掺气对射流冲击水垫塘底部动水压强的影响

本文对冲击角为90°,60°和45°掺气与不掺气二维射流作用于水垫塘底板上的动水压强进行了系统的对比试验,揭示出:掺气使射流作用于塘底冲击区的时均压强明显减小,压强脉动强度明显增大;时均压强服从正态分布,脉动强度则符合t分布,且均存在自模性,分析了最大时均压强及脉动强度与水垫深度、掺气浓度及冲击角的关系,并给出了经验公式,提出了水团与气团交替作用的物理图象,解释了掺气对动水压强影响的机理。     

风对建筑绕流数值模拟的一种扩展k-ε紊流模型

本文假设对于近似均匀的高雷诺数流动风，雷诺应力仅与平均速度梯度及两个独立的紊流尺度参量ｋ，ε有·关运用量纲分析和张量的Ｃａｙｌｅｙ＿Ｈａｍｉｌｔｏｎ定理，发展了一种新的紊流封闭模型：扩展ｋ＿ε模型·利用均匀剪切紊流风洞试验数据确定了该模型的系数，并在模型的组成以及对雷诺正应力的预测上与标准ｋ＿ε模型作了比较·采用该新的模型对一正方形截面高层建筑周围的流动风进行了数值模拟，结果表明扩展ｋ＿ε模型改善了对建筑物的周围的风速的表面风压的预测     

180°弯曲方管牛顿流体及一种非牛顿流体湍性流动的数值模拟

运用湍流k-ε模式及实测壁面函数分别模拟牛顿流体(清水)及一种非牛顿流体(聚合物稀薄减阻溶液)流经180°弯曲方管的湍性流动,取得与实测速度分布吻合较好的结果.对于湍流模式对存在大涡的复杂流动的适应性,根据计算和试验结果进行了分析和讨论.     

突然扩张方管中三维湍流流动的数值模拟

本文运用SIMPLEC算法计算了突然扩张方管中的三维湍流流动,湍流模型采用k-ε模型。计算结果详细反映了突然扩张方管中三维湍流流场。从本文结果可以看出,由于突然扩张方管几何形状非轴对称,且尺寸有限,边壁对流场的作用是不可忽略的。以往文献中常见的二维突然扩张湍流的数值模拟结果与三维情况有较大差别,在靠近边壁的区域差别很大,因此对于突然扩张方管中湍流流动的数值模拟应用三维模拟。本文计算所得突然扩张截面后主回流区长度与实验结果接近。本文方法可为数值模拟突然扩张方管中湍流流场及各物理参数的分布提供有效工具。     

带激波的一维非定常两相流动的数值模拟

本文将处理带激波的单相气体非定常流动问题的两种高分辨数值方法(随机取样法和二阶GRP有限差分法)推广应用于气固悬浮体(亦称含灰气体)两相情况,计算了含灰气体激波管中两相激波特性、波后流场结构及气固两相流动参数随时间的变化.数值结果表明:这两种方法均能给出带有尖锐间断阵面的两相激波松弛结构.二阶GRP方法在计算精度和机时耗用等方面优于随机取样法.     

细菌堆浸中流动反应传热耦合过程数值模拟分析

针对辉铜矿微生物浸出过程进行数学建模,利用ComsolMultiphysics软件对浸堆中热量传递、氧气流动、目的金属离子分布以及氧化转化率等进行数值模拟分析．结果表明:沿堆体斜坡边界处氧的浓度较大,而在堆的中央部分,氧气的浓度非常小,导致这部分区域浸出反应缓慢;沿浸堆边坡处的温度偏低,温度最高的部分在底部区域附近靠近边坡位置处,且温度升高值超过6℃;矿堆底部靠近边坡区域目的金属离子浓度最高;靠近底部和斜坡部分,浸出反应速率快、氧化转化率高．矿堆的其余部分,因氧浓度低,导致浸出反应速率缓慢、氧化转化率低．     

电离层层析成像及数值模拟

利用正则化反演法,对电离层层析成像技术进行了数值模拟.模拟结果表明,正则化反演法能够准确反演出电离层赤道异常的电子密度分布.对正则化反演误差的原因进行了分析,定义了代表重建结果精度的参数并研究其随信号数量的变化,结果显示造成反演误差的主要原因是信息量不足,在提供充足的数据条件下,正则化反演法能够得到很高精度的重建结果.数值模拟实验进一步证明了电离层层析技术在反演电离层电子密度分布中有很大的应用价值.     

一类植物病虫害模型及数值模拟

通过考虑某一区域内的植物在喷洒杀虫剂之后分成的三种类别,建立了一个植物病虫害模型.然后给出它的正平衡点,又利用稳定性第一近似方法讨论正平衡点的稳定性.最后,结合千岛湖发生的松毛虫害使用MATLAB进行数据模拟,多角度比较不同的移除系数和树木间的有效接触率分析其对虫害发展的影响,对病虫害的治理具有较好的指导作用.     

油水运移聚集数值模拟和分析

油资源的运移聚集数值模拟是描述在盆地发育中油水运移聚集演化的历史,它对于油田的勘探和合理开发有着重要的价值.本文提出问题的数学模型和修正交替方向隐式迭式格式.对于着名的二次运移聚集的水动力学实验(剖面和平面问题),进行了数值模拟,模拟结果和实验结果是完全吻合的.     

不同角度Y型狭窄血管血液流动的数值模拟

根据粘性不可压Navier-Stokes方程,建立Y型分又血管中血液流动的数学模型,进而采用有限元方法研究不同分又角Y型血管动脉狭窄位置对血液流动的影响,得到了不同角度不同狭窄位置和无狭窄病变时的数值模拟结果,主要给出了各种情况下血液流动的流线图和压力图.一方面,观察流线图可知,血液流经狭窄区域时,出现流动分离,并在一定区域产生涡流,且随着狭窄位置不同,涡流位置和涡流区域面积也随之不同;另一方面,从计算的压力图中可以看到当血液流过狭窄区域时,压力发生迅速变化,且相同分叉角度下狭窄位置不同,狭窄区域压力不同;狭窄位置相同时,不同分叉角度的血管分又区域压力也有差别.     

迎风紧致格式与驱动方腔流动问题的直接数值模拟

本文给出了一种求解不可压缩流动问题的高精度差分格式,即迎风紧致格式.出发方程采用二维非定常原始变量Naiver-Stokes方程组.在差分方程中,对流项采用三阶精度的迎风紧致差分,其余空间导数项采用四阶紧致差分.本文利用该差分格式在等距网格上数值模拟了驱动方腔流动中的分离涡运动.在257×257的细网格上,Re数最高计算到10000.Re≤5000时的计算结果与前人结果符合得很好.当Re≥7500时发现流动不存在定常层流解而为非定常周期性解,并首次给出了非定常解的结果。     

Ⅰ型拉伸试样金属注射成形多相流动的三维数值模拟

将粉末注射成形充模过程视为粘结剂、粉末和空气的三相流动过程,基于多相流理论给出金属注射成形的多相流动控制方程。根据金属注射成形的工艺特点确定多相流动控制方程的初边界条件,用多相流数值分析软件CFX对Ⅰ型拉伸试样的铁粉注射成形充模流动过程实现了三维数值模拟,分析了模腔中不同位置处粘结剂一粉末流动的速度曲线。数值模拟结果表明在Ⅰ型拉伸试样金属注射成形充模流动过程中发生过两相分离的现象,数值模拟的瞬态信息可用于金属注射成形产品缺陷的分析与控制。     

极端条件下3维多物理多介质问题数值模拟中的若干问题

极端条件下3维多物理多介质问题是一类关系国家战略安全问题的重要科学问题.由于理论手段比较欠缺、实验昂贵甚至难以开展,数值模拟是研究这类问题的主要手段.本文回顾这一研究领域数值模拟的历史,分析目前存在的主要挑战,并展望未来的发展趋势.     

高弹粘流在三维变厚度狭缝流道中流动的数值模拟

用有限块法对高弹粘流在三维变厚度狭缝流道中的流动进行数值模拟.求出流体流量在流道中的分布规律;通过对实际板材挤出模鱼尾型流道中设置阻流块对流动影响的计算,证实有限块法是简易可行的,从而为挤出模的计算机辅助设计提供了一个重要手段.     

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．     

多层油资源运移聚集的数值模拟和实际应用

研究了三维问题的石油地质和渗流力学特征。提出了数学模型,构造了新的算子分裂隐式迭代格式,并成功地对胜利油田东营凹陷(厚层)和惠民凹陷(多层)带断层和通道的实际问题进行了大规的数值模拟计算。计算结果在油藏位置等方面和实际情况相吻合,完整地解决了这一石油地质和渗流力学的国际着名问题。     

矩形微通道散热器流道的数值模拟及尺寸优化

微通道散热器具有体积小、流速小、压降小、散热高等优点,随着工业微型化的发展,微型散热器的应用越来越广泛.已有的研究表明,微通道的散热性能主要决定于微通道的几何参数和流体的流动情况,相对于三角形和梯形结构,矩形微通道具有更好的散热性能.基于ANSYS Workbench有限元软件,对长度为40 mm,不同截面尺寸的单通道内流体流动及传热性能进行了数值模拟,给出具有较小压降、较大散热效率的微通道尺寸.对优化后的模型计算分析,在一定流体流速和温度的初始状态下,基底给一定热通量,经过计算,散热器可运输的热通量较高,压降较低,热传递效率较大,散热器具有良好的工作性能.     

宇宙大尺度结构的小波功率谱分析：方法及数值模拟检验

采用基于离散小波变换(discrete wavelet transformation)的多分辨分析，给出离散星系样本的功率谱估计的像素化方法.由于小波基函数在物理空间和波数空间同时具有局域化性质，可以证明离散小波功率谱(DWT谱)等效于Fourier功率谱的频带平均.同时，对给定的扰动尺度，DWT谱可以自适应地选择样本的空间取样，并在各态历经假设下，通过局域化扰动谱的空间平均实现对系综的平均.进一步采用N体数值模拟方法对4种典型的冷暗物质结构生成模型的DWT谱进行了统计检验.为考虑各种观测效应的影响，分别在模拟样本中引入了不规则巡天几何，一定的选样率，径向选择效应以及红移畸变效应，并检验其对DWT功率谱估计的影响.数值结果表明，得益于小波的局域化性质，DWT谱较少受到选样率、巡天几何及系综统计涨落的影响，并且通过小波分解的快速算法，DWT谱估计方法可以有效地应用于大巡天样本的统计，这对由新一代红移巡天样本精确测量宇宙学参数具有直接的意义.     

粘弹性方程全离散化有限体积元格式及数值模拟

本文利用有限体积元方法研究二维粘弹性方程, 给出一种时间二阶精度的全离散化有限体积元格式, 并给出这种全离散化有限体积元解的误差估计, 最后用数值例子验证数值结果与理论结果是相吻合的. 通过与有限元方法和有限差分方法相比较, 进一步说明了全离散化有限体积元格式是求解二维粘弹性方程数值解的最有效方法之一.     

多种环境外力作用下作物生长系统的动力学模型及过程数值模拟

依据生物力学的理论与方法,综合探讨了多种环境因子(光照、温度、土壤水分与养分等)外力作用下作物生长的动力学机制.采用连续马尔柯夫过程方法建立了作物生长系统的动力学模型及数值模拟方法,研究了生长速率对外力条件变化的反应与生物量饱和值的变化,并以半干旱区作物为例进行了数值模拟计算与分析,为大田管理提供了定量依据.该动力模型与其它植物生长模型相比,其优越性在于从宏观和微观相结合上反映了资源利用的多维性,揭示了资源转化过程.所建作物生长系统模拟方法,具有先进性和可操作性,实际模拟结果与大田观测结果能很好吻合.