膨胀不足超音速自由射流的数值模拟

激波自喷管口出射到低压滞止大气中所形成的流场可简化为轴对称定常流动问题。本文采用二阶精度迎风ＴＶＤ格式对膨胀不足超音速自由射流进行了数值模拟。     

一维非定常流体力学数值模拟

非线性的流体偏微分方程中的激波间断解是物理中很有挑战的问题,其中的Riemann问题可采用解析的方法求出理论解,但采用近似解的方法进行流体动力学数值模拟也可以有效地追踪和捕捉激波.本文以一维激波管为例,对非定常流体基本方程组采用Roe通量差分裂格式,并进行数值模拟.通过与理论解对比,发现其符合度较好.     

可压缩轴对称射流流场近区的数值模拟

采用高精度差分方法对二维轴对称可压缩射流流场进行了数值模拟,研究了大尺度涡结构的形成和发展过程及其在射流雪展过程中的作用,计算结果显示了射流失稳后首先出现Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ非稳定特征,之后向下游发展的过程中, 一笥效应的增长导致涡的配对和对并;指出射流场中压力波动的分布是大尺度涡结构分布的直接结果。     

应用隐式SMAC格式计算射流放水阀内部非定常不可压粘性流场

为了分析射流放水阀内部的非定常不可压粘性流场,在一般曲线坐标系下求解了以逆变速度为参数的不可压Ｎ－Ｓ方程和压力椭圆方程。计算采用了基于隐式ＳＭＡＣ格式的有限差分格式。在这种格式中,非定常流场的速度是通过使用Ｃｒａｎｋ－Ｎｉｃｈｏｌｓｏｎ格式,并在每一时间步处以牛顿迭代的方法得到的;而压力椭圆方程是通过使用Ｔｓｃｈｅｂｙｓｃｈｅｆｆ ＳＬＯＲ格式并交替改变计算方向而求解。通过使用交错网格和迎风差分,诸如改进的ＱＵＩＣＫ格式;计算过程中的误差和数值不稳定能够得到有效地控制。计算结果和实验观察得到的流动图谱对比表明,二者十分吻合。     

射流抛光多相紊流流场的数值模拟

 理论分析了射流抛光的紊动冲击射流特点,构建了射流抛光的垂直冲击射流模型和斜冲击射流模型。根据射流抛光冲击射流的特点,比较各种流体模型后,采用RNG k-e 模型应用于射流抛光模型的计算。利用计算流体力学理论的二阶迎风格式对抛光模型方程离散,用SIMPLEC数值计算方法对射流抛光过程的紊动冲击射流和离散相磨粒分布进行数值模拟,得到了射流抛光过程的连续流场和离散相磨粒与水溶液的耦合流场,同时计算出了抛光液射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度、剪切力分布和磨粒体积质量分布,分析了垂直射流抛光模型和斜冲击射流抛光模型紊流流场的特点。     

射流抛光多相紊流流场的数值模拟

理论分析了射流抛光的紊动冲击射流特点,构建了射流抛光的垂直冲击射流模型和斜冲击射流模型。根据射流抛光冲击射流的特点,比较各种流体模型后,采用RNG k-e 模型应用于射流抛光模型的计算。利用计算流体力学理论的二阶迎风格式对抛光模型方程离散,用SIMPLEC数值计算方法对射流抛光过程的紊动冲击射流和离散相磨粒分布进行数值模拟,得到了射流抛光过程的连续流场和离散相磨粒与水溶液的耦合流场,同时计算出了抛光液射流在工件壁面上的压力、速度、紊动强度、剪切力分布和磨粒体积质量分布,分析了垂直射流抛光模型和斜冲击射流抛光模型紊流流场的特点。     

H_2/N_2湍射流抬升火焰的直接数值模拟

使用上海超算中心的并行计算机模拟了一个实验参数下的湍流射流抬升火焰。该实验的喷口直径为4.57 mm,实验雷诺数达到了23600。为了完成这个高雷诺数射流燃烧的直接数值模拟,共采用了1024个CPU,共计2.85亿网格。主要介绍了采用的直接数值模拟方法,实验的具体参数以及选取该实验作为模拟对象的原因。最后用直接数值模拟的结果具体分析该实验的着火机理。     

低阶格式在大涡模拟计算中的适用性

采用三维Taylor-Green涡作为研究对象,利用工程中常用的低阶数值格式,研究格式本身的数值误差对大涡模拟计算的影响.结果表明:三种数值格式的数值耗散行为都与亚格子模型行为类似,即在小雷诺数下,流场比较光滑时,耗散很小,当雷诺数增加,流动转捩为湍流,流场梯度增大,耗散显著增大.对于MUSCL格式和二阶有界中心格式,在高雷诺数下,亚格子尺度模型没有明显改善计算结果,但也没有使计算结果恶化.中心格式相比其它两种格式,数值耗散最小,但是在高雷诺数湍流情况下,中心格式的数值耗散仍然主导了能量的耗散,再添加亚格子模型,计算结果反而变得稍差.对于工程中的低阶格式而言,采用中心格式计算大涡模拟是比较好的选择,而且在计算不存在稳定性问题时,采用不添加亚格子模型的隐式大涡模拟效果更好.     

不同湍流模型对热等离子体射流模拟的影响

本文应用大气压等离子体射流传热与流动的三维数学模型,在相同初始条件下,计算得到了采用不同湍流模型时氩等离子体射流对称轴线上的温度、速度及空气质量分数分布,并与文献中同等条件下的实验结果进行了比较,结果表明采用标准κ-ε模型和Realizableκ-ε模型时与实验结果相差较大,而采用RNGκ-ε湍流模型时模拟结果与实验数...     

射流等离子发生器实验与模拟

针对自主设计的等离子体发生器,通过实验分析了常压下等离子热射流形态的发展状况,并对常压下的空气放电特性进行了数值模拟,以等离子发生器为原型,将等离子电弧的电场、磁场、温度场以及速度场进行了直接耦合计算,得到了等离子体电弧的速度场和温度场的分布情况. 针对不同间隙对放电结果的影响进行了分析,结果表明,放电间隙由1.5 mm增大到3.5 mm时,热射流速度由41.5 m/s增大到62.4 m/s,温度由3 650 K降低到1 960 K. 当间隙过窄时,温度过高将会烧蚀电极,影响电极使用寿命.      

COIL亚声速段横向喷流混合流场数值分析

COIL是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学相互耦合的复杂过程。作为高总压COIL系统研究的第一步,利用三维CFD技术对传统的COIL亚声速段横向射流混合过程进行了数值分析,讨论了包括压力梯度驱动项的分子扩散机制,得到了横向射流的较精细的结构,如马蹄形射流界面、逆旋涡对以及射流剪切层。结果表明,压力梯度驱动项对重、轻组分的扩散作用相反,重组分沿压力梯度正向扩散,轻组分逆压力梯度方向扩散。在射流穿透不足的情况下,仍然在喷管出口得到了约为0.01 cm-1的小信号增益系数。     

增强后效复合药型罩结构的数值模拟

针对增强聚能射流的破甲后效问题,设计了等壁平顶锥形铜铝双层复合药型罩装药结构,采用冲击波物理显示欧拉动力学软件SPEED开展复合射流成型及对钢-铝间隔靶侵彻过程的数值模拟,分析内外双层药型罩高度比ε、药型罩锥角α等参数对复合射流成型和间隔靶侵彻性能的影响规律。研究结果表明:复合射流的头部速度随ε增大呈先减小后增加的趋势,在ε约为1/2时,可形成具有相近速度的铜铝同轴复合射流微元,利于铝射流微元与目标相互作用实现后效增强毁伤;且当α在50°~60°范围内时,复合射流中段为集中的铝射流微元,更利于侵彻后的爆炸或爆燃反应。对优化参数的复合药型罩结构数值模拟结果与文献公布的实验结果吻合较好。研究结果对增强后效聚能装药设计具有参考价值。     

可压缩颗粒圆孔射流并行直接数值模拟算法研究

对空间模式发展的气固两相圆孔射流中颗粒与流体双相耦合作用进行了并行环境下的直接数值模拟算法研究。气相流场采用可压缩的N-S方程直接求解。计算颗粒场时,采用Lagrangian方法跟踪实际的颗粒运动。利用并行求解算法,实现了颗粒穿越边界面的模拟。为了模拟颗粒对流体的作用,考虑了颗粒和流体的双相耦合。在本文的计算条件下,颗粒的直径远小于网格的间距,平均的Kolmogorov尺度和网格的间距在一个量级,保证了DNS的要求。气相和颗粒相的应力与实验的对比研究表明,本文的颗粒并行程序是可信的。     

高阶辛算法的稳定性与数值色散性分析

利用Maxwell方程的哈密尔顿函数,导出对应的欧拉-哈密尔顿方程.利用辛积分技术与高阶交错差分技术,建立求解三维时域Maxwell方程的高阶辛算法;结合电磁场中的物理概念,借助矩阵分析和张量分析理论,获得高阶时域方法及高阶辛算法的稳定性和数值色散性的统一处理新方法.用数值结果证实方法的正确性,与FDTD算法和其它时域高阶方法相比,高阶辛算法具有较大的计算优势,为电磁计算提供了新的途径.