高密度和高粘度比率下气液两相流动的数值模拟

本文在VOF方法的基础上,采用粗细两套网格对高密度和高粘度比率下的气液两相流动模拟进行了研究分析.在细网格中求解流体体积函数方程,在粗网格中采用交错网格求解动量方程和压力修正方程,通过粗细网格间的数据传递获得求解动量方程时需要的准确的界面密度和粘度及控制体密度,克服了高密度和高粘度比率下通过插值方法计算界面密度和粘度及控制体密度带来较大误差的困难,保证了质量和动量同时守恒.高密度和高粘度比率下气液两相流动中气液交界面处密度、速度和压力急剧变化,为了保证格式的有界性和稳定性,采用稳定的有界高阶组合格式STOIC.最后模拟了不同工况下气泡在液体中的运动,并通过实验和模拟结果验证了方法的可行性及准确性.     

非正交座标S_1流面流函数跨音松弛计算

本文在吴仲华教授的叶轮机械三元流动理论的基础上,推导了非正交曲线座标系下的叶轮机械流函数方程及有限差分方程的通用形式.这些方程可用于平面、任意迥转面及任意翘曲的S_1或S_2流面的跨音及亚音流场计算。数值求解中采用了混合差分格式线松弛计算方法。采用了密度预测法由流函数值唯一确定了密度值,解决了流函数方程求解跨音流场的困难,用此方法编制了计算机程序并作了计算,所得结果与实验结果比较一致。     

跨声速流函数方程强隐式解及确定密度场的新方案

基于人工可压缩性对密度的修正,本文用强隐式格式快速求解了非正交曲线坐标系下跨声速流函数方程;在流函数场解出后,通过求解一个由动量方程、能量方程和连续方程组合而成的关于密度的一阶偏微分方程来获得密度场,因此流函数解法中常遇到的密度双值问题在这里已不存在;通常所讲的完成流函数场{Ψ}与密度场{ρ}间的迭代在本文便体现在流函数主方程与这个新推出的一阶微分方程间的迭代计算上;几个典型算例表明了本方法的有效性。     

基于元胞自动机的气动光学光线追迹算法

对于含激波等大密度脉动结构气动光学流场,沿着直线路径对折射率积分会带来较大的光程误差.因此,数值求解光线方程进行光线追迹是必要的.与数值求解光线方程不同,元胞自动机(cellular automata,CA)通过给定光线位置和方向变换规则来模拟光线在介质中传输路径.本文基于已有的实验测量、数值仿真所获得的高超声速流场密度场数据,分别采用数值求解光线方程法和CA光线追迹算法进行光线追迹,进而得到光线出射流场后的光程差.结果表明, CA算法对于二维气动光学流场中光线追迹的适用性,且较数值求解光线方程方法具有更高的效率.     

利用热纠缠态表象获得Caldeira-Leggett密度算符方程的积分形式解

开放量子系统,即系统-热库模型,可以用一个关于密度算符的主方程来描述,比如,用来描述固态物理中耗散现象的Caldeira.Leggett主方程.虽然已经有人为了求解此主方程的约化密度矩阵的精确表达式而做过一些努力,但迄今还未见有解答.本文使用了一种全新的方法来求解Caldeira-Leggett方程,用这个新方法可以得到积分形式的显式表达.该方法的要点在于利用有序算符内积分技术把关于密度算符的微分方程首先转化成关于密度态矢量的微分方程,再将密度态矢量投影到热纠缠态表象中,Caldeira-Leggett方程就转变成了关于波函数的微分方程,而波函数是函数.这样就可以使用数学中求解微分方程的方法来求解出波函数.再次利用有序算符内积分技术,再将波函数转化为态矢量和算符,就得到了Caldeira-Leggett方程的积分形势解.     

使用非正交曲线坐标与非正交速度分量的跨声速S_2流面势函数方程人工可压缩性迭代解

本文推导建立了适于求解跨声速轴流式压气机转子中S_2流面正问题的全守恒型势函数方程,方程的求解采用人工密度的方法和一种新的Φ-ρ(Γ)迭代方法,能在S_2流面上自动捕获激波.用本方法编制的计算机程序对西德DFVLR单级跨声速轴流式压气机转子的一个最高效率点实验工况进行了验算,并将计算结果与实验结果作了比较。     

X_α理论和应用的进展

以X_α理论为基础、主要于七十年代发展起来的X_α方法是一种较为新型的计算原子、分子和原子簇的电子结构的方法。这种理论方法的特点是:它对电子间的交换能采用了统计平均近似,用一个与电荷密度的立方根成正比的密度泛函代替了Hartree-Fock方程中的交换项,从而把传统的分子轨道方法中的近似求解精确的Hartree-Fock方程问题,转化为较为精确求解近似的Hartree-Fock方程——X_α方程——的问     

石油割缝管激光切割中的传热问题研究

本文对激光切割石油筛管过程中的温度场进行了理论研究。在求解数学模型中考虑了物性随温度变化,采用了更贴近实际状况的变物性非线性热传导方程。应用有限元法,数值求解了激光切割这种高能流密度、移动点热源所形成的非稳态温度场,得到了激光切割石油筛管过程的传热规律。     

一种模拟大密度比多相流的混合算法

在扩散界面法(diffuse interface method,DIM)的基础上提出一种能够处理大密度比(large density ratio)的多相流混合算法.流场信息通过格子波尔兹曼方法(lattice Boltzmann method,LBM)获得;相界面通过直接求解Cahn-Hilliard(C-H)方程确定.为保证在大密度比情况下求解界面方程的稳定性,采用二阶迎风格式来离散方程的对流项.通过对Rayleigh-Taylor(R-T)不稳定、液体中的气泡上升及液滴撞击干燥壁面的数值模拟,验证了方法的可行性.     

喷管中非平衡化学反应气体高速流动的数值模拟

本文给出了非平衡化学反应气体流动的控制方程,并对高速流动情况下控制方程的求解方法进行了详细讨论。本文采用定常方法模拟定常化学反应流动,避免了时间相关法求解中的方程“病态”问题,采用压力主变量原参数求解的方法数值模拟化学反应高速流动,国内外尚未见先例。本文对H_2-F_2化学反应系统在喷管中的流动进行了数值模拟得到了一些有用的结果。     

O2中α型射频放电的理论研究

根据射频放电中电流连续性方程、稳态时电子数密度的连续性方程以及电子的能量平衡方程,建立了气体放电氧碘激光器中α型射频放电等离子体的理论模型,通过数值求解得到了射频放电等离子体中电场、电子数密度的空间分布,分析了放电参数对放电特性的影响.结果表明采用频率高的射频放电会使放电空间电场降低,电子数密度增加,从而有利于单重氧的生成,为提高气体放电中单重氧的产率提供了理论依据.     

介观RLC电路的密度矩阵的量子耗散

本文首次采用求解密度矩阵的振幅衰减主方程来研究介观RLC电路的量子耗散.我们考虑到电路实际上处在热环境中,就尝试用(经约化了热库自由度以后)密度矩阵的振幅耗散主方程来研究介观RLC电路的量子衰减,即将电路看作是一个哈密顿稳态系统(不显含时),而该系统对应的密度矩阵是处在振幅耗散通道中(耗散系数由回路的品质因数决定)随着时间演化,我们求出该回路密度矩阵的量子耗散及回路能量的衰减规律.我们采用纠缠态表象和有序算符内的积分(求和)技术探讨此问题,可以给出终态密度矩阵的解析形式,具有简捷的特点.     

脉冲高能准分子激光烧蚀块靶产生等离子体的动力学过程的差分模拟

 利用质量连续性、动量守恒和能量守恒这三个基本方程,研究高能脉冲激光照射块状靶材产生等离子体的物理特性。采用差分法和Pichard迭代法,求解带特定边界条件的流体力学三方程,得出已喷射等离子体的温度、密度和速度的分布的迭代方程,并用计算机进行了数值模拟。     

无衰变二能级原子在电磁场中态的演化

求解了经典电磁场中二能级原子系统的密度矩阵演化方程 。     

以压力为主变量求解喷管内的气体流动

一、引言 以压力为主变量求解气体流动问题的计算方法,早在七十年代,Hirt就证明是一种可有效地用于全马赫数的流动问题。但是由于一些技术上的困难,以压力为主变量的方法主要限于求解不可压的低速流动问题。本文将作者原有的非正交坐标下的,以压力为主变量求解不可压缩流动问题的计算方法和程序进行了改进。通过在动量方程中采用混合张量的形式而提高了计算的精度和稳定性,并通过在压力修正方程中隐式地引入密度的影响而将计算方法推广到用于求解可压缩流动问题。采用这种方法对两种喷管内的流动进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了比较,结果是令人满意的。     

耦合辐射的三维热化学非平衡流数值模拟

发展耦合辐射的三维热化学非平衡流场计算方法,可用于非结构网格.采用Jameson有限体积法求解耦合辐射源项的三维N-S方程.辐射源项通过求解辐射输运方程(Radiative Transport Equation RTE)获得.在空间方向上离散后,采用有限体积法求解辐射输运方程.化学模型包含11个组元,20个化学反应.采用该数值方法计算MUSES-C模型在速度为11.6 km·s^-1时的绕流流场及前驻点处的辐射热流密度.并通过对比,分析热辐射对流场的影响.     

运动激波和气泡串相互作用的初步数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证Level set方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用2阶迎风TVD求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO求解Level set方程追踪多流体界面,采用GFM方法处理流体内界面.利用文[1]的计算结果校核本文程序.在此基础上,对运动激波和气泡串相互作用过程进行了初步数值模拟,得到了不同时刻运动激波和圆管内的两个气泡作用后的演化图象,包括压力和密度等值线分布.计算结果表明:针对推广后的多界面Level set方程,该方法仍可高质量地捕捉多个流体界面.     

干斜压大气拉格朗日原始方程组的半解析解法和非线性密度流数值试验

以差分方程代替微分方程给大气原始方程组求解带来了诸多难以解决的问题, 对于(半)拉格朗日模式来说质点轨迹的计算与Helmholtz方程的求解是两大难题. 本文通过对气压变量代换, 并在积分时间步长内将原始方程组线性化, 近似为常微分方程组, 求出方程组的半解析解, 再采用精细积分法求解半解析解. 半解析方法可同时计算风、气压和位移, 无需求解Helmholtz方程, 质点的位移采用积分风的半解析解得到, 相比采用风速外推的计算方法, 半解析方法更科学合理. 非线性密度流试验检验表明: 半解析模式能够清晰地模拟Kelvin-Helmholtz 切变不稳定涡旋的发生和发展过程; 模拟的气压场和风场环流结构与标准解非常相似, 且数值解是收敛的, 同时, 总质量和总能量具有较好的守恒性. 试验初步证明了采用半解析方法求解大气原始方程组是可行的, 为大气数值模式的构建提供了一个新的思路.     

钝体后湍流预混燃烧的PDF模拟

本文采用PDF方法对矩形燃烧室内钝体后的湍流预混火焰进行了数值模拟。脉动速度-频率-标量联合的PDF输运方程用Monte Carlo方法求解,质量、动量和能量的平均值由基于无结构网格的有限体积法求解,压力通过状态方程获得。PDF方程中所需的平均密度、平均速度和压力由有限体积法提供,并将用Monte Carlo方法求出的雷诺应力、化学反应源项和比热比传递给有限体积法。本文对丙烷和空气燃烧的不同简化化学反应机理进行了研究,并与实验结果进行比较,获得满意的结果。     

低马赫数方法在自然对流数值模拟的应用

采用低马赫数近似的方法来对大温差驱动的自然对流问题进行数值模拟。低马赫数近似是通过将全可压的Navier—Stokes方程中声波进行过滤,从而在马赫数较低的流动中忽虑声波对流场的影响。声波过滤后的方程具有不可压缩N—S方程的特点,但可以求解温度和密度变化较大的问题。首先,通过对盖顶驱动流的数值模拟,验证了本文方法的可靠...