后台阶分离流动中大涡结构演变的数值模拟

本文对后台阶分离流动中涡结构的演变进行了大涡模拟，研究了流场结构的变化规律。详细讨论了随着雷诺数的增加流场结构的典型特征的变化规律，指出流场中的涡结构随着雷诺数的增大变得十分复杂和丰富，回流区的数目、大小及其出现的位置也显著地不同。这些结果与已有的一些实验值和流场显示结果是吻合的。在此基础上，进一步研究了高雷诺数时流场中大尺度涡结构的瞬时发展和演化过程，展示了其中大涡的产生、追随、吸引、合并和破碎等过程。对于高雷诺数情况，对大涡模拟得到的数值结果进行了统计，得到的时均速度分布以及台阶后方的回流区长度与现有的其他实验结果符合得很好。本研究是针对后台阶分离流动深入开展湍流控制以及两相流动研究的基础。     

方型散流器空调室内空气流动的数值模拟

用N点风口动量模型和一个新零方程湍流模型对某办公室方型散流器空调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快速地将方型散流器空调通风的温度和速度场合理地模拟出来,可用于指导和优化同类空调通风气流组织设计.     

后台阶流动的数值模拟

访述了大涡模拟的基本思想，指出大涡模拟的效率主要取决于四个因素，即流动中须有大尺度涡存在、合理的计算格式、合适的滤波器和亚格子应力模型。在深入考虑粘性不可压缩流Navier—Stokes方程各个子项作用的基础上，提出二阶全展开Euler—Taylor—Galerkin有限元方法作为大涡模拟的离散格式，并采用Gauss滤波器，对典型算例——后台阶处的流动进行大涡模拟，计算结果与相关文献符合的很好。从计算结果还可以看出大涡模拟与二阶全展开ETG有限元方法的结合在捕捉涡系及反映涡动时变过程方面具有明显的优势，说明大涡模拟适合于边界几何形状复杂区域流动的模拟。同时应用二阶全展开ETG有限元方法对低雷诺数粘性不可压缩后台阶流动进行了计算，得到与相关文献符合良好的计算结果，即该方法也可独立用于对低雷诺数粘性不可压缩流动的计算。     

钝锥三维粘性绕流背风面分离的数值模拟

本文将作者在文献[1]中提出的方法推广应用于求解三维可压缩 N-S 方程和简化 N-S 方程,并对近似因式分解法应用于三维问题的稳定性进行了分析。指出,对二维问题原无条件稳定的格式,经近似因式分解后仍是无条件稳定的;对于三维问题,原无条件稳定的格式经普通近似因式分解后所得到的格式可能是不稳定的或条件稳定的。利用系数矩阵分裂法所得到的近似因式分解格式可仍是无条件稳定的,只要适当加大分裂后的系数反差即可。 文中给出了钝锥超音速三维粘性绕流结果。得到了背风面分离的流动图像,物面压力值与实验值吻合。     

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。     

棱柱绕流流动的数值模拟

利用数值方法对长宽比为1／3, 1和3的棱柱绕流在雷诺数为100的非稳态流动特性进行了分析和研究。采用有限体积法对棱柱绕流的二维流动N-S方程进行离散求解,分析和研究了非稳态的棱柱绕流流场,升力系数,阻力系数和涡动特性,数值模拟的结果与相关文献的数据比较吻合。通过上述研究能够为了解棱柱绕流的非稳态流动特性提供有力的帮助。而对棱柱三维流动的模拟分析和对雷诺数的变化对棱柱流动特性的影响进行研究,将为掌握棱柱绕流的工程特性打下基础。     

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.      

环形通道内湍流旋流流动的数值模拟

本文应用一种考虑湍流－旋流相互作用及湍流脉动各向异性的新的代数Ｒｅｙｎｏｌｄｓ应力模型,对环形通道内的湍流旋流流动进行了数值模拟,研究了改主为旋流流数,进口轴向速度及半径比等参数对环形通道内湍流流动的影响,以及对强化环形通道内传热的作用。     

三角翼上分离及涡流的数值模拟

综述了三角翼(包括双三角翼,边条-三角翼,近距耦合鸭翼)上分离及涡流问题的数值模拟进展,介绍了用Euler方程、N-S方程的数值方法模拟不同三角翼,在不同攻角、不同来流M数等多种条件下的复杂涡流形态和流动结构,研究了控制方程、网格、湍流模型和计算方法等对计算结果的影响。      

数值耗散对压气机流动分离涡模拟的影响研究

分离涡模拟DES是压气机流动模拟中常用的高保真湍流模式。为了使DES准确解析湍流,数值耗散必须限制在合理范围内。然而,当前的压气机流动DES类研究工作中仍然普遍采用高耗散的迎风格式。本文首先基于DES类方法计算的各向同性衰减湍流结果,定量比较了多种不同数值格式的耗散,证实了高耗散迎风格式严重低估中高波数湍流能量。高阶重构格式可以一定程度上改善该问题,但能量耗散仍然过高。本文在高阶重构的基础上,进一步引入自适应耗散函数修改Riemann求解器,构造了自适应耗散格式。该格式在全波数范围都能准确地预测湍流能谱。将该格式配合DES类方法模拟跨声速离心压气机流动,其预测的压比相比于三阶迎风格式,更加接近实验结果。此外,自适应耗散格式显著提高了中小尺度流动结构的分辨率。分析表明,在使用DES类方法模拟压气机流动时,有必要采用数值耗散较低的离散格式,以准确预测压气机总体性能和流动结构。本文构造的自适应耗散格式是一种良好选择。     

TRANSIENT SIMULATION OF INTERNAL SEPARATED FLOWS USING AN INTELLIGENT HIGHER-ORDER SPATIAL DISCRETIZATION SCHEME

This paper summarizes the method-of-lines (MOL) solution of the Navier–Stokes equations for an impulsively started incompressible laminar flow in a circular pipe with a sudden expansion. An intelligent higher-order spatial discretization scheme, which chooses upwind or downwind discretization in a zone-of-dependence manner when flow reversal occurs, was developed for separated flows. Stability characteristics of a linear advective–diffusive equation were examined to depict the necessity of such a scheme in the case of flow reversals. The proposed code was applied to predict the time development of an impulsively started flow in a pipe with a sudden expansion. Predictions were found to show the expected trends for both unsteady and steady states. This paper demonstrates the ease with which the Navier–Stokes equations can be solved in an accurate manner using sophisticated numerical algorithms for the solution of ordinary differential equations (ODEs). Solutions of the Navier–Stokes equations in primitive variables formulation by using the MOL and intelligent higher-order spatial discretization scheme are not available to date. © 1997 by John Wiley & Sons, Ltd.     

NUMERICAL SIMULATION OF SWIRLING FLOWS IN OXIDATION REACTORS FOR TiO2 MANUFACTURE

The oxidation reactor plays a key role in producing rutile titanium dioxide （TiO2） from vapor-phase titanium tetrachloride （TiCl4） by employing a swirling flow operation for enhanced gas mixing. This work aims to understand the effect of reactor configuration on the 3-D swirling flow field using computational fluid dynamics （CFD） simulation. Considering the anisotropic turbulence involved, the Reynolds stress model is applied to describe the complex swirling flow together with the cross-flow mixing of gases. The results show significant effect of the flow angle between the wall jet of air stream （representing TiCl4 in practice） and the axial direction on the initial flow field of cross-flow mixing, where 60° gives smooth profiles of axial velocity development while 90° may provide the fastest mixing between the jet and the axial bulk flow. The pipe shape for the reaction and developing zone, i.e., straight, expanding and shrinking, shows slight influence on the hydrodynamics.     

声门下喉气管狭窄分度的数值模拟分析

根据真实人体喉气管CT影像数据构建了声门下喉气管狭窄的气道模型,并对这些模型进行了吸气条件下的计算流体力学仿真。分析比较了不同狭窄分度模型内的流场特征、不同喉气管部段的阻力特性以及喉气管壁面的压力与切应力分布,并对这些特性与临床病患表象的关联性进行了讨论。分析表明声门下喉气管狭窄分度与狭窄导致的呼吸道阻力变化具有良好的关联性,此外,喉气管狭窄处压力及剪应力效应对病程的影响也需要关注。

     

返回舱三维高超声速绕流及近尾迹流场数值模拟

为使返回舱安全、稳定、可靠地飞行，准确地计算其周围的复杂绕流流场，对飞船的初步设计是十分必要的。用Ｈａｒｔｅｎ－Ｙｅｅ的二阶迎风ＴＶＤ有限差分格式求解薄层Ｎ－Ｓ方程，模拟了返回舱三维高超声速流场，Ｍ＿∞＝７．３５，Ｒｅ＿∞＝７．５×１０￣５，α＝１０°、２０°。给出了详细的绕流结构，不同攻角、不同子午面上的物面压力分布与Ｍｏｓｅｌｅｙ和ｗｅｌｌｓ的实验数据进行了比较，符合较好。通过分析表明，在一定的攻角下，倒锥体上低压区压力的计算精度，对力矩系数及压心位置仍有明显的影响。     

纤维悬浮液搅拌流动的数值模拟

由于缺乏适当的本构方程，对纤维悬浮液流动的研究一直局限于纤维的牛顿流体悬浮液。本文采用ＭＵＣＭ模型对作者最近提出的纤维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体悬浮液的本构方程作了改进，并对锚式桨搅拌槽的二维Ｏｌｄｒｏｙｄ－Ｂ流体和牛顿流体纤维悬浮液搅拌流动作了数值模拟。模拟的结果表明，本文所用的模型和方法能有效地抑制过大局部应力的影响并合理地处理流体的记忆效应。     

简单剪切流动中转捩的低维模式与数值模拟

回顾了过去10年在壁湍流和自 由剪切流转捩问题的数值研究中取得的重要进展, 介绍了数值方法和模式研究方面 的进展, 以及由此带来的关于转捩理论认识上的进展. 对于壁面流动, 文中主要介 绍了渐进稳定流动中``跨越(bypass)转捩'研究中的各种观点. 本文也简要介绍了 对感受性和转捩控制方面的研究.     

内燃机气缸内湍流流动的数值模拟

本文基于快速压缩假设,对不可压流的标准κ-ε的双方程湍流模型进行了压缩性修正。8方程增添了两项,其系数C_3,C_4的取值根据压缩方式的空间维数确定。同时引入Richardcon来修正系数C_2,以考虑旋流影响。将此模型应用于内燃机气缸内压缩过程。计算结果表明,本模型能预测湍流参数,特别是湍流尺度的变化规律并与实验基本吻合。