流场自适应叉树网格数值模拟三维复杂超声速流场

建立了基于分区结构网格的三维贴体叉树形网格的数据结构,并阐述了在此基础上进行自适应分裂/合并判别方法.为节省网格量和保证流场结构捕捉质量,提出对自适应程度进行区域性控制,以及对流场结构进行"保护"性预加密的优化方式.通过应用该网格对三维复杂超声速流场算例的计算,证明该方法对网格加密控制方便,对流场结构分辨率高.     

一种基于预估-修正策略的非定常流网格自适应加密/稀疏方法

给出一种非定常流动数值模拟的网格自适应处理方法.在"求解流动方程-自适应调整网格"的流程中,引入预估-修正步.根据自适应周期内每个时间步上的流场预估解,计算单元上的事后误差估算值.建立考虑解演变的网格自适应指示器,并进行多层次单元加密-稀疏的动态网格自适应处理.在自适应网格上重新计算流场.每个自适应周期中,流动演变区域的网格获得加密;而前一个周期中的特征现象已离开区域的网格被稀疏.应用边界非协调的当地DFD(Domain-Free Discretization)方法求解流动方程.为验证网格自适应处理方法,针对静止圆柱和自推进游鱼的流动进行了数值实验.     

SPH核函数光滑长度最优选取和自适应准则研究

基于小波分析理论和RKPM再生核函数研究无网格方法SPH中多尺度诊断工具,多尺度再生核函数使得数值计算在不同尺度上的响应分离,并通过动态伸缩窗函数给出计算域不同位置的时频特性,实现在无网格体系下构造网格计算方法的“自适应网格”,从而达到对不同流场位置多分辨率分析的目的.利用多尺度诊断工具中的小波分解算法给出SPH核函数在频域内能量残差估计,发展一种核函数光滑长度最优选取准则.最后,基于可压缩流场激波稀疏波共存的现象,针对传统的光滑长度自适应的缺陷,构造一种避免数值计算“拖尾”现象的自适应准则.     

多介质流界面高精度自适应欧拉算法

采用欧拉网格自适应算法捕捉多介质流界面,获得了高精度界面特征,对不同物质引入不同位标函数跟踪界面运动,将位标函数方程与流体动力学方程非耦合求解,在笛卡尔坐标系中运用二阶精度有限体积算法,在保持流场守恒条件下,采用多层网格级对笛卡尔网格嵌套细化,实现了多介质流物质界面的高精度自适应跟踪.方法逻辑简单,大大节省了CPU时间,且能够对局部参数急剧变化的流场(如激波)进行自适应跟踪.     

Euler及N-S方程的二维四边形/叉树混合网格自适应算法

描述了一种基于直角叉树网格的Euler和N-S方程自适应算法.由于考虑了粘性的作用,提出并使用了四边形叉树混合网格的方法,在几何表面附近生成贴体的四边形网格,外流场使用直角叉树网格.采用中心有限体积法,对Euler及N-S方程进行数值求解,对N-S方程的计算中加入了B-L代数湍流模型.在流场中,运用了网格自适应算法,提高了数值计算对激波、流动分离等特性的捕捉和分辨能力.采用上述方法,数值分析了单段和多段翼型的绕流问题.     

湍流燃烧自适应求解技术在低排放燃烧室计算中的应用

基于各向异性非结构网格生成技术, 开发了面向复杂几何和复杂湍流燃烧问题的自适应求解算法, 并进行了程序代码的可靠性验证工作, 展示了各向异性网格自适应算法在降低问题求解规模、提高火焰面和流场计算精度等方面的优势.应用该自适应求解技术准确捕捉到了一维预混层流火焰、二维对冲火焰和三维本生灯湍流火焰的流场信息, 火焰面附近的温度、速度、组分等物理量与实验值吻合很好.对一款富油-快速混合-贫油(rich-burn, quick-mix, lean-burn, RQL)低排放发动机燃烧室进行了计算分析, 发现了燃烧室内的热声不稳定现象.      

基于约束Delaunay三角化的二维非结构网格生成方法

给出基于局部重构和边交换技术的两种约束Delaunay三角剖分方法并证明其收敛性.采用边界指示法恢复流场形状;在预设尺度的指导下融合流场边界曲率、中轴线、梯度限制等信息修正流场尺度;运用Spring方法布置边界点,通过符号面积函数和概率筛选法布置计算区域节点;运用Spring-Laplace方法优化节点位置,伴同边交换和边吞噬技术优化网格结构.该方法可自由进行局部自适应加密或稀疏,并应用于映射曲面网格生成和移动网格技术.     

含运动物体流场计算的自适应非结构二维网格生成方法

采用自动插点的Delaunay方法和局部网格重新生成方法,对含运动边界自适应非结构二维网格生成方法进行了系统研究,实现了带有非定常运动物体流场的数值计算,并进行了数值实验.     

点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程数值模拟

为满足分层掺杂点火内爆靶辐射驱动不对称性全过程物理分析的需求,在激光聚变二维总体程序LARED集成上发展了辐射输运建模下的多介质ALE方法-RTALE(Radiative Transfer Arbitrary-Lagrangian-Eulerian)。为提高多介质ALE方法的健壮性,发展了驰豫网格重构算法,该重构算法生成的新网格能自适应流场的变化。数值模拟了激波与气柱相互作用的RM不稳定性实验,模拟的气泡变形程度与试验结果基本一致,其中驰豫网格重构算法中的驰豫因子能够很好地反映流场密度梯度。基于辐射多群输运建模的LARED集成程序能够完整模拟辐射驱动不对称性条件下掺杂点火靶二维内爆过程,克服了传统ALE方法计算不下去和算不好的困难,界面变形程度也符合物理分析。     

气相爆轰高阶中心差分-WENO组合格式自适应网格方法

研究一种高阶中心差分-WENO组合格式,并采用自适应网格方法进行二维和三维气相爆轰波的数值模拟.采用ZND爆轰模型的控制方程为包含化学反应源项的Euler方程组.组合格式在大梯度区采用WENO格式捕捉间断,在光滑区采用高阶中心差分格式提高计算效率.采用一种基于流场结构特征的自适应网格.计算结果,表明这种方法同时具有高精度、高分辨率和高效率的特点.     

DG方法求解可压缩气固两相流动

给出求解双向耦合可压缩气固两相流的间断有限元方法,对所得到的气固两相流方程组不需要采用分裂的方法离散,对气相、颗粒相方程及其对流部分和源项可以统一处理,两相都采用基于近似Riemann解的数值通量.数值模拟低压含尘激波管内的两相非平衡流动,并与平衡流、冻结流的结果进行比较.分析颗粒相的存在对气体运动的影响,及激波后松弛区域内两相间相互作用规律.发现颗粒质量比决定两相平衡后的最终状态,而颗粒直径决定两相流从非平衡到平衡的过渡过程,即不同尺寸颗粒对应的驰豫时间、松弛距离不同.结果表明：本文提出的计算方法对求解可压缩气固两相流是可行的,为研究复杂的气固两相流动问题奠定了基础.     

鼓泡床内气固两相流的变尺度格子气模拟

基于格子气自动机的建模思想,建立气固两相流的变尺度格子气模型,用微观层次的气固作用规则描述两相流的宏观行为.二维流场空间被离散成两层不同尺度的正六边形网格,固体颗粒和气体粒子分别在各自的网格上运动;在格子气自动机基本规则基础上设计气固相作用规则和附加演化规则;确定模型宏观物理量的统计计算方法,并根据相似原理建立模型物理量与真实物理量之间的转换关系.用建立的模型对鼓泡床内气固流动行为进行模拟,通过比较发现,变尺度格子气模型的模拟结果与文献中的实验结果和双流体模型的模拟结果吻合较好,且平均相对误差更小,表明建模方法的正确性和模型的有效性.     

工业中粉体颗粒的荷电机理及数值模拟方法

工业过程中粉体颗粒不可避免地会相互摩擦碰撞而荷电. 荷电颗粒的存在可能会危害正常的工业生产过程, 也可能对工业过程起促进作用. 因此, 荷电粉体颗粒及其特性受到了广泛的关注, 但目前对粉体颗粒的荷电机理依然缺乏透彻的了解, 尤其是在气固两相流动中的粉体颗粒荷电现象. 事实上, 工业中存在的粉体颗粒的运动都受到流体的影响, 是典型的气固两相流系统, 流体对粉体颗粒的作用使粉体颗粒接触的荷电现象变得更为复杂, 因此从两相流动的观点来研究粉体颗粒荷电的物理本质就显得越来越重要. 本文介绍了工业过程中的几种不同类型的粉体颗粒荷电行为, 回顾了颗粒的荷电机理与描述颗粒荷电的数学模型. 对于工业过程中颗粒的荷电现象及颗粒在多相流体中的动力学行为, 介绍了研究颗粒受流体影响时荷电特性的数值模拟方法. 本文旨在对粉体颗粒的荷电机理、应用以及研究方法进行梳理与探讨, 为正确认识工业过程中粉体颗粒的荷电现象并加以控制利用提供理论借鉴.     

气固两相三维圆柱绕流的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气周两相三维圆柱绕流的涡量场和颗粒扩散,并着重讨论了圆柱绕流中卡门涡街的形成和涡结构的转捩过程。同时分析了圆柱绕流中不同Stokes数的颗粒在涡结构作用下的横向扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0．01的颗粒在涡结构的作用下,在流场中充分混合。     

风沙运动的电场-流场耦合模型及气固两相流数值模拟

沙尘暴和尘卷风等风沙运动的静电场是空气流场中沙粒间的碰撞摩擦带电及沙粒粒径的分层效应引起的, 本文耦合沙粒摩擦荷电模型和风沙运动气固两相流模型, 提出了离散单元法与计算流体动力学结合的数值方法. 数值模拟计算表明电荷呈中性的沙粒临界直径为300 μm; 在充分发展的水平风沙流中, 细小的沙粒带负电, 较大直径的沙粒带正电, 所模拟的沙粒带电的荷质比及水平风洞试验段的电场强度与实验测量值一致, 验证了风沙运动的电场-流场耦合模型及数值计算方法的合理性. 本文基于沙粒摩擦荷电机理的风沙运动气固两相流模型提供了理解风沙运动静电场产生的一种物理机理.     

颗粒湍流扩散的数值模拟

1引言颗粒湍流扩散是气固两相流中的一个重要的研究课题,近年来,国外有大量文献报道这方面的工作。因为颗粒的湍流扩散的研究的一个基本问题就是湍流的描述,它一方面可以来检验湍流描述的正确性;另一方面,该问题是气固两相流理论中,特别是颗粒群轨道模型中一个难点。描述湍流大体上可分为两种方法。一是直接数值模拟方法（DNS）,J．B．Mclaughlin对管流内颗粒沉降的研究就基于直接数值模拟山,K．D．squires和J．K．Eaton对颗粒扩散的研究也基于DNS［2］,DNS一般只适用于低Reynolds数。另一方面,用随机方法来模拟湍流,该…     

非正交贴体网格体系模拟炉内燃烧过程

开发了贴体曲线坐标系下煤粉燃烧全过程模拟程序,可在任意3-d贴体曲线坐标系下进行炉内气固流动,化学反应和辐射传热等完整的燃烧过程模拟。对某台670 t/h锅炉,采用了一种新的贴体曲线网格体系,其一族网格线从燃烧器喷口向外呈放射状展开,最外侧贴于炉膛壁面,燃烧器以上网格线扭转角度逐渐变化,至炉膛上部与壁面平行。计算结果与采用常规直角网格体系的结果相比,伪扩散误差明显减小,燃烧参数分布趋势接近实际分布。     

炉内喷钙脱硫过程数值模拟

建立了一套较为完整的对炉内喷钙脱硫过程进行模拟的方法，获得了炉内气固两相流动、温度分布、石灰石颗粒脱硫化学反应和SO2浓度分布的详细情况。石灰石颗粒的硫化反应主要发生在颗粒与烟气均匀混合之前。     

气固两相平面混合层的直接数值模拟

本文采用直接数值模拟(DNS)方法研究了气固两相混合层的涡量场和颗粒扩散,分析了湍流混合层中涡结构的卷起和配对过程,并讨论了大尺度涡结构的配对过程对平均速度、雷诺应力的影响。同时分析了混合层中不同Stokes数的颗粒在涡结构的作用下的混合和扩散。结果显示Stokes数为1的颗粒主要分布在流场大尺度涡结构的外边界,而Stokes数为0.01在涡结构的作用下,在流场中充分混合。     

高雷诺数气固湍流射流的直接数值模拟

本文对流动雷诺数 Re=5990的空间发展的气固两相湍流射流进行了直接数值模拟。其中对流场的求解采用具有四阶精度的紧致差分格式,对颗粒场的跟踪采用拉格朗日方法。结果表明,湍流拟序结构逐渐由对称模式发展到非对称模式;较小 Stokes 数的颗粒在流场中均匀分布,较大 Stokes 数的颗粒沿横向没有明显的扩散,而 Stokes 数为 1的量级的颗粒则大量聚集在大涡结构的外围。