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。     

等边布置三圆柱绕流的数值分析

用有限元方法对于等边三角形布置的三个相同直径的二维圆柱绕流问题进行了数值模拟，分别求得了在不同间距比下的流场分布和各圆柱的升、阻力系数以及斯托哈罗数。计算结果表明，小间距比情形下三圆柱之间的干扰是严重的，流动并不对称于中心轴线，而是偏向下游的某个圆柱。数值计算结果与有关文献和实验进行了对比，结果令人满意。     

W/O液滴绕流微柱阵列的数值模拟研究

基于COMSOL Multiphysics 4.1层流两相流模型,通过数值模拟研究了连续相流速一定的情况下大接触角(?=160°)的油包水(W/O)液滴绕流微柱阵列的二维运动。通过相场方法考虑表面张力的影响,实现对油-水界面的追踪,获得了W/O液滴的运动状态,重点考查了液滴尺寸对运动特性的影响。模拟结果表明,初始尺寸不同的液滴变形后,长度上存在差异,但厚度基本一致,尺寸介于100?m~150?m液滴的运动速度与液滴尺寸无关。进一步研究了利用尖楔对液滴进行分割的过程,发现液滴脱离末端微柱时,其垂向位置高度与液滴尺寸密切相关,呈先线性增加后趋于定值的特点,利用这一预定位功能及尖楔结构可以获得尺寸可控的均匀子液滴。数值方法与已有实验结果基本一致,且可以很好地表现W/O液滴与微柱的相互作用,揭示液滴的流动细节和运动规律,为设计更为复杂的液滴微流控芯片提供了支撑。     

棱柱绕流流动的数值模拟

利用数值方法对长宽比为1／3, 1和3的棱柱绕流在雷诺数为100的非稳态流动特性进行了分析和研究。采用有限体积法对棱柱绕流的二维流动N-S方程进行离散求解,分析和研究了非稳态的棱柱绕流流场,升力系数,阻力系数和涡动特性,数值模拟的结果与相关文献的数据比较吻合。通过上述研究能够为了解棱柱绕流的非稳态流动特性提供有力的帮助。而对棱柱三维流动的模拟分析和对雷诺数的变化对棱柱流动特性的影响进行研究,将为掌握棱柱绕流的工程特性打下基础。     

高超声速非定常流动的数值模拟与气动热计算

高超声速飞行器研究中的一个重点问题是飞行器表面的气动加热,它对飞行器的气动、热特性及安全性有重要的影响.受到当前实验技术的限制,地面实验无法准确模拟真实飞行条件,所以采用数值模拟研究气动加热问题成为目前重要的研究手段.本文采用数值方法求解三维N-S方程,得到钝头体再入模型绕流的瞬态流场,驻点温度及表面热流沿轨道变化规律.计算中采用变边界条件模拟沿轨道飞行的非定常性.     

并列圆柱绕流的格子Boltzmann数值模拟

采用非均匀不可压格子Boltzmann模型对低雷诺数下并列圆柱绕流进行了数值模拟,给出了数值计算结果,分析了间距g对圆柱尾流及升力、阻力的影响,并在此基础上得到了4种尾迹模式.此外,研究了流场的初始扰动对流动分岔现象的影响,发现在适当的扰动下可以很快得到同步同相的尾流.对Re=160和200下圆柱的升、阻力进行了对比,结果表明升力和阻力受间距g的影响大于雷诺数.     

绕流直接数值模拟误差分析

对于无边界绕流问题的计算流体力学模拟通常是将物体置于“足够大”的槽道中,而通过不断改变槽道尺寸以及离散网格密度,后验对比方式来检查模拟误差。本文结合多种经典流场理论,提出一种简单的先验误差估计方法来确定槽道尺寸以及相应的网格分布。在此方法中,对于槽道尺寸的确定基于线性叠加原理（即在极小雷诺数下采用Stokes理论解叠加,而在其他雷诺数条件下采用势流理论解叠加）,来估计槽道尺寸对绕流结果的影响。而对网格尺寸与分布,则是使用多项式逼近中的基本误差分析工具,应用到速度边界层,远场势流,以及Rankine涡等简单流动,从而确定整个绕流问题中的离散误差。为了验证前面的理论分析结果,本文模拟了相当大雷诺数范围内的二维翼型以及三维圆球绕流,所得数值结果非常好地验证了理论分析。结果表明,对于Stokes流动问题,槽道尺寸需要大约100倍于物体特征尺寸来保证其结果与无边界绕流相差不超过1%;而在雷诺数超过大约100时,槽道尺寸只需10倍（二维绕流）或者5倍（三维绕流）于物体特征尺寸来达到同等精度。在此先验误差估计方法可应用于一般化的绕流问题。

     

非定常圆柱绕流的实验研究

本文采用流场显示方法研究单圆柱在非定常流动中的涡旋脱落规律。实验结果表明：在不同的ＫＣ数（ＫＣ＝Ｕ∞Ｔ／Ｄ）下，非常圆柱绕流的涡旋脱落特性是不相同的，一般随ＫＣ数值的增加，其涡旋脱落对数也增加，但有明显的阶梯性，同时圆柱分离点的周期变化后于流场的变化。     

Lattice-Boltzmann方法在求解钝体绕流非定常尾迹中的应用

应用Lattice- Boltzmann方法计算了水平通道内方柱绕流,分析了不同时刻方柱后尾迹的旋涡结构和发展过程,得到了合理的结果;并进一步对Re=100时的圆柱绕流进行了计算,计算得到的升力系数、脱落频率、圆柱表面的压力系数的分布与他人的计算比较吻合。     

串列双圆柱绕流问题的数值模拟

本文运用有限体积方法,对绕串列放置的双圆柱的二维不可压缩流动进行了数值计算。为研究两圆柱不同间距对圆柱相互作用和尾流特征的影响,选取间距比Ｌ／Ｄ（Ｌ为两圆柱中心间的距离,Ｄ为圆柱直径）在１．５～５．０之间每隔０．５共八个有代表性的间距进行了计算模拟。计算均在Ｒｅ＝２００条件下进行。计算结果表明：对该绕流问题,流动特征在很大程度上取决于间距的大小。且间距存在一临界值,间距比从小于临界值变化到大于临界     

动失速型非定常分离涡结构的控制

本文对动失速型非定常分离涡结构的控制方法，在低速风洞中应用相平均测压技术进行了实验研究。在二元平板模型中部安装一作俯仰振荡的扰流板产生动失速型分离涡，在其上游安装另一用作控制的小扰流板。实验结果表明，应用前置的振荡小扰流板可影响并改变动失速分离涡的强度和对流特性。在最有利的控制相位下，涡吸力峰可降低４８％，涡对流时间可以推迟０．１９周期。对于间歇式振荡扰流板，采用相位提前控制方式比相位滞后控制方式更有效。     

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。     

跨音速压气机级的三维周期性非定常流动计算

对跨音速压气机级动静叶排相干形成的三维非定常流场进行了数值研究，利用时间推进ＬＵ－ＳＧＳ稳式迭代法求解三维非定常欧拉方程，对流项采用高分辨率ＮＮＤ格式离散。对某压气机第一级动静叶排相干非定常流场的计算结果表明，本文方法不仅在收敛速度上明显地优于一般显式方法，而且保持了流场中激波的高分辨率，适于推广到计算量巨大的的多级轴流压气机三维非定常流场的数值分析问题     

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。     

二维振荡叶栅非定常粘性流动数值模拟

采用显式四步Runge-Kutta格式，结合Baldwon-Lomax紊流模型求解Navier-Stokes方程，借助运动网格技术，完成了对二维振荡叶栅非定常粘性流动的数值模拟。为了加速求解过程，引入了变系数隐式残差光顺方法，取得了较好效果。数值结果与已公布的数据有很好的一致性。     

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。     

通气超空泡形态控制方法的数值模拟

根据Logvinovich独立膨胀原理发展了一种用于非定常通气超空泡形态的计算方法,并运用该方法对通气超空泡形态控制进行了数值仿真.研究表明:调整流场压力、模型速度、空化器阻力系数对超空泡长度的控制范围较大,响应速度较快;调整通气量对超空泡长度控制范围较小,响应速度较慢;此外改变超空泡内部模型的尺度和结构也可以对通气超空泡形态进行控制.     

方柱尾流流态对床面冲淤形态的影响

应用平面二维悬沙数学模型对方柱尾流区的泥沙输运及床面调整进行了数值模拟，并对重要物理参数做了分析说明。数值计算采用时间分裂一全隐式有限差分格式，流场的计算基于沿水深平均的RANS方程。通过系统的数值模拟，揭示了不同来流情况下，方柱尾流区的流态变化，及与之相应的床面变化规律，并对不同流态下的泥沙运动作了分析。计算结果表明在方柱尾流区，不同的流场流态对尾流区的床面调整有明显影响。流场较弱的情况下，尾流区中湍动强度相应较弱，此时悬浮泥沙由于流速减小而普遍落淤，床面应力的减小也致使床面冲刷量减小。随着流场强度的逐渐增大，尾流区中湍动强度相应增强，床面应力增大，同时湍流的强烈交换作用增强了对泥沙的输运作用，床面变化不再是简单的淤积状态，部分区域出现了冲刷。