界面滑移流体动压膜承载能力的形成

运用界面滑移可在两平行平板表面间形成具有承载能力的流体动压膜．在流体入口区,静止平板表面上流体-接触表面的界面剪切强度具有较低值,以在该界面处产生界面滑移,而在流体出口区,静止平板表面上流体-接触表面的界面剪切强度具有足够高的值,以避免在该界面处出现界面滑移．整个运动平板表面上流体-接触表面的界面剪切强度具有足够高的值,以避免在运动平板表面上出现界面滑移．分析表明,这种流体动压接触区具有显著承载能力．使整个接触区具有最大承载能力的流体出口区宽度与入口区宽度的比值为0.5．     

多孔固体充满黏性流体时的边界条件

基于物理学基本原理和能量守恒定律的精确检查,导出充满黏性流体多孔固体边界呈连续性要求的边界条件.当孔隙流体具有黏性时,多孔弹性固体就是一个耗散的充满黏性流体的多空固体.孔隙流体的黏性造成的耗散应力准确地表达了边界条件.边界上两种固体连接的不完全,导致孔隙流体的流出,多孔骨料两边微粒运动的不平衡.导出多孔.多孔固体界面孔隙局部连接时的数学模型.在该界面上,滑移的松.紧,以及孔隙开.合,能造成一部分应变能的耗散.数值结果表明,在水和饱和油砂岩之间的界面上,修正的边界条件将影响各向同性多孔介质中折射波的能量.     

计入气穴的水下爆炸作用下结构流固耦合三维数值模拟

水下爆炸在结构物面附近产生的气穴现象,严重影响水下爆炸作用下的流固耦合动响应,是舰船水下爆炸领域的难点,传统的边界元方法、有限元方法(FEM)难以解决水下爆炸气穴现象这类强非线性问题．针对此问题,计及流体中的气穴现象,考虑流体的可压缩型,忽略流体粘性,建立水下爆炸瞬态强非线性流固耦合三维数值模型,采用流体谱单元方法(SEM)和结构有限元方法求解该模型．计算结果表明:相对有限元法,谱单元法具有更高的计算精度,且谱单元解与解析解、试验值吻合良好．在此基础上,结合ABAQUS软件,分别探讨三维球壳、船体板架在水下爆炸作用下的瞬态流固耦合机理,给出气穴区域及其对水中结构物动响应的影响特征,旨在为舰船水下爆炸瞬态流固耦合问题的相关研究提供参考．     

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.     

旋转重力毛细管双层流中的小振幅孤立界面行波

该文考虑深度有限,上下边界均固定且受重力及内界面张力作用的二维旋转双层流体.在两层中流体粒子的速度均不超过波速的假设下,证明在该双层流体内部界面上行进的小振幅孤波的存在性.论证过程主要基于中心流形约化定理及动力系统方法.通过考察由原水动力问题所得的哈密尔顿系统在平衡点处线性部分的谱,及其在参数平面内的分叉图,得到了约化方程组的同宿轨道解,这进而给出了内界面上的稳定孤波.     

不相混流体在多孔介质中置换不稳定现象的三维数值模拟

本文采用不连续势函数在待定界面上变化的方法模拟不相混流体在多孔介质中置换．描述流体在多孔介质中的流动的连续方程在三维直角坐标系下被转化为七点式代数方程．采用强隐式法（Stronglyimplictprocedure）求解，再确定变动的流体间界面．计算中只模拟从稳定向不稳定置换转化这一过程中界面的变动．计算中考虑了多孔介质的浸润特性、毛细管压力、及多孔介质渗透不均匀性．     

基于Hele-shaw模型的斜井偏心环空顶替流体密度差优化

针对斜井中顶替流体密度差及套管偏心引起的顶替界面突进两相流体掺混严重的问题,考虑斜井密度差引起的驱动力沿周向角和半径的变化,建立了斜井偏心环空稳定顶替界面形状模型,利用该模型分析了密度差对顶替界面形状的影响,得到了不同井斜角及套管偏心条件下顶替流体的最优密度差及变化规律:斜井中顶替界面突进的位置及程度取决于套管偏心与密度差的相对作用,存在合理的密度差使得顶替界面长度最短;最优顶替流体密度差随套管偏心度的增加而增大,随井斜角的增大而减小;固井顶替时在满足压稳防漏的条件下直井所选用的密度差越大越好,水平井所选用的密度差应相对最小。     

圆筒流体域内管束振动与碰撞接触的流固耦合动力学方法研究

在海洋平台、核电站、石油石化等工业中,海洋从式井组隔水管、换热器管束等在流体作用下,可能诱导管束振动过大,引起管束之间碰撞,从而导致管束失效.这是一种典型的管束振动与碰撞接触的流固耦合动力学问题.但管束与流体耦合动力学及其碰撞接触的研究成果还未见报道.该文针对管束振动与碰撞接触非线性动力学问题,以三维管束及圆筒流体域内的非定常流体为研究对象,不仅考虑流固耦合界面位移、速度协调以及载荷平衡条件,还考虑管束接触边界以及流体域耦合边界拓扑结构的改变,建立了圆筒流体域内管束振动与碰撞力学模型及算法.算例结果表明,在圆筒流体域内,弹性管束发生接触碰撞时,流体压力在管束接触点处相等,且流体在管束侧流面流动较快.     

一种自由界面追踪的模板化VOF方法

发展了一种模板化的volume-of-fluid (VOF)方法．该方法根据自由界面的法向建立一个模板,然后由已知的网格单元上的流体体积比值确定出自由界面的准确位置,使得在二维情形下一个网格单元被自由界面切割的形式只有3种．另一方面,引入了单元边流体占有长度的概念,在此基础上建立了一个统一的流体占有面积模型,可以使得自由界面输运方程的求解有统一的算法．该方法不受网格单元形式的限制,并且容易推广到三维情形．算例表明,该方法能保证自由界面的跟踪精度．     

一种改进的Level-Set函数重新初始化方法

改进了level-set界面捕捉方法中的level-set函数重新初始化方法,通过锁定界面位置来实现level-set函数重新初始化过程,较好地保持了在重新初始化过程中的界面位置的准确性,保障了流体体积的相对稳定．对剪切运动使流体界面变形的算例表明方法对level-set函数重新初始化过程中的体积保持比较有效,而重新初始化过程总的机器用时并没有显著增加．     

多介质大变形流动的MOF-MMALE数值模拟研究

多介质大变形流动数值模拟的关键和难点是在精确追踪物质界面的同时又能够处理好流体的大变形运动.将MOF(moment-of-fluid)界面重构算法与多介质任意Lagrange-Euler方法(MMALE)相耦合,形成MOF-MMALE方法,并应用于多介质大变形流动问题的数值模拟研究.MOF-MMALE方法在传统的ALE方法基础上,允许计算网格边界跨过物质界面,允许存在混合网格,即一个网格内可以存在两种或两种以上物质;在混合网格内,利用MOF界面重构算法来确定物质界面的位置和方向.数值算例表明,MOF-MMALE方法是模拟多介质大变形流动的有效手段,并且具有较好的数值精度和界面分辨率.     

R-M不稳定性数值模拟方法

１．引 言 受扰动的两轻重流体的交界面,当处于方向由重流体指向轻流体的有效重力场中或受到冲击波作用时扰动将发展,界面将失稳,两种物质将发生湍流混合．重力场作用下的不稳定性,人们常称为Ｒａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ（简称Ｒ－Ｔ）不稳定性,激波作用下的界面不稳定性,则常称为 Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒ－Ｍｅｓｈｋｏｖ（简称 Ｒ－Ｍ）不稳定性．在惯性约束核聚变（ＩＣＦ）中,由于Ｒ－Ｔ和Ｒ－Ｍ不稳定性的作用,将影响到氘氚气体的内爆压缩、升温、点火和燃烧［７］． 界面不稳定性的研究因其应用背景和学术价值在近二十多年受…     

直接边界积分方法计算水波的稳定性

1.引 言 数值模拟流体自由界面运动一直是研究水波的主要方法.海浪攀爬海岸的研究是水动力学中的一个很经典且很具有挑战性的课题,因为在水面附近的方程是高度非线性的.对于二维情形下有一致倾斜度的海岸上的水波,Carrier＆Greeenspan[7]建立了基于浅水模型的非线性理论,Tuck＆Hwang引入变量代换,把最初的非线性方程转变成更容易分析的线性方程.这种直接对单一流体用浅水方程计算自由界面的办法仍然被广泛应用.Zhang,Wu,Hou[23]给出了这个问题的Euler-Langrange混合格式,Li ＆ Zhang[13]借助这个格式,并引入人工边界条件对海浪攀爬海岸问题进行了整体的数值模拟.     

多介质流体计算的Lax-Friedrichs格式

针对当前多介质流体计算中出现的速度和压强在介质界面处产生伪振荡的问题，我们设计了一种基于非平衡态的Lax-Friedrichs格式．我们构造的算法保证了多个守恒性质：总质量和分质量守恒，总动量和总能量守恒，它还可以保证分质量非负．更重要的是它消除了速度和压强在介质界面处的伪振荡．数值例子表明这一算法是有效的．     

具有动态边界条件的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统解的渐近行为*

Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统是描述两种互不相溶且不可压缩流体演化的著名界面系统.本文主要研究一般非线性条件下具有动态边界的Cahn-Hilliard-Navier-Stokes系统解的适定性及长时间行为,证明了弱解的整体存在性和唯一性, 建立了在H X V_I中全局吸引子的存在性.     

流体的体胀速度、散度及高斯公式的物理意义

在高斯公式 Ω　 ( P x+ Q y+ R z) dv = ∑Pdydz +Qdzdx +Rdxdy ( 1 )中 ,∑ 是空间区域Ω的边界面 ,P,Q,R是在Ω上有定义且具有连续偏导数的函数 ,公式右端的曲面积分沿闭曲面 ∑ 之外侧进行。在该公式中 ,若视v ={ dxdt,dydt,dzdt} ={ P,Q,R}为一稳定流动的不可压缩流体 (假定密度为 1 )的速度场 ,这里 ,“稳定流动”是指流体的流速与时间t无关 ,“不可压缩”是指流体的密度为常数。在一般教材中 ,都已对公式右端的曲面积分作出了物理解释 ,即“单位时间内经闭曲面 ∑ 流出的流体的质量”,或流量 ,但却未能对整个公式的物理意义作…     

Brinkman流体与Darcy流体界面连接共振渗透对流的结构稳定性

考虑了在一个有界区域上界面链接的两种多孔介质流体的结构稳定性.它们的控制方程分别为Brinkman方程与Darcy方程,而且在Brinkman流体中存在一个热源或散热器,当考虑平面无限层中的热对流时,流体内层之间可能出现共振从而可能导致不稳定.首先通过推导温度的先验界,分析了流体对热源或散热器的连续依赖性.第二个研究内容就是假设系统在区域的边界处满足牛顿冷却定律,获得了模型对冷却系数的连续依赖性.     

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．     

黏性流体中运动界面上的速度分解

本文研究黏性流体与零厚度弹性材料界面上的耦合运动问题.利用沉浸边界法与时间步长法,半Lagrange离散法,对速度分解后的Stokes部分与正则部分进行求解,获得了关于耦合运动中二阶PDE求解的一般方法,推广了文献[14,15,18]的结果.     

热传导的微极固体和流体介质界面上波的传播

研究微极广义热弹性固体半空间和热传导微极流体半空间界面上波的传播.讨论微极广义热弹性固体半空间和热传导微极流体半空间之间平面界面上,斜向入射平面波的反射和透射现象.假设入射波穿过微极广义热弹性固体,射向平面界面后传播.得到了封闭形式的、不同反射和透射波的波幅比,它们是入射角、频率的函数,并为介质的弹性性质所影响.对一些特定的类型,显示出微极和热松弛对波幅比的影响.还从本文的研究中推演出一些早期工作的结果.