狭窄流域内气泡破裂现象数值模拟

基于边界积分法建立狭窄流域内气泡破裂数值模型,开发相应的计算程序,分别模拟对称破裂与非对称破裂两类典型工况并与相应实验结果进行对比,计算值与实验值吻合很好,表明三维数值模型的有效性．从狭窄流域内气泡运动的基本现象入手,基于开发的程序系统地研究气泡的对称破裂与非对称破裂,在已有数值研究成果和实验数据基础上,提出气泡破裂的可行性准则,研究分裂后子气泡的动力学特性,并分析距离参数对气泡破裂特性及子气泡动力学行为的影响,总结相应规律,旨在为相关气泡破裂特性研究提供参考．     

水下爆炸异相气泡动力学特性的Euler有限元数值模拟研究北大核心CSCD

该研究基于Euler有限元方法建立了水下爆炸异相气泡动力学模型,将计算结果和气泡统一理论以及异相爆炸试验进行对比验证计算模型的有效性.通过和自由场单气泡进行对比分析,发现异相爆炸冲击波对气泡做功是异相爆炸气泡总能量增加的原因,相位差绝对值越接近π、距离参数越小气泡总能量损失越少,后产生的气泡会使先产生的气泡提前坍缩.气泡的射流方向受相位差影响,相位差为零时产生对向射流,其他相位差产生反向射流.     

漩涡合并过程中颗粒运动的数值模拟

漩涡合并不仅影响着流场的演化,还制约着颗粒相的运动．基于涡团分裂合并机制,以一种改进的涡核扩散方法(CCSVM)计算了二相流中的漩涡合并与演化,在此基础上采用单颗粒轨道模型计算、分析了漩涡合并过程中的颗粒运动轨迹．研究结果表明:漩涡合并过程中的颗粒轨迹是一条螺旋线,并且保持与漩涡相同的旋转方向,合并后的漩涡中心即为达到稳定状态后的环状颗粒群中心;合并时间与环量初始值、漩涡半径与涡心距比值的初始值有关;特定条件下,颗粒群中会生成一条拉伸的尾迹,尾迹的产生与黏度系数、颗粒与漩涡的相对位置、合并漩涡环量的不对称性有关．     

壁面结构对三维可压缩气泡群影响的数值模拟研究

基于流体体积(VOF)法追踪自由液面,研究了壁面结构对三维可压缩气泡群流动的影响.通过在待测壁面上设置不同形状的壁面结构(长方体、椭球体和圆锥体)并改变它们各自的几何参数(位置和长度),来研究壁面结构对壁面附近的气泡群流动的影响,该影响表现为气泡群对壁面的空间平均压力.研究发现,壁面结构对气泡群的拓扑结构的影响会造成壁...     

非牛顿流体中气泡过程的数值模拟

本文通过对有限区域内不同流体介质(如Carreau流体、Maxwell流体)下的淹没喷嘴产生的气泡生长过程的数值模拟,成功地求解了集气泡的非球性、流体流变性的复杂性以及流场本身的复杂于一身的典型流动问题,并探讨了流体的流变性、物性参数、外部条件对气泡过程的影响机理。     

多股射流水垫塘三元流动数值模拟及消能

对多股淹没射流作用下的水垫塘二元流动进行了三维全椭圆型紊流数值模拟,并根据实测结果对部分常用紊流模型系数进行了修正。文中分析讨论了多股射流入塘后的水流结构及消能机理;研究表明,由于多股射流扩散迅速、能耗增加和全方位“动水垫”效应,使其在充分发挥水垫塘的消能作用、提高消能率和降低壁面动水压力及冲刷等方面明显优于单股射流.     

矿区土壤中含水率及重金属迁移转化的数值模拟

本文基于由连续性方程和达西定律所推出的土壤中水分运动基本方程,以一维垂向水分方程为研究对象,构造稳定收敛的有限差分格式,运用MATLAB数学工具,对地面饱水情况下土壤水分运动的一维垂向方程进行了数值模拟,得到了土壤中水分的迁移规律;同时,综合考虑对流扩散作用以及土壤对重金属的吸附解吸作用,利用非饱和土壤中重金属离子迁移转化模型,对锌离子在矿区土壤中的迁移转化进行了数值模拟,展示了锌离子在矿区土壤中的浓度分布规律．     

堆浸工艺中流动-反应-变形-传质耦合过程数值模拟及应用

基于堆浸过程中的孔隙变形,发展了一孔隙发育模型,并建立了堆浸工艺中流动-反应-变形-传质全耦合模型控制方程组,在喷淋强度不变和常水头的的情况下,给出了方程的数值解.数值结果描述了浸出过程矿堆中溶浸液饱和度的分布、溶浸剂浓度和浸出矿石浓度的分布,拟合结果表明:有用矿物浸出百分比与浸出时间之间呈3次关系,这一关系可用来预测堆浸中的有用金属的浸出回收率.     

广义负相依一般风险模型中有限时破产概率的估计及数值模拟

本文研究了一类带利率的重尾相依风险模型, 其中索赔额是一列上广义负相依随机变量, 索赔到达过程是一般的非负整值过程, 并且独立于索赔额序列, 保费收入过程是一个一般的非负非降随机过程. 我们考虑了两种情况, 其一是索赔额、索赔到达过程及保费收入过程相互独立, 其二是累积折现保费收入总量的尾概率可以被索赔额的尾概率高阶控制, 得到了保险公司有限时破产概率的渐近估计,并且给出了相应的数值模拟, 验证了理论结果的合理性.     

风力机叶尖涡尾迹结构PIV测量研究

空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所依托工程型大风洞（实验段直径3.2 m）,采用高分辨率CCD相机（4 008像素×2 672像素）,针对旋转状态下的风力机叶片尾流开展大视场（单个观测区域达到570 mm×380 mm）PIV(particle image velocimetry)测量,以NREL UAE Phase Ⅵ风力机叶片1/8缩比模型为实验对象,获取了叶尖涡产生、发展的流动数据,为研究风力机叶尖涡结构和流动机理研究提供重要的基础数据．观测结果表明,叶尖涡从后缘脱落后首先有一个短时间的向内运动,然后随着尾流的膨胀向外运动,其涡强度则先是短时间内降低,然后随着涡的卷起而增强,从而形成一个强大的叶尖涡．在实验观察范围内叶尖涡在来流方向的迁移规律近似线性．     

液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒扩散分布的离散涡数值研究

基于离散涡方法求得的非定常水流场和颗粒的Lagrange运动方程,数值模拟了稀疏液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒的扩散分布．获得了流动的涡谱与3种不同St数颗粒（St=0.25,1.0,40）在流场中的分布．通过引入扩散函数来定量表示颗粒在流场中的纵向扩散强度,并计算得到了不同St数颗粒的扩散函数随时间的变化．数值结果揭示出了液固两相圆柱绕流尾迹中的颗粒扩散分布与颗粒的St数和尾涡结构密切相关:1) 中小St数(St=0.25～4.0)颗粒在运动过程中不能进入涡核区,而在旋涡结构的外沿聚集,且颗粒的St数愈大,其越远离涡核区域;2） 在圆柱绕流尾迹区域内,中小St数(St=0.25～4.0)颗粒的纵向扩散强度随其St数的增大而减小．     

湍流边界层内准流向发卡涡生成的数值模拟

采用根据共振三波理论模型建立的初始准二维流场和直接数值模拟方法,对湍流边界层近壁区流向涡的生成进行了研究．计算得到了准流向发卡涡和次生准流向涡结构的生成过程及其主要特征,讨论了它们的产生机理．作为相干结构的主要特征,利用共振三波理论模型对流向涡结构生成与演化过程的研究为湍流边界层内相干结构的研究与流动控制提供了新的途径和思路．     

飞行器尾涡对的不稳定性建模

为了确定飞行器尾流的保持距离和诱导失稳运动性质,首先在一阶近似Biot-Savart定律的基础上,推导了任意多个涡对的诱导运动模型,进而利用线性组合方法得到涡系诱导运动的对称以及反对称模态,并结合模态矩阵特征值的性质描述对称分布涡系的稳定性.因为尾涡结构的不稳定性依赖于相应的模态矩阵特征值的取值,所以在利用对称分布的二涡对的模态验证所推导的模态矩阵理论的正确性的基础上,进一步给出了三涡对的模态矩阵对应的失稳模态.理论推导和特征值的计算显示随着涡丝数量的不断增加,三涡系的不稳定性增强,并且涡系对扰动的放大作用增强.     

涡旋演化的小波自适应模拟

该文考察了小波自适应方法用于涡旋运动的演化过程．首先,通过两个初边值问题,说明小波方法具有可精度可控和局部结构自动捕捉的能力．然后,计算了涡旋的合并过程,结果表明,小波方法可以准确高效的应用于流动涡旋的演化预测,进而,讨论了小波方法在湍流数值模拟中的应用．     

水下爆炸气泡与复杂弹塑性结构的相互作用研究

计及结构的弹塑性,将边界元法(BEM)与有限元法(FEM)耦合提出了气泡与弹塑性结构耦合动力学计算方法,并开发了全套的三维水下气泡分析程序（UBA）,计算值与实验值之间误差在10%以内．以水面舰船为例,将三维计算程序工程化．并分析了水下爆炸气泡载荷作用下船体的弹塑性响应,从船体结构典型单元上的应力时历曲线可以看出,在气泡坍塌时出现应力峰值,证实了气泡坍塌压力及射流引起的压力对舰船等结构造成严重毁伤．从气泡与舰船的相互作用中可以看出,舰船低阶垂向振型被激起,在气泡作用下呈鞭状运动,同时舰船随着气泡的膨胀和收缩作升沉运动,通过本文的分析得到了适合于工程应用的规律及结论．     

风力机叶型增升及叶尖流动控制研究

研究了两种改善风力机叶型气动性能的流动控制技术,分别对风力机专用S809翼型和较大升阻比的FX 60-100翼型进行应用研究．首先,通过在叶型前缘加装流动偏转器,研究流动偏转器对叶型流动分离的控制效果．并采用多岛基因算法,对流动偏转器进行多参数优化．结果表明:流动偏转器可以有效控制叶型的失速特性,推迟失速攻角和增加升力;基因优化算法能更大地提升流动偏转器的控制效果．其次,基于对风力机叶尖旋涡和尾涡特征以及叶片表面压力分布的分析,在叶片尖部加装不同倾斜角的旋涡扩散器控制叶尖涡．结果表明:涡扩散器能够提高叶尖涡涡核的总压,削弱其旋涡强度,使风力机尾流旋涡耗散更快,从而可以减小噪声,提高叶片效率．     

四个对激波与涡旋有高分辨率的计算格式的比较*

近十年来,计算非定常无粘可压气体力学Euler方程组的高分辨率差分格式有显着进展.本文选择四个近年受到重视的格式,用一较复杂的二维不定常问题作进一步的考验.所选算例为平面激波遇矩形障碍物初始阶段的绕射与反射.在挡板头部有两个尖角点,角点附近流场参量变化剧烈,会有中心稀疏波和集中涡的出现,要模拟好它们,就要求格式有较好的适应性.本文选择特殊的激波马赫数M_s=2.068,使静止坐标系下激波后流速恰为声速,并沿中心稀疏波区从角点发出的一条曲线也有这一现象,以考察各格式在方程组某一特征值恰为零时的计算特点,因零特征值可以使某些格式局部受损.计算结果的图形显示可表明四个格式在激波分辨率,格式粘性、膨胀波的计算、模拟非定常集中涡产生过程的能力等方面的性质.