等离子体反应器流场的数值模拟

本文采用颗粒轨道模型对等离子体反应器进行数值模拟.数值格式用SIMPLER法.湍流模型用简单的次网格模型.计算结果给出速度场、温度场及颗粒轨道,对工程设计和工艺过程参数控制有参考价值.     

直圆管突扩通道内宾汉流体湍流流场的数值研究

本文依据牛顿流体中建立的标准ｋ＿ε湍流模型这一基本思想，考虑宾汉流体的本构方程，建立了适用于求解宾汉流体湍流流动的控制方程·采用压力修正算法，实现了宾汉流体速度场与压力场的关联·在理论研究基础上，对直圆管突扩通道内宾汉流体湍流流动进行了数值研究，并探讨了直圆管突扩通道内宾汉流体湍流流动机理·     

稳定分层流动中湍流统计特性和输运特性的数值研究

采用大涡模拟方法研究了上下两层温度不同的稳定分层湍流,主要对其中的湍流尺度特性、统计特性和湍流输运特性,以及标量场的时空演化进行了分析研究.研究结果表明:浮力尺度沿流动方向先增加然后趋于某个稳定值,剪切越强,浮力尺度越大;翻转尺度沿流向也是逐渐增大,剪切越强,翻转尺度越大;统计特性的分析发现,在较大的区域内温度脉动的平坦因子都偏离Gauss分布,强分层条件下温度脉动的统计特性与速度脉动的统计特性有较明显差别;湍流混合的过程开始于小尺度运动,最后扩展到大尺度运动.     

偏正态混合效应模型中方差分量函数的参数Bootstrap推断

偏正态混合效应模型通过引入偏度参数,以便更好地刻画实际数据偏态特征,所以被广泛应用于众多实际领域.进一步,方差分量的假设检验一直是该模型的热点研究问题.因此,有必要在偏正态分布下系统讨论混合效应模型中方差分量函数的统计推断问题.首先,分别基于参数Bootstrap方法和广义方法探讨单个方差分量、方差分量之和、方差分量之比的单边假设检验和区间估计问题.其次,Monte Carlo结果表明,在所给样本量和参数设置下,参数Bootstrap方法大多数情况下优于广义方法.最后,将上述方法应用于空气质量指数的案例研究中,以验证所给方法的合理性与有效性.     

运动壁面槽道流动的直接数值模拟

采用谱方法,在曲线坐标系下对不可压缩Newton流体的N-S方程进行求解,采用定义在物理空间中的流动物理量以避免使用协变、逆变形式的控制方程．在计算空间采用Fourier-Chebyshev谱方法进行空间离散,时间推进采用高精度时间分裂法．为了减小时间分裂带来的误差,采用了高精度的压力边界条件．与其他求解协变、逆变形式控制方程的谱方法相比,该方法在保持谱精度的同时减小了计算量．首先通过静止波形壁面和行波壁面槽道湍流的直接数值模拟,对该数值方法进行了验证;其次,作为初步应用,利用该方法研究了槽道湍流中周期振动凹坑所产生的流动结构．     

粘弹性二阶流体混合层流场拟序结构的数值研究

本文用拟谱方法对随时间发展的二维粘弹性二阶流体混合层流场进行了直接数据值模拟,给出在高雷诺数和低Deborah数下大涡的卷起、配对和合并等过程,通过与相同雷诺数下牛顿流体的比较,揭示了弱粘弹性对混合层中大涡拟序结构演变的影响.     

湍流流场中激光传输的积分法研究

采用Born近似的Maxwell(麦克斯韦)方程组的积分解形式较少用于气动光学数值计算,其困难在于对该方程组的离散化数值计算.结合广义卷积-快速Fourier变换(GCV-FFT)方法,对在自由空间传播的Rayleigh-Sommerfeld衍射方程进行数值计算,可以达到比较高的精度.通过对Green函数及采样系数的修正,可以得到对气动光学现象进行数值仿真的积分解算方法;而用修正GCV-FFT结合数值积分的方法,对超声速湍流边界层中传输的激光光束进行数值计算,可以很好地对一些气动光学现象,如光束偏移、破碎等,进行数值模拟.由于这种积分方法不依赖傍轴近似条件,故给出的计算结果能够更接近问题的物理本质.     

无界区域中三分子模型的定态分歧

本文应用隐函数定理及Liapunov-Schmidt过程,讨论了二维无界区域中三分子模型的分歧问题,证明了在临界参数值附近定态分歧解的存在性,而这些分歧解关于x是周期的。     

超声速流场中6自由度物体运动的模拟研究

物体在流场中自由运动的模拟有很广泛的应用,文章描述计算6自由度(6DOF)刚体在超声速流场中自由运动的一种方法.流体部分求解LES方程,亚网格模型为拉伸涡模型.激波和刚体边界周围区域采用迎风型WENO格式,湍流区域采用低数值耗散的TCD格式.时间推进采用三阶的SSP R-K法.刚体采用6自由度模型,刚体姿态用四元数来表示,控制方程为常微分方程,采用四阶Runge-Kutta法求解.文章给出若干算例来验证程序的有效性,结果理想.     

三维可压缩Boltzmann模型及其在低Mach数湍流中的应用

改进了有限差分格子Boltzmann方法(FDLBM),以直接数值模拟气动噪声.基于LB求解器特性,采用动力学方程中的恒定对流速度以实施高阶迎风差分,提高了声波和湍流的分辨率.通过建立一个新的三维粒子模型,计算得到了任意比热容的三维可压缩Navier-Stokes系统.此外,利用Bhatnagar-Gross-Krook (BGK)碰撞算子,通过引入热流量修正,实现了Prandtl数的可变性.在激波管内弱声波以及伴随有温度梯度的Taylor-Couette层流的验证计算中,提出的新方法结果良好.此外也对NACA0012翼型绕流进行了三维模拟.其中,Reynolds数、Mach数和攻角分别取2× 105,8.75×10-2以及9°.计算发现,在机翼前缘附近的分离气流位置,以及表面压力波动强度的Maeh数依赖性方面,数值计算结果与实验结果相吻合.     

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。     

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．     

伴随层流-紊流交替的管流水击衰减特性分析

为了模拟低流速情况下的流态转换和水击波的实际衰减过程,针对管流瞬时流速接近临界流速而导致的层流-紊流交替出现的情况,分别将层流摩阻损失公式和紊流摩阻损失公式引入到传统的特征线法瞬变计算模型,建立改进后的瞬变模拟复合数学模型．通过数值方法对伴随层-紊流交替情况下的水击全过程进行模拟得到关阀瞬变的压力波动时程,与传统瞬变模型计算结果相比,该波动过程线具有更快的衰减速度．结果分析表明,瞬变波的衰减过程实质是弹性波的能量衰减过程,摩阻损失是导致瞬变波衰减的直接原因,当流速较大时,能量消散以紊流摩阻为主,当流速较小时,能量消散以层流摩阻为主．对于瞬变波衰减的模拟,考虑层流区的实际摩阻损失后的衰减速度比传统水击模型计算的衰减速度快,因此,在瞬变波衰减的模拟中必须充分考虑层流摩阻的效应．     

Numerical calculation of turbulent corner flows

Numerical predictions are presented of the hydrodynamic characteristics of developing and fully-developed turbulent flow in a square duct. The turbulent stresses in the plane of the cross-section, gradients of which cause the familiar secondary flows, are approximated by gradients in the axial mean velocity. Two distinct approximations are investigated, one of which specifies some of the model ‘constants’ as functions of the gradient of the length scale to account for wall effects. The stresses in the axial momentum equation are calculated from an eddy viscosity deduced from the K-W model of turbulence, K being the turbulence energy and W, a measure of the time-mean-square-vorticity fluctuations. The approximation incorporating wall effects generally performs better than the other when compared with fully-developed flow-data. This same approximation also compares favourably with data for developing flow and predictions based on K-? models in the literature.     

动脉中血液脉动流的一种分析方法

动脉中的血液流动被分解为平衡状态(相当于平均压定常流状态)和叠加在平衡状态上的周期脉动流,利用Fung的血管应变能密度函数分析血管壁在平衡状态下的应力-应变关系,确定相对于平衡状态血管作微小变形所对应的周向弹性模量和轴向弹性模量,并建立在脉动压力作用下相应的管壁运动方程,与线性化Navier-Stokes方程联立,求得血液流动速度和血管壁位移的分析表达式,详细讨论血管壁周向和轴向弹性性质差异对脉博波、血液脉动流特性以及血管壁运动的影响.     

圆管纤维悬浮湍流场中粒子运动的研究

利用从细长体理论出发得到的三维分段积分法和湍流简化方法模拟了大量纤维粒子在圆管湍流内的运动．统计了不同Re数下计算区域内的纤维的取向分布,计算结果与实验结果基本吻合,结果表明湍流的脉动速度导致纤维取向趋于无序,且随着Re数的增加,纤维取向的分布越来越趋于均匀．其后又考虑了纤维速度和角速度的脉动,二者都充分体现了流体速度脉动的影响,且纤维速度的脉动在流向上的强度大于横向,而其角速度的脉动在流向上的强度小于横向．最后统计了纤维在管道截面上的位置分布,说明Re数的增加加速了纤维在管道截面上的位置扩散．     

旋风分离器内流动的三维分析

本文详细阐述了旋风分离器内流动在球坐标系中的数学表述和结果,应用质量守恒定律和定常流动的运动定律,在轴对称的考虑下,用流函数方法详尽推导了流动的三个速度分量.此讨论是从三维的整体观点来全面分析流动状况的.此外,对文[1]中的一些结果作了必要的修正.