火炮制退机流场的数值模拟

利用Rodi ASM模型和SIMPLER计算程式对接近于实际结构的制退机流场做了数值模拟,获得了制退机湍流流场的结构,并对数值模拟结果进行了分析,数值模拟结果揭示了制退机流场中存在流动截面收缩现象。     

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。     

膛口流场的数值模拟

本文使用严格二维的FCT算法数值模拟美国M16 5.36毫米自动步枪的非定常的轴对称膛口流场。用此方法不仅可得到膛口冲击波的发展过程,而且可得到不少数值方法不易得到的马赫盘的发展过程。本文计算结果与Schmidt的实验结果作了比较,二者吻合较好。这一结果为进一步开展更复杂(考虑弹丸、膛口制退器等)的膛口流场的数值模拟奠定了基础。     

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。     

一种新型主动微混合器及其流场的数值研究

设计一种通过交变电磁力作用,使液体得到有效混合的微混合器。基于微尺度的无滑移模型,建立了微型管道内液体流动及混合的模拟方法,并开发了计算程序,对微管道内流体的流动与混合过程进行数值模拟,得到了流场分布图。通过交变电压的作用而产生交变的电磁力,对流场产生扰动,从而提高了微型管道中不同流体的混合效率。分析比较不同交变周期下的混合方案,并对其混合效率进行了评价。     

搅拌槽内气液流动大涡数值模拟研究

为优化搅拌槽体型设计、提高搅拌效率,分别利用气液两相大涡模型和标准k-ε紊流模型,结合多参考系法,对搅拌槽内的气液混合过程进行了模拟计算;控制方程的离散使用了有限体积法;速度与压力耦合求解时使用了压力隐式算子分裂PISO(Pressure-Implicit with Splitting of Operators)算法;模拟自由水面采用了VOF(Volume of Fluid)法;通过计算得到了搅拌槽在相同通气率、不同转轮转速下的气液流动速度场以及不同截面含气率的分布规律。比较两种模型,模拟结果表明:叶片旋转区域紊流的各向异性随着转速的增加而明显加强;基于各向同性假设的标准k-ε紊流模型不能描述流体流速的波动变化,而大涡模拟能够捕捉叶片附近区域流场的分布规律;在通气率一定的情况下,转轮转速的大小对下叶轮附近区域的含气率影响较小,而对上叶轮附近区域含气率的影响较大。     

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。     

风暴潮流运动的数值模拟

采用风暴潮全流运动方程组,对标准海域的风暴潮流运动进行数值模拟,利用以往的计算结果验证了数值模式,研究了开阔海域中,风暴气压、海域深度及底坡变化对风暴增水及流场的影响,分析了流速、潮位随时间和空间定量变化的规律。所建立的数值模型是进一步研究风暴潮流场中物质输运的基础。     

流场非均匀性对非平面激波诱导的Richtmyer-Meshkov不稳定性影响的数值研究

基于Navier-Stokes方程组,采用可压缩多介质黏性流动和湍流大涡模拟程序MVFT (multi-viscousflow and turbulence),模拟了均匀流场与初始密度呈现高斯函数分布的非均匀流场中马赫数为1.25的非平面激波加载初始扰动air/SF6界面的Richtmyer-Meshkov (RM)不稳定性现象。数值模拟结果表明,初始流场非均匀性将会影响非平面激波诱导的RM不稳定性演化过程。反射激波加载前,非平面激波导致的界面扰动振幅随着流场非均匀性增强而增大;反射激波加载后,非均匀流场与均匀流场条件下的界面扰动振幅差异有所减小。进一步,定量分析流场中环量分布及脉动速度统计量揭示了前述规律的原因。此外,还与平面激波诱导的RM不稳定性进行了简单对比,发现由于非平面激波波阵面区域的涡量与激波冲击界面时产生的涡量的共同作用,使得非平面激波与平面激波诱导的界面失稳过程存在差异。     

高超声速三维热化学非平衡流场的数值模拟

对三维高超声速热化学非平衡流场进行数值模拟,采用双温度热化学非平衡、11组元空气模型,考虑振动-离解耦合．差分格式采用沈清博士提出的“迎风型NND”格式,用熵修正方法消除了高超声速流数值模拟中的“carbuncle现象”．与LU-SGS方法结合,提高了单步计算效率和收敛性．数值模拟结果与文献结果进行了对比,并在弹道靶中进行了钢质圆球的弓形激波位置实验验证．计算结果与文献、实验的对比说明,三维热化学非平衡流计算程序可以精确地捕捉到强弓形激波,得到合理的空气动力系数．     

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。     

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。     

自主攻击水雷发射流场分析与数值仿真

本文采用有限体积法，对自主攻击水雷开盖前在发射平台内产生的燃气喷射流场进行了数值计算，结合算例给出了发射平台底部反向板、壁面以及雷体表现的压力、温度分布曲线。对照实验结果，说明本文数值方法是正确的，同时也显示了数值计算结果对水雷发射平台筒体、反射板结构强度和刚度的高度，以及如何消除雷体环境条件的不利因素具有重要的指导意义和参考价值。     

Numerical Simulation of Plasma Dynamics in a Nonuniform Magnetic Field

An efficient algorithm is proposed enabling numerical simulations of plasma dynamics in a nonuniform magnetic field. The present numerical data are in good agreement with experimental data obtained in a GOL-3 setup and with previous simulations. The experimentally observed effect of fast transfer of energy to ions is confirmed. __________ Translated from Prikladnaya Mekhanika i Tekhnicheskaya Fizika, Vol. 47, No. 1, pp. 35–45, January–February, 2006.     

Numerical Simulation of a Turbulent Flow in a Channel with Surface Mounted Cubes

In this paper we report on a fourth-order, spectro-consistent simulation of a complex turbulent flow. A spatial discretization of a convection-diffusion equation is termed spectro-consistent if the spectral properties of the convective and diffusive operators are preserved, i.e. convection skew-symmetric; diffusion symmetric positive definite. We consider a fully developed flow in a channel, where a matrix of cubes is placed at a wall of the channel. The Reynolds number (based on the channel width and the mean bulk velocity) is equal to Re = 13,000. The three-dimensional flow around the surface mounted cubes has served at a test case at the 6th ERCOFTAC/IAHR/COST workshop on refined flow modeling (Delft, June 1997). Here, mean velocity profiles as well as Reynolds stresses at various locations in the channel have been computed without using any turbulence models. The results agree well with the available experimental data.     

动脉瘤内流场以及瘤体尺寸的影响的数值研究

采用计算流体动力学(CFD)数值模拟的方法,在周期性脉动速度入流条件下,建立刚性动脉瘤模型并研究了动脉瘤模型中流场的特征(速度、压力、壁面剪切应力)。得到了脉动入流一个周期内流场特征的变化规律,发现动脉瘤的后端有相当高的压力和壁面剪切应力,而且高压力和壁面剪切应力分布的位置几乎是固定的。探讨了不同动脉瘤尺寸对内部流场的影响,动脉瘤的直径与瘤体长度之比越大,瘤壁承受的剪切应力就越大,动脉瘤破裂的危险性就越高。     

三维复杂流场内能激发松弛的DSMC数值模拟

本文研究了带内能激发松弛和不同来流条件下的复杂外形高超声速飞行器过渡区三维流场特性.采用一种对飞行器物面网格与DSMC计算域网格分别标识的方法,通过判断模拟分子与表面碰撞来完成飞行器物面网格与DSMC计算域网格间的信息传递和信息存贮,对于复杂外形飞行器精确描述的物面网格不需做进一步处理,直接应用于不依赖于飞行器外形的DSMC计算的通用子程序中.采用L-B碰撞模型,分析了内能激发松弛的流场参数特性,从分子碰撞、分子与飞行器表面碰撞的角度,分析了不同来流条件下的流场参数的变化情况.     

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.