地极Chandler摆动参数变化的研究

本文认为Chandler摆动并不象过去所认为的那样复杂。一个具有单一固有频率,固定的初始位相和在实数域中变化的振幅这样的简单模式,可以很好地描述实际的Chandler摆动,并解释摆动的各种统计特征,该模式在物理上也容易被接受。     

基于浸入边界-有限元法的流固耦合碰撞数值模拟方法

针对流固耦合碰撞问题,建立了流体中固体与固体碰撞界面解析直接模拟方法,采用清晰界面浸入边界法模拟流体中的动边界问题,避免了传统贴体网格方法在求解流体中存在固体间碰撞问题时网格出现负体积的问题,采用基于罚函数的有限元方法对固体的运动和碰撞进行求解,以分域耦合方式实现流体域和固体域的耦合求解.通过与静止流体中球形颗粒与壁面正碰撞和斜碰撞的实验数据对比,验证了建立的数值模拟方法对流体中固体与固体碰撞数值模拟的正确性,获得了流体域流场在碰撞前后随时间的变化,同时通过该文建立的数值模拟方法也获得了固体域中固体的碰撞力和应力.未来,将把该数值模拟方法应用到流体流动环境中,如固体颗粒对管道的冲蚀、流体诱导海洋立管之间的碰撞、坠物对海底管道的撞击等.     

结构振动诱导流场及附加质量的数值分析

将大型柔性结构低速振动诱导流体流场的问题, 归结为无粘性不可压缩无旋流动平面问题．在偶极子配置法基础上,发展了一种在结构和流体接触面上混合配置源汇和偶极子的奇点配置法,能够计算翼型、柱型等结构在流体中低速振动时诱导的流体流场并推导出流场的动能表达式,最终得到流体附加质量．给出了几个具有解析解的算例验证了此方法的可靠性．     

二维水翼的局部空泡流研究

运用基于速度势的低阶边界积分方法研究了二维水翼的定常局部空化。通过迭代求解给定了空化数的空泡长度和空泡形状,运动学和动力学边界条件在迭代过程中满足;采用回射流模型和压力恢复闭合模型代替空泡后的高湍流度的二相尾流。计算结果和已发表的数值结果进行了比较。     

某型仿生鱼自主直线巡游速度的影响因素研究

深入开展鱼游等生物运动力学机理的研究对日益增长的仿生技术需求具有重要的意义.为此,该文以某型仿生鱼自主游动为研究对象,基于浸入边界法的流固耦合建模思想,以鱼体肌肉提供的主动力为原动,建立了鱼体内力、鱼体运动和外界流体耦合作用的自主游动柔性鱼模型.分别对不同长度尾鳍、不同弹性模量鱼体以及鱼肌肉提供不同作用力下仿生鱼的自主直线巡游进行了数值模拟.分析了鱼自主游动的水动力学特征和鱼体运动特征,揭示了影响鱼游动速度的关键因素及其力学机理.     

采用高分辨率数值方法重构与实测数据一致的实际爆炸波的部分流场

本文采用球面爆炸的活塞推进模型和对间断解具有高分辨率的二阶Godunov型有限差分方法,以两类化爆试验值作依据,通过恰当调整运动活塞边界条件,数值重构了实际半球形爆炸波的部分流场.方法简单、可靠,所得结果可用于评估任意同类型炸药一维爆炸波的远场效应.     

虚拟解法分析浸入边界法的精度

浸入边界法是对流固耦合系统进行建模和模拟的有效工具,在生物力学领域的应用尤为广泛．该文的工作主要包含两个部分:程序验证和精度分析．前者证明了程序的正确性,后者给出了浸入边界法的精度．两部分工作均使用虚拟解法作为研究工具．在程序验证部分,使用二阶空间离散格式进行数值计算,通过分析各种变量的离散误差,得到的程序计算精度阶是二阶,与理论精度阶一致,证明了数值计算所使用程序的正确性．精度分析部分工作在此基础上展开．引入压强跳跃,在动量方程中加入相应源项,通过分析带有源项的控制方程中各物理量的离散误差,证明浸入边界法只具有一阶精度．同时可以得出以下结论:粗网格无法敏感地捕捉浸入边界的影响;当Euler网格固定时,增加Lagrange标志点的数目并不会改善计算误差．     

正则化δ函数对浸入边界法精度的影响

浸入边界法是对流固耦合系统进行数学建模和数值模拟的有效工具,在生物力学领域的应用尤为广泛．正则化δ函数对精度的影响是研究浸入边界法本身性质的一个重要课题．采用虚拟解法对此展开分析．首先使用光滑虚拟解证明程序的正确性,然后使用压力存在跳跃的虚拟解研究浸入边界法的精度．通过分析使用4种不同的正则化δ函数时整个流场的离散误差,得到以下结论:浸入边界法只具有1阶精度;选用不同的正则化δ函数,不能提高浸入边界法的精度,但会影响整个流场的离散误差值．     

粘弹性二阶流体混合层流场拟序结构的数值研究

本文用拟谱方法对随时间发展的二维粘弹性二阶流体混合层流场进行了直接数据值模拟,给出在高雷诺数和低Deborah数下大涡的卷起、配对和合并等过程,通过与相同雷诺数下牛顿流体的比较,揭示了弱粘弹性对混合层中大涡拟序结构演变的影响.     

基于三维CFD-DEM的多孔介质流场数值模拟

将多孔介质局部细观流动与基于Darcy定律的宏观物理模型相结合,应用三维CFD-DEM对多孔介质流场进行局部细观数值模拟,得到多孔介质的惯性阻力系数和粘性阻力系数.并将其作为参数提供给基于Darcy定律的CFD多孔介质模型,从而可用于更大规模的多孔介质流场计算.应用Voronoi多面体作为网格单元,解决了CFD DEM中网格孔隙率精确计算的困难.文中发展的多尺度结合应用的研究方法,在计算精度和计算效率的矛盾中找到了较好的平衡,对于工程应用而言,有节约实验成本、提高计算结果可靠性的功效.     

Analysis of the immersed boundary method for a finite element Stokes problem

Convergence results are presented for the immersed boundary (IB) method applied to a model Stokes problem. As a discretization method, we use the finite element method. First, the immersed force field is approximated using a regularized delta function. Its error in the W^{?1, p} norm is examined for 1 ≤ p < n/(n ? 1), with n representing the space dimension. Subsequently, we consider IB discretization of the Stokes problem and examine the regularization and discretization errors separately. Consequently, error estimate of order h^{1 ? α} in the W^{1, 1} × L¹ norm for the velocity and pressure is derived, where α is an arbitrary small positive number. The validity of those theoretical results is confirmed from numerical examples.     

Numerical Simulation of Red Blood Cell Suspensions Behind a Moving Interface in a Capillary

Computational modeling and simulation are presented on the motion of red blood cells behind a moving interface in a capillary. The methodology is based on an immersed boundary method and the skeleton structure of the red blood cell (RBC) membrane is modeled as a spring network. As by the nature of the problem, the computational domain is moving with either a designated RBC or an interface in an infinitely long two-dimensional channel with an undisturbed flow field in front of the computational domain. The tanking-treading and the inclination angle of a cell in a simple shear flow are briefly discussed for the validation purpose. We then present and discuss the results of the motion of red blood cells behind a moving interface in a capillary, which show that the RBCs with higher velocity than the interface speed form a concentrated slug behind the moving interface.     

Some new analysis results for a class of interface problems

Interface problems modeled by differential equations have many applications in mathematical biology, fluid mechanics, material sciences, and many other areas. Typically, interface problems are characterized by discontinuities in the coefficients and/or the Dirac delta function singularities in the source term. Because of these irregularities, solutions to the differential equations are not smooth or discontinuous. In this paper, some new results on the jump conditions of the solution across the interface are derived using the distribution theory and the theory of weak solutions. Some theoretical results on the boundary singularity in which the singular delta function is at the boundary are obtained. Finally, the proof of the convergency of the immersed boundary (IB) method is presented. The IB method is shown to be first‐order convergent in L ^∞ norm. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.     

液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒扩散分布的离散涡数值研究

基于离散涡方法求得的非定常水流场和颗粒的Lagrange运动方程,数值模拟了稀疏液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒的扩散分布．获得了流动的涡谱与3种不同St数颗粒（St=0.25,1.0,40）在流场中的分布．通过引入扩散函数来定量表示颗粒在流场中的纵向扩散强度,并计算得到了不同St数颗粒的扩散函数随时间的变化．数值结果揭示出了液固两相圆柱绕流尾迹中的颗粒扩散分布与颗粒的St数和尾涡结构密切相关:1) 中小St数(St=0.25～4.0)颗粒在运动过程中不能进入涡核区,而在旋涡结构的外沿聚集,且颗粒的St数愈大,其越远离涡核区域;2） 在圆柱绕流尾迹区域内,中小St数(St=0.25～4.0)颗粒的纵向扩散强度随其St数的增大而减小．     

线导+尾流自导鱼雷的有效射击可行域

基于线导+尾流自导鱼雷的弹道特点和末端尾流进入角的使用限制,选用Runge-Kutta方法,得出线导+尾流自导鱼雷在不同尾流进入角和不同射距时的弹道轨迹,进而分析并解算出线导+尾流自导鱼雷有效射击可行域.方法对自导鱼雷有效射击可行域解算方法进行了较大改进,能更好地满足线导+尾流自导鱼雷作战使用时射击阵位点选择需求.     

Asymptotic behavior of the solution to a convection-diffusion problem with bulk chemical reaction in the wake of a particle

The problem of steady convective mass transfer between a particle and a continuum with a nonlinear bulk chemical reaction is considered for the case when the Peclet number Pe and the rate constant k _v of the reaction tend to infinity. An asymptotic solution with respect to a small parameter ε = Pe^?1/3 is obtained in the wake of the particle.     

风力机叶尖涡尾迹结构PIV测量研究

空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所依托工程型大风洞（实验段直径3.2 m）,采用高分辨率CCD相机（4 008像素×2 672像素）,针对旋转状态下的风力机叶片尾流开展大视场（单个观测区域达到570 mm×380 mm）PIV(particle image velocimetry)测量,以NREL UAE Phase Ⅵ风力机叶片1/8缩比模型为实验对象,获取了叶尖涡产生、发展的流动数据,为研究风力机叶尖涡结构和流动机理研究提供重要的基础数据．观测结果表明,叶尖涡从后缘脱落后首先有一个短时间的向内运动,然后随着尾流的膨胀向外运动,其涡强度则先是短时间内降低,然后随着涡的卷起而增强,从而形成一个强大的叶尖涡．在实验观察范围内叶尖涡在来流方向的迁移规律近似线性．     

固壁近旁Stokes流中粘性液滴的运动和变形

发展了一种模拟固壁近旁轴对称Stokes流中粘性液滴的运动和变形及直接计算固壁上应力的边界积分方法．用此方法对不同的液滴-固壁初始相对间距、粘度比、表面张力和浮力联合参数以及环境流动参数情况进行了数值实验．数值结果显示,由于环境流动和浮力的作用,随着时间的推进,液滴在轴向压缩,在径向拉伸．当环境流动的作用弱于浮力作用时,随着时间的推移,液滴上升并向上弯,固壁上由液滴运动所引起的应力不断减小．当环境流动的作用强于浮力作用时,随着时间的推移,液滴变得越来越扁．在这种情形,当大初始间距时,壁面上的应力随液滴的演变而增大;当小初始间距时,由环境流动、浮力及壁面对流动的较强作用的联合影响,此应力随液滴的演变而减小．由于液滴运动所引起的壁面应力的有效作用仅限于对称轴附近的一个小范围内,且此范围随液滴与固壁的初始间距增大而增大．应力的大小随初始间距增大而大为减小．表面张力对液滴变形有阻止作用．液滴粘性会减小液滴的变形和位置迁移．     

超音速边界层中二维扰动的演化及小激波的产生

通过直接数值模拟的方法,对二维超音速边界层中扰动的演化进行了研究．以某一剖面作为入口,加入T-S波,研究小扰动波逐渐增长的演化过程．发现了扰动非线性演化的特征．探讨了二种判断激波存在的方法,证实了超音速边界层中当扰动达到一定的幅值时会有小激波出现．为建立可压缩流稳定性非线性理论提供一定的依据．