述非线性方程组 ,并在曙光 2 0 0 0并行计算机系统上成功实施 ,比之串行计算 ,较大幅度地提高了计算效率     

方柱绕流的数值模拟

采用有限差分法,对雷诺数为2.2×10~4的方柱绕流进行了大涡模拟(简称LES)。运用时间分裂控制(Split-Operator)法,将N-S方程分为对流步、扩散步和传播步。对Smagorinsky假设在近壁区的发散问题用两层模型进行处理。对流项用迎风—中心差分格式模拟,压力方程用SOR法迭代求解。计算得到的沿对称线的时均顺流向速度与文献上的实验结果进行了比较,结果吻合较好,同时还对绕方柱流的流场结构进行了分析研究。     

厢式货车外部流场的数值模拟

以斯泰尔邮政车为原型,对厢式货车外部流场进行数值计算,获得了其气动特性和流场,并与实验结果进行了对比,符合较好。期望能够对厢式货车气动外形的设计提供参考。     

Direct Numerical Simulation of Transitional Turbulent Flow in a Closed Rotor-Stator Cavity

The transitional turbulent regime in confined flow between a rotating and a stationary disc is studied using direct numerical simulation. Besides its fundamental importance as a three-dimensional prototype flow, such flows frequently arise in many industrial devices, especially in turbomachinary applications. The present contribution extends the DNS simulation into the turbulent flow regime, to a rotational Reynolds number Re =3 × 10⁵. An annular rotor-stator cavity of radial extension ΔR and height H, is considered with L = 4.72(L = ΔR/H) and Rm = 2.33 (Rm = (R ₁+ R ₀)/ΔR). The direct numerical simulation is performed by integrating the time-dependent Navier–Stokes equations until a statistically steady state is reached. A three-dimensional spectral method is used with the aim of providing both very accurate instantaneous fields and reliable statistical data. The instantaneous quantities are analysed in order to enhance our knowledge of the physics of turbulent rotating flows. Also, the results have been averaged so as to provide target turbulence data for any subsequent modelling attempts at reproducing the flow. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

一种新型均匀扩散器流场的数值模拟

异性纤维检出设备中扩散器内部流场的情况,直接影响着落棉率和整个清除系统的工作效率.本文用计算流体力学软件FLUENT对新型均匀扩散器的流场进行数值模拟,通过改进扩散器的结构参数,实现流场的均匀和稳定,进而提高整个系统纤维检出设备的清除效率.之后对计算结果进行分析,提出了两种经过结构优化的改进模型,并分析了其内部流场.