速度估计模型在大涡模拟中的应用

介绍了速度估计模型的基本思想及其在物理空间的实现。速度估计模型依靠湍流大尺度的非线性作用估计出小尺度,从而可直接求解亚格子应力项而不需要额外的模型。本文采用该模型对不同雷诺数下的各向同性衰减湍流进行了模拟,并与直接数值模拟、理论分析和其他亚格子模型的大涡模拟结果进行了比较。也初步考察了网格分辨率、不同精度的紧致格式对大涡模拟结果的影响。     

高应变率拉伸加载下无氧铜的本构模型

为了研究材料在高应变率拉伸加载下的动态响应,利用新型爆炸膨胀环实验技术开展了无氧铜试样环的拉伸加载实验,采用激光干涉测试技术获得了试样环拉伸变形过程的径向速度历史。数值计算发现经典JC模型不能较好地描述无氧铜试样环的膨胀过程,于是对JC模型进行了修改:增加了应变的指数硬化项来描述拉伸变形的累积效应;增加了应变率的线性项描述拉伸加载时的应变率效应;利用实验数据拟合了修改后的RJC模型参数,最终较好描述了无氧铜试样环的膨胀变形过程。     

高应变率下航空透明聚氨酯的动态本构模型

采用低阻抗分离式霍普金森压杆对航空透明聚氨酯进行了高应变率下的动态力学性能测试,得到的应力应变曲线表现出了显著的非线性黏弹性特征。基于本构理论和实验数据,构建了航空透明聚氨酯的松弛时间应变相关的超黏弹性本构形式。该本构模型由2部分组成:一部分表征准静态下的超弹性行为,另一部分描述非线性应变率的相关特性。利用超黏弹性本构模型对不同应变率下航空透明聚氨酯的动态应力应变曲线进行拟合,拟合曲线与实验曲线一致性良好。     

PANS模型在空化湍流数值计算中的应用

采用一种基于标准k-ε模型改进的局部时均化模型（Partially-Averaged Navier-Stokes Model,PANS）,并应用于空化流动计算。控制不同的模型参数,分别对绕平头轴对称回转体和Clark-Y型水翼的空化流动进行模拟,并与实验结果进行对比。结果表明：PANS模型中未分解湍动能比率fk的取值对预测空化流动的数值计算精度有重要影响,改变fk的取值可实现对不同滤波尺度范围内的求解;随着fk值的减小PANS的预测精度逐步提高,能在相对较大范围内求解较小尺度的湍流运动过程中,预测到湍流运动中强烈的非定常特性;同时可以比较准确地预测空化流场结构和动力特性。     

大应变、高应变率及高压强条件下混凝土的计算模型

给出了混凝土在高速撞击条件下一种新的计算模型 ,同以前的工作相比 ,它可以很好地模拟在撞击过程中混凝土靶的成坑、层裂情况以及混凝土靶内出现的断裂现象。计算的结果同以前的模型计算结果和实验数据进行了比较。     

不同应变率下煤岩破坏特征及其本构模型

利用直径50 mm的分离式霍普金森压杆,对煤岩展开20～100 s?1动态应变率下的单轴冲击压缩试验,结合高速摄影分析其变形破坏特征,并建立基于Weibull统计分布和Drucker-Prager破坏准则的煤岩动态强度型统计损伤本构模型。试验结果表明:（1）煤岩动态应力-应变曲线存在明显的非线性特征,随应变率升高,动态抗压强度与弹性模量均呈线性增长且增幅显著,破坏形态由低应变率下的轴向劈裂破坏向高应变率下的压碎破坏过渡;（2）在动态应变率20～100 s?1下,煤岩破坏后碎块具有明显的分形特性,破碎块度分维值为1.9～2.2,且随着应变率的升高,煤岩破碎程度增大,碎块块度减小;（3）基于Weibull分布参数F₀、m和应变率的关系,修正煤岩的本构模型,并与试验结果进行对比,验证该模型的合理性。     

基于Khan-Huang模型高强度钢DP600率相关特性实验与本构模型研究

对汽车用高强钢DP600在10-4s-1~103s-1应变率范围内进行力学拉伸实验,在此基础上,采用唯象的方法对Khan-Huang本构模型进行修正建立DP600考虑率敏感效应的本构模型,对高应变率下试样的拉伸过程进行数值模拟验证模型有效性.结果表明,高强钢常温下具有明显的应变率敏感特性,高应变率下材料的屈服应力接近低应变率下的两倍.对Khan-Huang本构模型进行修正后可以比较准确地描述材料在不同应变率下力学行为,且参数容易确定,便于在有限元软件中实现接口,因此该模型可进一步应用于汽车的碰撞安全数值仿真中.     

恒定高应变率拉伸条件下泡沫金属力学性能

为了探究泡沫金属恒定应变率动态拉伸力学行为,基于3D Voronoi模型,采用双向拉伸加载方式和1.55倍等效胞孔直径高度的试件,实现了5000 s⁻¹恒定高应变率动态拉伸条件下泡沫金属力学性能测试数值模拟实验,模拟结果显示：动态拉伸过程满足应力均匀性和变形均匀性要求,且试件破坏位置合理;在恒定应变率（0.5～5000 s⁻¹）动态拉伸时,泡沫金属的破坏应变基本不受应变率的影响;当应变率不超过500 s⁻¹ 时,破坏应力受应变率影响很小,当应变率在 500～5000 s⁻¹ 时,破坏应力随着加载速率的增大而线性增大。

     

铁电陶瓷微观电畴的成核率模型

大量的实验已经证实电畴翻转是铁电材料非线性和迟滞性本构曲线的根本原因。研究者已经对铁电陶瓷的微观电畴翻转行为进行了大量详细的研究。针对描述电畴成核的物理实验结果和经典的成核率实验数据,为了建立电畴翻转体积分数的演化方程提出了反应微观电畴翻转的成核率模型。针对铁电试样电畴随机分布的情况,应用该模型对铁电陶瓷的非线性本构行为进行了研究。理论结果与实验数据的比较表明,模型能较好的描述铁电材料的非线性本构行为。同时模型所揭示的微观反转的物理本质可进一步的指导宏观唯象模型的改进。     

水平表面上超细气溶胶粒子的沉积

采用二维模型，讨论了气流水平流动时，超细气溶胶粒子受重力、热泳和扩散效应的作用在工业洁净室中水平工作台表面上的沉积情况。分析了沿流动方向的局部沉积速度与粒径和工作台边缘距离之间的关系，指出了工作台表面上的平均沉积速度分布情况。     

洁净房间内亚微米粒子的沉积行为

采用二维滞止流模型，讨论了工业洁净室内不同送风速度下，气溶胶粒子分别受重力和电场力作用及二者联合作用时在工作台表面或晶片上的沉积特征。通过与相关文献提供的实验数据的对比，确认了这种预报超细粒子沉积行为的方法。     

两种流型下雾滴表面气溶胶粒子的扩散沉积

用浓度边界层理论分析了势流和Hadamard流情形下雾滴或云滴前向驻点处小粒子的扩散效应。结果表明：存在静电效应时，有限直径小粒子在雾滴表面的扩散通量与两个无量纲数参数有效；对于无外场作用时的点粒子情形，上述两种流型下的扩散沉积特征与粘性流结果亦不相同。     

A New Low-Reynolds-Number One-Equation Model of Turbulence

In this study, we propose a new Low-Reynolds-Number (LRN)one-equation model, which is derived from an LRN two-equation(k-ε) model. The derivation of the transport equation, in principle, is based on the assumption that the turbulent structure parameter remains constant. However, the relation for the turbulent structure parameter a ₁(=|− |/k) is modified to account for near-wall turbulence. As a result, the present one-equation model contains a term which takes the near-wall limiting behavior explicitly into account. Thus, the present model provides the correct wall-limiting behavior of turbulence in the vicinity of the wall and can be applied to the analysis of heat transfer. The validity of the present model is tested in channel flows, boundary layer flows with and without pressure gradient, plane wall jet, and flow with separation and reattachment. The calculated results showed good agreement with the direct numerical simulation (DNS) and experimental data. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.     

Deposition of non-spherical microparticles in the human upper respiratory tract

We investigated the deposition pattern of microparticles with different particle diameters, shape factors, and initial flow conditions in a realistic human upper respiratory tract model. We identified a close relationship between the deposition fraction and the particle shape factor. The deposition fraction of the particles decreased sharply with increasing particle shape factor because of the decreasing drag force. We also found that the deposition varied at different positions in the upper respiratory tract. At low shape factors, the highest fraction of particles deposited at the mouth and pharynx. However, with increasing shape factor, the deposition fraction in the trachea and lungs increased. Moreover, for a given shape factor, larger particles deposited at the mouth and pharynx, which indicates that the deposition fraction of microparticles in the human upper respiratory tract is affected first and foremost by particle inertia as well as by the drag force.     

Modeling micro-particle deposition in human upper respiratory tract under steady inhalation

A representative human upper respiratory tract (URT) with idealized oral region and asymmetric tracheo-bronchial (TB) airway has been modeled, and laminar-to-turbulent airflow for typical inhalation modes as well as micro-particle transport and deposition has been simulated using CFX10.0 software from Ansys Inc. on a personal computer. The asymmetric TB airway could not be replaced by an extended straight tube as outlet of the oral region while investigating the tracheal airflow field and particle depositio...     

除尘管道内铝粉运移及沉积的数值研究

基于DPM(Discrete Phase Model)模型，研究了长直通风管道内粒径服从Rosin-Rammler 分布的铝粉的运移与沉积规律．基于颗粒与壁面的碰撞过程中的能量分析，建立了粉尘沉积-回弹模型，得出了粉尘沉积的判定准则及脱离壁面时的回弹速度．利用UDF 将沉积-回弹模型嵌入Fluent，完成了对管道内粉尘运移和沉积的数值模拟．粉尘沉积的数值结果与实验结果符合得较好，验证了所提模型的有效性．数值结果表明风速的增大使管道内粉尘浓度明显降低，管壁粉尘沉积率也降低；粒径的增大对粉尘浓度的大小影响不明显，主要影响粉尘浓度在管道内的分布情况，同时会增大粉尘在管壁的沉积率．     

模型燃烧室内瞬态紊流的大涡模拟

本文采用三种不同亚网格尺度模型对带有V型稳定器的模型燃烧室二维瞬态紊流流动进行了大涡模拟。并在交错网格系下用SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程。数值研究拟不同型式入口速度分布和不同亚网格尺度模型下模型燃烧室二维瞬态紊流流场。计算结果表明不同入口速度分布和不同亚网格尺度模型对瞬态流场和出口速度分布有一定的影响。本文通过数值模拟,揭示了V型稳定器后旋涡的产生和脱落过程。通过计算结果及实验数据的比较可知,本文采用的亚网格尺度模型可以用来模拟模型燃烧室紊流流场及稳定器后面回流区的流动情况。     

一种紊流润滑理论分析新方法—复合型紊流模式理论

在对主要用于高速轻载工况的常用紊理论进行简要分析和充分考察润滑流场的边界条件及内部结构的基础上，采用理论上比现有紊流润滑理论更为合理的复合型紊流模式理论，即在近壁区采用低紊流雷诺数的ｋ－ε模式，而在紊流核心区采用代数雷诺应力模式，对复杂流场的紊流润滑进行了分析，同时在计入惯性效应的情况下，推导出了一种适用于高压密封和高速重载轴承等计算，计算结果与实验数据十分吻合，验证了模型的有效性，可以应用于高压     

航空发动机轴承腔中油滴运动与沉积的特性分析

本文在获得轴承腔中气相介质流场的基础上,采用Lagrangian方法建立油滴在气相介质流场中运动的分析模型,通过瞬时步进法数值模拟油滴的运动过程,获得了油滴直径和旋转轴转速对油滴运动过程中的速度和轨迹影响的规律.基于获得的油滴与腔壁碰撞前的运动状态,以及结合油滴与腔壁的碰撞模型,实现了油滴直径和旋转轴转速对碰撞后油滴沉积率和动量转移率影响规律的分析.结果表明:油滴直径和旋转轴转速对油滴速度及轨迹,以及油滴沉积率及动量转移率都有很大影响,而且前者的影响更为明显.与国外同等条件下的试验结果对比表明,本文提出的油滴运动与沉积特性分析方法具有较好的可靠性和精度.碰撞前后油滴运动状态和沉积率及动量转移率的计算,为下一步油膜厚度和速度的计算,继而为轴承腔润滑设计和换热分析提供了初始条件.