旋流泵全流道三维定常流场的数值模拟

本文在计算模型采用分块非结构化六面体网格的基础上,利用雷诺平均N-S方程,标准k-ε紊流模型,结合 SIMPLEC算法,数值模拟了旋流泵的内部流动,得到了旋流泵压力面、吸力面上的压力分布,同时也估算了叶轮的效率, 比较了旋流泵试验性能与数值模拟性能,有助于了解旋流泵的内部流动特性,指导旋流泵的水力设计。     

多级压气机非定常流场数值分析

通过双时间步求解三维非定常N-S方程,获取多级压气机内部非定常流场细节,为深刻认识多级、逆压环境下叶轮机内部非定常流动特征,进而提高其性能提供有益参考,分析结果表明:动/静叶排相干对下游静子叶片表面压力分布影响随着半径增大而增大;当上游尾迹输运至下游叶片通道时,低能量气流团将会充分与主流掺混,可能导致损失增加,当上游尾迹区域输运至下游静子前缘时,对应的叶栅通道低马赫数区域相对较小;由于下游静子叶片的位势作用,其对上游转子叶片尾缘流动结构产生较大影响,随着流面半径增大,下游叶片对上游流场的位势作用愈明显,非定常分离流动形式差别愈大.     

波动翼非定常流场IB-LBM数值研究

经过亿万年自然选择, 鱼类进化出非凡高效的游动能力, 研究其游动机理, 对改善现有潜水器的性能具有重要指导意义.针对类鳗鱼游动问题, 采用浸入边界法-格子Boltzmann方法(immersed boundary-lattice-Boltzmann, IB-LBM)对三维波动翼进行1×108网格大规模数值模拟.在广州超算中心天河-2上模拟了不同振动幅度下正弦波动翼的非定常运动, 给出了流场涡系结构及其产生的非定常力, 清晰捕捉了仿生翼非定常涡系演化过程.仿真结果表明IB-LBM方法能在较大运动边界情况下保持算法稳定性, 也能在较大网格下高效运行.同时精细捕捉不可压非定常流场涡系结构细节, 是一种较为理想的仿生运动数值模拟方法.      

探讨一种叶轮机非定常流数值模拟的方法

本文采用Jameson提出的双时间步法对单排叶栅进行了非定常流动数值模拟,其中非定常流动由近似上游尾迹 的进口边界条件产生,在此基础上将上述数值模拟工作扩展到多排。本文详细讲述了界面处理方法等具体实施过程。     

非结构网格上大涡模拟数值方法研究

随着计算能力的飞速发展,在非结构网格上进行大涡模拟是研究叶轮机械真实几何结构下复杂流动问题的有效途径。本文针对非结构网格上数值格式人工黏性过大的缺点,利用湍流中动能级联特性,发展了适用于大涡模拟的低耗散数值格式,并结合亚格子模型,考察了其在基础湍流算例中的有效性。通过与传统迎风格式的对比,说明本文发展的低耗散格式可以显著提高非结构网格上大涡模拟的精度和可靠性。     

液舱横荡非结构网格高阶格式数值模拟

提出一种液舱横荡数值模拟的方法,将气液两相交界面视为物理间断,通过高阶精度离散格式捕捉间断.根据NVD(Normalized Variable Diagram)实现非结构化网格上高精度离散格式,建立固定网格上自由表面运动模拟方法.在开发的非结构网格有限体积法求解器GTEA(General Transport Equation Analyzer)基础上,实现上述方法.首先对经典的溃坝过程进行模拟,并与文献结果对比验证方法和程序的可信度.对二维矩形液舱在不同激振频率时的横荡进行数值计算,并与实验以及商业软件CFX计算结果进行比较.结果表明方法和软件可以模拟自由面的翻卷、破碎运动现象,对距自由面较深点处流体载荷的计算结果与实验值符合较好,与商业软件CFX相比,在相同计算网格下,算法可以更好的计算次峰值,验证方法正确可行.     

非交错网格下三维准稳态激光重熔熔池数值模拟

对三维维稳态激光重熔问题进行数值模拟,模型考虑了熔池内金属液体的流动和换热。在非交错网格下,采用修正的动量插值技术和ＳＩＭＰＬＥ算法求解动量方程。数值结果表明表面张力温度系数δγ／δＴ对熔池内金属液体的流动方式有重要影响。当δγ／δＴ为－３．５×１０＾－６时,熔池中环。当δγ／δＴ为＋３．５×１０＾－４时,与负的表面温度张力系数情形相反,熔池中只存在沿逆时针方向流动的主对流环。通过灰铸铁激光相变硬     

离心压气机内部非定常流场的数值模拟

应用NUMECA软件对跨声速离心压气机级动静叶相互干涉形成的三维非定常粘性流场进行了数值模拟,给出了不同时刻叶片表面压力系数的变化曲线,不同时刻不同流向位置截面上速度沿流道宽度方向分布的变化曲线.模拟结果表明压力场和速度场的非定常特性主要表现在叶轮出口、径向间隙以及整个扩压器内.压力面上的非定常现象较吸力面上显著.     

湍动发生器内流场数值模拟及结构优化分析

对流浆箱内整流元件─湍动发生器进行了基于二相流动的数值模拟.主要是针对阶扩型和渐扩型两种湍动发生器结构形式,通过改变入口流速和湍动发生器结构参数进行了多种情况下的数值模拟计算.探讨了这些因素对湍动发生器的湍动发生性能影响,其结果对湍动发生器的结构优化具有较好的指导意义.     

含有大位移动边界的复杂流场的数值模拟

含有运动弹丸的膛口流场是典型的大位移动边界问题,同时弹丸在出膛过程中,流场的结构也会发生变化,增加了流场的复杂程度.在对该流场的数值模拟中,将它分为两个区:弹丸运动区和普通流场区,它们之间用一个特殊的分区边界联系,同时运用网格局部重构技术处理弹丸运动造成的网格变形问题,并将对称轴定义为网格变形边界,使得弹丸在对称轴上运动过程中不会导致对称轴上的网格体积为负.从计算结果可以看出整个膛口波系结构变化过程和弹丸先加速后减速的过程,从而表明该动网格处理方法是成功的.     

用涡方法数值模拟运动物体非定常流场

采用涡方法对静止圆柱绕流、简谐振动圆柱、静止NACA0012翼型绕流和运动扑翼的非定常流场进行了数值模拟和数值验证,对比验证结果较好.控制方程采用二维不可压缩N-S方程,根据算子分裂法,对流和扩散分别采用不同的时间步长.涡方法基于Lagrange坐标系的特点使其方便模拟运动物体的非定常流场.本文的工作为今后的翼型动态失...     

一种基于预估-修正策略的非定常流网格自适应加密/稀疏方法

给出一种非定常流动数值模拟的网格自适应处理方法.在"求解流动方程-自适应调整网格"的流程中,引入预估-修正步.根据自适应周期内每个时间步上的流场预估解,计算单元上的事后误差估算值.建立考虑解演变的网格自适应指示器,并进行多层次单元加密-稀疏的动态网格自适应处理.在自适应网格上重新计算流场.每个自适应周期中,流动演变区域的网格获得加密;而前一个周期中的特征现象已离开区域的网格被稀疏.应用边界非协调的当地DFD(Domain-Free Discretization)方法求解流动方程.为验证网格自适应处理方法,针对静止圆柱和自推进游鱼的流动进行了数值实验.     

激光相变烧蚀二维结构网格程序的数值计算

研究激光相变烧蚀二维结构网格程序,对液-气相变、固液汽三相物质进行整体模拟.激光相变烧蚀二维结构网格程序采用气化相变开始后在迎激光方向局部加密的重分方法,动量守恒方程采用Wilkins三角形回路积分法,能量守恒方程采用基于节点重构的扩散方程有限体积格式.     

一种含运动固壁超声速流动的Descartes网格算法

提出一种Descartes网格算法,用于数值求解含任意复杂及运动固壁的超声速流动问题.采用位标集函数确定和跟踪流-固界面.引入虚网格技术处理流-固边界条件,并沿法向和切向分别进行计算.该算法简单、稳健,可与高阶有限差分格式并用.选取一组一维/二维静止或运动物体绕流算例,验证其有效性.     

一维多介质可压缩流动数值方法

应用高精度界面追踪方法计算一般状态方程的多介质可压缩流动问题;应用LevelSet技术捕捉界面位置,在界面附近采用守恒数值离散,用双波近似求解一般状态方程Riemann问题,并采用统一高阶PPM格式进行内点和交界面点的计算.一维算例表明,该方法对于光滑区域以及多介质交界面具有二阶精度,能准确地模拟交界面的位置,交界面计算无数值振荡和数值耗散,并能处理一般状态方程的多介质可压缩流动问题.     

振动NACA0012翼型的移动网格数值模拟

利用流体力学方程的积分形式给出非结构移动网格上离散格式,利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度.对振动Naca0012翼型问题,分三种类型确定网格速度,再结合Riemann问题的解法器构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.数值实验表明这种格式同时具有高效、高分辨率的特点.     

含运动变形物体流场的数值模拟

基于含拓扑结构改变、可变形运动网格生成技术及动边界条件下的数值处理方法,对爆炸波通过有限入口进入建筑物内部的透射(infiltration)现象进行直接模拟.系统研究入口处门板不同运动、变形、脱落方式下,爆炸波在建筑物内部的传播过程和内壁面上的爆炸载荷,直接模拟门与挡板的碰撞、门的断裂及破片的抛洒过程.结果表明,所发展的用于含拓扑结构改变的运动可变形物体流场计算方法对该类问题的直接模拟行之有效.     

基于WENO重构的高阶移动网格动理学格式

提出一种基于WENO重构的高阶(至少三阶)移动网格动理学格式.利用流体力学方程的积分形式得到移动网格上离散格式,再利用自适应移动网格方法移动网格,进而得到网格速度,利用WENO重构得到高阶插值多项式,最后使用时间方向上精确的动理学数值方法构造数值通量,得到移动网格单元上新的物理量.数值实验表明这种格式同时具有高精度、高分辨率的特点.     

基于任意拉格朗日—欧拉型移动网格的反应流广义黎曼问题方法

提出一种在自由重映移动网格下的广义黎曼问题方法模拟反应流.该方法基于显式的自由重映移动网格广义黎曼问题的解.为保证在时间和空间上的高精度，应用广义黎曼问题方法构造数值通量.为保证反应区的高分辨率，采用变分法生成自适应移动网格.该方法不仅能够保证网格质量，而且能有效地避免任意拉格朗日—欧拉方法中由于显式重映过程而带来的数值误差.包括CJ爆轰及不稳定爆轰的数值实验说明该格式的精确性和鲁棒性，证明这种移动网格下的二阶广义黎曼问题方法可以较好地捕捉反应流的间断与光滑结构.