大涡模拟在内燃机中应用的研究进展

大涡模拟 能够以比较合理的计算成本, 提供更多详细的湍流信息, 故近年来已经广泛地应用于科学和工程领域, 并也成为内燃机缸内湍流流动与燃烧过程模拟计算的最有潜力的数值方法.综合现有研究成果, 对内燃机中大涡模拟的研究进展和模拟方法进行了比较全面的评述.介绍了大涡模拟的基本概念、方法、亚网格模型,着重讨论了内燃机缸内冷态流场、燃油喷雾过程以及两相液雾湍流燃烧大涡模拟的国内外研究进展.最后论述了大涡模拟在内燃机应用中当前需要解决的问题及其发展趋势.     

置换通风的数值模拟

首先介绍了用于数值模拟置换通风室内空气分布的N点风口模型、新零方程湍流模型，以简化和加快实际工程中对置换通风的模拟计算。然后利用这些模型对某办公室置换通风的室内温度场和速度场进行了模拟，并和实验数据进行对比。结果表明，计算所得速度和温度分布与实测值吻合得很好，所用的风口模型和湍流模型能将置换通风的温度分层特性和速度场合理地模拟出来，可用于指导和优化置换通风气流组织设计。     

用基于M-SST模型的DES数值模拟喷流流场

脱体涡数值模拟方法(dettached eddy simulation,DES)是把雷诺平均Navier-Stokes方程(RANS)方法及大涡模拟方法(LES)结合起来模拟有脱体涡的湍流流场的数值模拟方法,其主要思想是在物面附近解雷诺平均Navier-Stokes方程、在其他区域采用Smagorinski大涡模拟方法。本文在剪切应力传输(SST)湍流模型的基础上用DES及混合非结构网格数值模拟具有横向喷流的湍流流场,算法采用Osher逆风格式,利用该套程序(包括网格生成及算法),对导弹在不同马赫数下的喷流流场进行了数值模拟,并与同时开展的实验研究的结果进行了对比,结果表明用该方法处理这类问题是较准确的。     

高阶矩湍流模型研究进展及挑战

高阶矩模型是湍流模式理论研究中的难点和前沿.自周培源先生首次建立一般湍流的雷诺应力输运方程起,为了更精确的预测复杂流动,人们从未间断过对高阶矩模型的研究.尤其进入新世纪以来,随着计算机硬件水平的飞跃和高精度数值算法的突破,湍流模拟方法正由RANS向LES转变.而无论对于RANS框架、LES框架还是两者混合,高阶矩模式都...     

基于人工神经网络的湍流大涡模拟方法

大涡模拟方法(LES)是研究复杂湍流问题的重要工具,在航空航天、湍流燃烧、气动声学、大气边界层等众多工程领域中具有广泛的应用前景.大涡模拟方法采用粗网格计算大尺度上的湍流结构,并用亚格子(SGS)模型近似表达滤波尺度以下的流动结构对大尺度流场的作用.传统的亚格子模型由于只利用了单点流场信息和简单的函数关系,在先验验证中相对误差较大, 在后验验证中耗散过强. 近几年来,机器学习方法在湍流建模问题中得到了越来越多的应用.本文介绍了基于人工神经网络(ANN)的湍流亚格子模型的最新进展.详细地讨论了人工神经网络混合模型、空间人工神经网络模型和反卷积人工神经网络模型的构造方法.借助于人工神经网络强大的数据插值能力,新的亚格子模型的先验精度和后验精度均有显著提升. 在先验验证中,新模型所预测的亚格子应力的相关系数超过了0.99,在预测精度上远高于传统的大涡模拟模型. 在后验验证中,新模型对各类湍流统计量和瞬态流动结构的预测都优于隐式大涡模拟方法、动态Smagorinsky模型、动态混合模型等传统模型.因此, 人工神经网络方法在发展复杂湍流的先进大涡模拟模型中具有很大的潜力.      

基于人工神经网络的湍流大涡模拟方法

大涡模拟方法(LES)是研究复杂湍流问题的重要工具,在航空航天、湍流燃烧、气动声学、大气边界层等众多工程领域中具有广泛的应用前景.大涡模拟方法采用粗网格计算大尺度上的湍流结构,并用亚格子(SGS)模型近似表达滤波尺度以下的流动结构对大尺度流场的作用.传统的亚格子模型由于只利用了单点流场信息和简单的函数关系,在先验验证中...     

风口区空气流动的有限元模拟与实验研究

通风和空调出风口的射流特性主要取决于出风口截面之前的一段管道内的流动状况,研究送风口的射流偏转特性有重要实用价值.应用湍流大涡模拟技术结合Taylor-Galerkin有限单元法对工程中常见工况下的风口区管道内的三维流场进行了数值模拟和实验研究,数值计算结果与实验结果符合较好.表明湍流大涡模拟方法适合于边界形状复杂,存在各向异性的大尺度涡的内流情况,能可靠地预报风口区空气流动的射流偏转特性.     

第一届国际直接数值模拟和大涡模拟会议介绍

第一届国际直接数值模拟和大涡模拟会议(AFOSR International Conference on DNS/LES)是由美国空军科学研究部(AFOSR)资助组织的国际会议. 会议于1997年8月4日至8日由美国路易斯安那技术大学主办, 在路易斯安那州罗斯顿市举行. 来自17个国家的90余人参加会议. 会议交流论文73篇, 其中大会报告14篇. 我国学者提交论文4篇, 张兆顺应邀在大会上作了“近壁湍流的流型和湍能耗散”的报告.      

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。     

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。     

计算地球物理流体力学中的非线性不稳定问题(续)

四、算子差分方程和谱方法的非线性稳定问题§10 计算稳定性和能量守恒性与算子非负性的关系本节引进算子方程,并推广§6和§8的一些结果。对于非定常流体力学方程,往往都可以化为如下形式的“发展方程”:其中F=F(x,t)是待求函数,是一个非线性算子,X=X(x_1,…,x_k)是空间坐标,k是空间维数,t是时间坐标。例如,对于正压原始方程     

计算流体力学线上线下混合式课程改革的探讨

针对新冠疫情的特殊时期需求,以及数字化发展之大趋势,线上线下混合式课程改革与实践受到越来越多的关注。本文主要探讨了计算流体力学（computational fluid dynamics, CFD）的线上线下混合式课程改革与实践方法,提出线下理论教学、线上案例教学、线上线下混合式课堂的改革方法。同时,引入课程思政元素,潜移默化地激发学生爱国热情和民族精神,鼓励学生利用CFD解决卡脖子难题,实现专业知识、工程应用、国家发展的统一。

     

计算流体力学中的验证与确认

计算流体力学(CFD)在航空航天等诸多领域的应用越来越广泛.特别是近年来, CFD在实际飞行器的设计中扮演着越来越重要的角色, 许多设计参数直接来源于CFD的计算结果.由此, 飞行器设计师对CFD提供结果的可信度提出了更高的要求.验证(verification)与确认(validation)是评价数值解精度和可信度的主要手段.本文综述了国内外开展CFD验证与确认研究的进展.在引言中论述了开展CFD验证与确认的重要性和必要性, 简述了国内外CFD验证与确认研究的历史和发展现状.第2节中讨论了CFD验证与确认的一些基本概念,以及这些概念定义的形成过程, 并指出了进行CFD验证与确认的基本步骤.第3节和第4节分别讨论了CFD验证与确认的方法, 如CFD验证中的精确解比较方法, 制造解比较方法, 网格收敛性研究;CFD确认中的层次结构, 流动分类法, 确认实验指南.在第5节中我们列举了几个CFD验证与确认的应用实例.最后, 对我国开展CFD验证与确认研究工作提出了若干建议, 包括:(1)开展流动分类法研究,(2)推行软件质量工程方法,(3)开展规范精细的实验, 建立国内的网络数据库.      

数值模拟方法在体液流动研究中的应用与展望

计算流体力学的数值模拟技术产生于20世纪60年代,现已成功地应用到众多科学研究与工程设计领域. 从20世纪80年代开始,虽已有不少研究工作开始利用CFD方法与计算机技术对人体的血流、气管中的气流、胆汁流等流动进行数值模拟与分析,但并没有与器官功能分析和病理分析及临床应用紧密联系. 近十几年来,这方面的工作已经取得了长足的进步和发展,模拟出了譬如脑血管、颈动脉、心血管等复杂血管流动,甚至整个肺泡的活动,得到了非常有病理意义和临床价值的图像.本文介绍和评述计算人体流体动力学的历史,发展和已经取得的成果.      

近海水域海洋流体动力学方程的数值模拟

近海水域海洋流体动力学方程数值模拟的研究,最早可追溯到1919年Defant的工作,50年代末开始得到蓬勃发展。60年代和70年代主要发展二维全流模式。现在对于二维全流模式数值模拟的研究应该说是相当完善的,不仅有系统的理论,提出了许多有效的方法,而且广泛地应用于诸如潮汐环流、风暴潮等的工程和预报的实际计算。三维模式是70年代开始发展的,近10年来发展很快。三维模式比较起二维模式来,其数值模拟自然要困难许多。这引起了研究者广泛的兴趣。现在三维模式的数值模拟,虽然提出的方法很多,也已有了不少成果,但研究工作仍是方兴未艾。      

计算流体力学在炼钢中的应用和发展

介绍了计算流体力学应用到炼钢过程中所面临的边界条件和材料物性数据等问题．并着重评述了钢包精炼和连铸结晶器过程中流动及相关现象研究概况,指出炼钢过程中数值模拟的目标不是获得描述某给定过程的精确数值,而是获取过程知识,特别是获取实验无法得到的信息．数值模拟不能代替实验,相反是扩大实验的内容．将来的炼钢过程数值模拟工作将面临更复杂的三维、时间相关的多相反应系统或气金渣等自由表面问题的挑战．      

离散系统计算动力学现状

近10多年来离散系统计算动力学(或称系统动力学的计算方法)在国外发展迅速,本文综述了这个领域国外发展的现状,介绍了计算动力学的任务和研究内容。      

空投问题两种动力学方法的等价性研究

定义了空投系统的两个元素,即“载机”和“装载物”。介绍了用来研究空投问题的两种动力学建模方法,即“整体法”和“多体法”。证明了两种方法对于平动动力学是等价的,但对于转动动力学是不等价的,原因是整体法并非总是存在的。     

EQUIVALENCE OF TWO METHODS FOR AIRDROP DYNAMICS

定义了空投系统的两个元素,即“载机”和“装载物”。介绍了用来研究空投问题的两种动力学建模方法,即“整体法”和“多体法”。证明了两种方法对于平动动力学是等价的,但对于转动动力学是不等价的,原因是整体法并非总是存在的。     

流体动力学数值计算中两种自由面格式的比较

Ｒｉｃｈｔｍｙｅｒ等指出,流体动力学数值计算中的自由面条件可取为或两种形式,对这两种自由面条件进行了比较和分析。结果表明,前一种自由面条件对凝聚态和气态物质都是适用的,但后者只对凝聚态物质适用,用于气态物质时,误差较大。