基于面元法回转体定长局部空泡的绕流计算

基于面元法 ,通过在回转体和空泡壁面放置源汇 ,对回转体定长局部空泡的绕流问题进行计算和分析 ,并讨论了空泡尾部速度过渡闭合模型对绕流计算的影响。计算结果表明 :本文的方法具有快速收敛的特征 ,第 1次叠代和最终收敛时空泡壁面切向速度的误差不超过 5 % ;随着回转体面元总数N的增加 ,局部空泡的空泡数趋于稳定 ;当回转体线型一定时 ,空泡数将随着局部空泡长度的增大而减小     

回转体表面条纹沟槽减阻水洞实验研究

本文在条纹沟槽表面减阻理论分析的基础上,对条纹沟槽表面回转体进行了大量的水洞实验研究。实验模型表面条纹沟槽采用直接加工方法,头部线型为双参数平方根圆头曲线,尾部线型为双参数尖尾曲线。实验结果分析表明,与相同形状、尺寸的光滑表面回转体相比,条纹沟槽表面回转体在一定速度范围内存在很好的减阻效果,最大减阻量超过6%,且在小攻角范围内减阻量基本稳定,对回转体升力特性也没有影响。对比不同尺寸条纹沟槽的减阻效果发现,降阻量不但随条纹沟槽宽度S变化,而且随来流速度U∞变化,即与无因次沟槽宽度S (文中近似取S =S.LRe2Ckx,其中k为总阻力Cx的修正因子)存在着一定的关系。对于V型条纹沟槽具有减阻效果的S 的范围在10到60之间。本文研究证明,条纹沟槽表面减阻技术在水下航行器设计领域有着很好的应用前景,同时文中所取得的研究成果对该技术的应用具有一定的促进作用。     

关于用扰动速度图法求解对称楔超空泡绕流的一个注记

本文给出了文献[1]中对称楔超空泡绕流的阻力系数计算公式。此公式与平板绕流的试验结果[2]及Lindsey[3]的对称楔的试验结果非常吻合。     

圆柱绕流的非线性动力学全局性太分析

针对圆柱绕流个具体问题，利用Galerkin方法得到了与之相应的离散化的动力学系统，确定了该离散化系统的所有无穷远奇点及其稳定性，为进一步深入研究圆柱绕流动力学性太提供了基础。     

绕流直接数值模拟误差分析

对于无边界绕流问题的计算流体力学模拟通常是将物体置于“足够大”的槽道中,而通过不断改变槽道尺寸以及离散网格密度,后验对比方式来检查模拟误差。本文结合多种经典流场理论,提出一种简单的先验误差估计方法来确定槽道尺寸以及相应的网格分布。在此方法中,对于槽道尺寸的确定基于线性叠加原理（即在极小雷诺数下采用Stokes理论解叠加,而在其他雷诺数条件下采用势流理论解叠加）,来估计槽道尺寸对绕流结果的影响。而对网格尺寸与分布,则是使用多项式逼近中的基本误差分析工具,应用到速度边界层,远场势流,以及Rankine涡等简单流动,从而确定整个绕流问题中的离散误差。为了验证前面的理论分析结果,本文模拟了相当大雷诺数范围内的二维翼型以及三维圆球绕流,所得数值结果非常好地验证了理论分析。结果表明,对于Stokes流动问题,槽道尺寸需要大约100倍于物体特征尺寸来保证其结果与无边界绕流相差不超过1%;而在雷诺数超过大约100时,槽道尺寸只需10倍（二维绕流）或者5倍（三维绕流）于物体特征尺寸来达到同等精度。在此先验误差估计方法可应用于一般化的绕流问题。

     

圆柱绕流的非线性动力学

本文利用非线性动力学的概念和方法来研究粘性不可压缩流体的二维圆柱绕流问题．计算了定常流失稳以及出现混沌的临界雷诺数，并估计了混沌解的一些统计特征．     

圆柱绕流的非线性动力学全局性态分析

针对圆柱绕流这个具体问题，利用Ｇａｌｅｒｋｉｎ方法得到了与之相应的离散化动力学系统。确定了该离散化系统的所有无穷远奇点及其稳定性，为进一步深入研究圆柱绕流动力学性态提供了基础。     

弹性支撑圆柱绕流稳定性分析

基于CFD 技术,采用系统辨识方法,建立了亚临界雷诺数(Re < 47) 下绕圆柱流动的非定常气动力模型(reduced order model, ROM). 耦合结构运动方程和降阶气动力模型,建立了弹性支撑圆柱绕流的稳定性分析模型. 算例分析了亚临界雷诺数下,结构固有频率、质量比等参数以及支撑方式对弹性系统稳定性的影响. 对于单自由度横向支撑圆柱,当结构固有频率趋近流动最不稳定模态频率时,弹性系统会在一定频率范围内失稳,这种现象最低可在Re~20 时出现. 旋转自由度的释放能够进一步降低系统的稳定性,可将临界雷诺数进一步降低至18 左右. ROM 方法不仅具有很高的效率,而且清晰地指出了弹性系统失稳的根本原因:流动模态和结构模态耦合作用导致结构模态失稳所致. 因此,失稳状态下系统振荡频率锁定于结构固有频率. 基于ROM 技术预测的失稳边界与直接CFD/CSD 仿真结果吻合,证明了该方法的正确性和精度.      

中等Reynolds数平板绕流的动理论分析

郭永怀先生1953年给出的中等Reynolds数下、不可压缩流体有限长平板绕流的解析解是边界层理论中的经典工作.许多研究者对平板绕流阻力系数的郭永怀公式以及后续工作进行了 评估,评估的依据是Janour与Schaaf和Sherman的实验数据.本文的动理论分析和计算表 明: Schaaf和Sherman在低亚声速条件下(郭永怀先生1953年给出的中等Reynolds数下、不可压缩流体有限长平板绕流的解析解是边 界层理论中的经典工作. 许多研究者对平板绕流阻力系数的郭永怀公式以及后续工作进行了 评估, 评估的依据是Janour与Schaaf和Sherman的实验数据. 本文的动理论分析和计算表 明: Schaaf和Sherman在低亚声速条件下(郭永怀先生1953年给出的中等Reynolds数下、不可压缩流体有限长平板绕流的解析解是边 界层理论中的经典工作. 许多研究者对平板绕流阻力系数的郭永怀公式以及后续工作进行了 评估, 评估的依据是Janour与Schaaf和Sherman的实验数据. 本文的动理论分析和计算表 明: Schaaf和Sherman在低亚声速条件下(郭永怀先生1953年给出的中等Reynolds数下、不可压缩流体有限长平板绕流的解析解是边 界层理论中的经典工作. 许多研究者对平板绕流阻力系数的郭永怀公式以及后续工作进行了 评估, 评估的依据是Janour与Schaaf和Sherman的实验数据. 本文的动理论分析和计算表 明: Schaaf和Sherman在低亚声速条件下(郭永怀先生1953年给出的中等Reynolds数下、不可压缩流体有限长平板绕流的解析解是边界层理论中的经典工作.许多研究者对平板绕流阻力系数的郭水怀公式以及后续工作进行了评估,评估的依据是Janour与Schaaf和Sherman的实验数据.本文的动理论分析和计算表明:Schaaf和Sherman在低亚声速条件下(0.16相似文献   

一类滞回系统混沌振动的数值分析

在不同参数下,Brouc-Wen滞回模型使系统具有软或硬式响应特性,导致系统有非线性振动特性。利用数值方法,本文给出单自由度滞回系统 稳态振动最大振幅与频率之间的关系曲线。分析了滞回参数对硬式响应特性滞回振动系统的分叉与混沌的影响,发现一些新的现象。     

ON THE PARTIALLY CAVITATING FLOW AROUND TWO-DIMENSIONAL HYDROFOILS

The steady partially cavitating flow around two-dimensional hydrofoils was simulated numerically by the low-order potential-based boundary integration method. The cavity shape and length are determined for given cavitating numbers in the course of iteration by satisfying the kinematic and dynamic boundary conditions. The re-entrant jet model and the pressure-recovery close model are adopted to replace the high turbulent and two-phase wake forming behind the cavity. The results are compared with the other published numerical ones.     

轴对称组合弹性体初应力分析的边界元传递矩阵法

基于边界元与传递矩阵法耦合基础上，提出了一种分析轴对称组合弹性体初应力的新方法。利用边界元和传递矩阵进行分域计算轴对称组合弹性体的初应力，无需在整个结构上进行矩阵组装，只需在轴对称子午面的边界上进行离散。故该方法具有输入数据少，计算精度高及所需计算机内存小等优点，适合在微机上求解大型复杂轴对称组合结构问题。文中给出了一个组合厚壁圆筒的计算实例，分别与有限元解和理论解进行比较；结果表明：本文所提出的     

细长体大迎角非对称涡流的数值研究

通过数值方法对大迎角细长体低速湍流流场的模拟,探讨头部顶端极小扰动对细长体非对称绕流形成与发展的影响.结果表明在细长体顶端附近施加极小扰动可以模拟出实验观测到的非对称流场,非对称的涡系结构沿轴向是逐步发展的,截面侧向力沿轴向的分布呈现正弦型曲线的变化特征,扰动能量经过指数增长后达到饱和,有效扰动的规模影响涡流非对称性的大小及分布,单侧扰动产生的流场非对称性随扰动周向位置的变化呈现单周期性规律.小扰动诱发非对称的数值算例表明非对称绕流的形成是源于流场的空间不稳定性机制.     

空化、超空化流动的数值模拟方法研究

基于结构化网格,运用可压缩流N—S方程及k-ε湍流模型对流场进行求解,在低压区域引入一种基于混合密度函数的空化模型对轴对称体的空化、超空化流动进行了数值模拟．通过将半球圆柱的计算结果与实验数据和前人的计算结果进行对比,验证了所发展的数值方法的可靠性．最后,采用非定常的数值方法,研究了钝头体射弹的空化、超空化流动特性,并模拟了其超空泡的发展过程．     

同轴圆柱间滑移旋转流动问题的同伦解析解

从理论上研究了具有延伸柱面的同轴圆柱间滑移流动问题.通过引入适当的相似变换将控制方程组转化为一类非线性边值问题, 利用同伦分析方法首次获得问题的近似解析解, 分析讨论滑移参数、雷诺数和内外筒半径比对流动的影响.结果表明: 滑移边界参数对剪切应力有较大的影响, 滑移边界小的流体对壁面和边界层内流场施加了更大的剪切力; 增大雷诺数Re, 能增大内筒的壁面剪切力和扭矩; 内外筒半径比对流动结构也有较大的影响, 内筒半径固定, 增大外筒半径能够减少内筒的纵向剪切力.      

PHYSICAL AND MATHEMATICAL SIMULATION OF THE AXISYMMETRIC TURBULENT FLOW AROUND A BODY OF REVOLUTION WITH A LARGE ASPECT RATIO

Journal of Applied Mechanics and Technical Physics - A computational and experimental analysis of the properties and fundamental features of a turbulent boundary layer on an elongated axisymmetric...     

绕栅中水翼空化流动的数值和实验研究

采用数值计算和实验研究的方法研究了绕水翼和栅中水翼的非定常空化流动. 实验采用高速录像技术分别观察了绕水翼和栅中水翼云状空化形态随时间的变化, 测量了升阻力, 并对测量数据进行了频率分析. 计算时空化模型选用了能比较准确描述旋涡空化非定常特性的Kubota模型, 湍流模型采用能准确捕捉流场非定常特性的FBM模型. 计算模型的可靠性用实验结果进行验证. 结果表明, 计算与实验的结果基本一致, 相比绕单个水翼的空化流动, 绕栅中水翼的空穴厚度比较薄, 翼型近壁处的逆压梯度较小, 反向射流的速度较小, 且水汽混合区速度梯度较小, 空穴的脱落周期变长, 平均升阻力系数较小      

小Kc数振荡流中圆柱绕流流场结构的数值分析

本文综合Chorin的涡方法、网格涡方法和泊松方程快速解法的优点,采用固定离散涡的数目和位置,随时间变化调整离散涡强度的计算方法,对Kc数在1到5之间,β数在10到1665之间圆柱在振荡流动中的流场结构进行了数值模拟。并与U型振荡水槽中的流场涡结构显示照片比较,计算结果表明,数值解在稳定性和收敛性方面都是比较好的。与显示照片相比,其符合程度也是令人满意的。