内燃机气缸内三维气体流场的数值模拟

从计算机模拟角度研究发动机缸内气体流动的全貌以探求合理组织气流的途径是当前国内外研究的重要项目，本文提出一个基于有限体积方法的方法，并应用于发动机缸内气流的数值模拟，最后与热线风速仪测量值进行了比较，给出了结果及分析。     

四气门汽油机中滚流运动的三维数值模拟

四气门汽油机中空气运动以滚流为主，滚流有助于改善燃烧过程．本文用ＡＬＥ方法进行了四气门汽油机中滚流运动的三维数值模拟．计算结果展示了在滚流缸内三维空间中形成及演变过程，及其湍动能场的变化规律．与实验结果的比较表明两者吻合较好，验证了计算结果的可靠性．     

衬套内爆ALE方法二维MHD数值模拟

早期关于二维磁流体力学方程组的描述都是在Lagrangian或Eulerian坐标内进行的。在Lagrangian描述中，计算网格固定在物体上随物体一起运动，网格点与物质点在物体的变形过程中始终保持一致，因此能准确描述物体的移动界面。但对于大变形问题，物质的扭曲将导致计算网格的畸形而使计算无法进行下去。在Eulerian描述中，网格固定在空间中，因而计算网格在物体的变形过程中保持不变，因此很容易处理物质的扭曲。但对于运动界面，需要引入非常复杂的数学映射，将可能导致较大的误差。     

涡流管内三维强旋转流场数值模拟与分析

涡流管内可压缩气体的强旋转流动是涡流管能量分离的根本原因和驱动力,因而涡流管内流场研究是揭示涡流管能量分离物理机制的首要关键问题。由于涡流管内可压缩气体的三维强旋转湍流流动,实验测量中存在诸多问题,而CFD数值模拟技术对此具有很大的优势。文中以涡流管内部流场为研究对象,建立了涡流管计算域模型并进行网格划分,讨论了边界条件、湍流模型以及线性方程组求解策略等问题,对不同冷气流率下的涡流管内三维强旋流流场结构特性进行数值模拟,获得了不同冷气流率下的旋转运动、轴向运动、径向运动和循环流的分布特性。研究表明Realizableκ-ε湍流模型能够充分反映强旋流动特点,数值模拟结果与文献中实验值基本吻合。     

抗爆容器内爆炸流场数值模拟

 采用计算流体动力学中的二阶精度TVD差分格式和特殊算子分裂法,按轴对称问题,对半球顶圆柱筒密闭式抗爆容器内部爆炸流场进行了数值模拟。计算得到的容器壁面载荷分布与实验结果基本一致。不同时刻爆炸流场压力分布图像清晰地描述了容器壁面的冲击波加载过程。     

水下气体射流初期流场的数值研究

水下气体喷射产生一个复杂的非稳态多相流场.为建立两相流场结构的预测方法,并揭示水下气体射流初期的流动演化和气水的相互作用,采用VOF两相流模型对水下气体喷射过程进行了数值模拟,分析了气体喷射形成的复杂流场结构.结果显示,在喷射初期,喷射形成的部分气泡在逆向涡流带动下向后翻卷;管口附近产生压力峰值区,该峰值快速衰减趋近于周围环境压力;射流过程中气液两相流场内形成了复杂的压缩和膨胀波以及涡旋运动.     

三维紧致修正方法和圆筒内自然对流数值模拟

本文发展了差分法求解流动与换热问题的三维非均分网格7点紧致格式,并利用延迟修正方法将其与SIMPLE算法相结合形成了一种三维紧致修正方法。利用所发展的紧致修正方法对圆筒内同心开缝圆筒的三维自然对流与换热问题进行了数值模拟,所获得的数值结果与实验结果一致。采用Richardson方法证实所发展的三维紧致修正方法大约具有4阶精度。进一步的数值计算表明,在特征参数Ra数大于一定值时,由圆筒内同心开缝圆筒的三维自然对流问题简化的二维模型数值结果与实验结果逐渐加大,用三维模型才能得到比较可靠的结果。     

可压缩轴对称射流流场近区的数值模拟

采用高精度差分方法对二维轴对称可压缩射流流场进行了数值模拟,研究了大尺度涡结构的形成和发展过程及其在射流雪展过程中的作用,计算结果显示了射流失稳后首先出现Ｋｅｌｖｉｎ－Ｈｅｌｍｈｏｌｔｚ非稳定特征,之后向下游发展的过程中, 一笥效应的增长导致涡的配对和对并;指出射流场中压力波动的分布是大尺度涡结构分布的直接结果。     

爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏作用的多物质ALE有限元模拟

应用LS-DYNA显式程序,基于多物质的ALE有限元法,利用罚函数实现了爆炸冲击波与玻璃幕墙结构间的耦合作用,重现了玻璃幕墙防爆炸实验中爆炸荷载的产生及其与玻璃幕墙相互作用的三维动态过程。研究了爆炸冲击波作用下幕墙结构的动态响应行为,分析了幕墙内外层玻璃的破坏情况。研究表明,数值模拟结果与实验结果一致,这为玻璃幕墙的抗爆设计及改进提供了重要的参考依据。     

压力恢复系统超声速扩散段三维流场数值模拟

 采用数值模拟的手段，对压力恢复系统超声速扩散段三维流场进行研究。数值模拟使用LU分解法和NND差分格式求解全Navier-Stokes 方程，并加入了湍流模型。对得到的流场结构进行了分析，为下一步工作打下了基础。     

自由电子激光三维数值模拟

在不降低计算精度条件下,保持FELEX程序的基本框架,我们采用了自接法,变量变换,制表等一系列改进措施,使自由电子激光三维模拟计算缩短了一到二个量级的CPU时间,并在PC386/25上实现了运行程序。     

电站调节阀内流场的三维数值模拟及实验研究

本文以电站调节阀为对象,通过先进的CFD软件与CAD相结合对阀门内部流场进行了数值模拟,一方面快速 准确地估算出流动的压力损失,另一方面为设计初期就预测其流动特性,为调节阀门改型优化设计提供先进方法。对于提 高我国电站调节阀的设计研究水平具有重要意义。     

脉冲磁场下金属熔体凝固流场的数值模拟

用ANSYS55有限元数值模拟软件对铝合金熔体凝固过程中的流场作了数值模拟，模拟结果和实验现象相符合.通过数值模拟发现，用数值模拟的方法不仅可以初步了解凝固过程中熔体的流动状态，而且可以了解凝固组织细化和产生缺陷的原因.因此，是一个值得注意的研究方向，有较大的实用价值.     

跨音速轴流压气机级三维粘性流场全工况数值模拟

采用一种快速求解三维粘性流场的计算方法求解跨音速轴流压气机级内部流场及全工况特性。该方法以LU-SGS-GE隐式格式和MUSCL TVD迎风格式为基础,结合壁面函数方法和简单的混合长度湍流模型,对三维可压缩雷诺平均Navie-Stokes方程进行求解。叶列间参数的传递采用混合平面方法并应用了微机网络并行计算技术。计算得到了NASA 37号低展弦比、跨音速轴流压气机级70％设计转速下的全工况性能曲线,并重点分析了其中一些典型工况下的内部流场。计算与实验结果的对比表明此方法能快速得到三维粘性流场的流动特性且计算精度较高,可用来模拟跨音速轴流压气机级内的全工况三维粘性流动。     

逆流式自然通风冷却塔流场及热质交换的数值模拟

以双曲型逆流式自然通风冷却塔为典型的研究对象，建立“热态模型”，即建立塔内气，水流动以及热质交换问题的数学和物理模型，在贴体非正交曲线坐标网格上用有限体积法构造差分格式，并运用ＳＩＭＰＬＥ算法对冷却塔流场和温度场进行了数值模拟。     

气体-颗粒掺混的数值模拟研究

通过数值模拟方法研究了圆管内湍流气体和压力旋流雾化喷嘴产生的液滴群的掺混规律.定义了掺混度、不均匀浓度因子和无量纲颗粒浓度定量评价掺混水平,根据这些特征参数,获得了掺混度曲线和截面等浓度线.分析了不同水气比、喷嘴雾化角度和颗粒直径情况下颗粒群对横向气流的影响以及气相对颗粒群掺混过程的作用.结果表明:颗粒群的加入使气相产生了尺度不同的涡,促进了气相湍流发展;近喷雾区,大尺度的涡造成了颗粒局部浓度较高,掺混度较低,但是经过较短的距离就能充分掺混,此时掺混度值较高,同时初始的喷雾形态和壁面处的较大速度梯度使得颗粒存在趋壁现象;水气比1:1、中等雾化角度90°和较大的颗粒更有利于掺混.     

建筑物周围绕流流场的三维数值模拟

运用κ-ε双方程湍流模型数值模拟了单个建筑物周围的空气流场,数值模拟结果与S.Muralami等人风洞实 验结果基本一致,在此基础上又模拟了一组建筑物群绕流的三维流场。     

自由电子激光振荡器的三维数值模拟

仔细地考查了与三维自由电子激光振荡器物理方程组相应的３－Ⅰ程序的可靠性。在此基础上使用该程序计算、分析了在电子束与光束同轴条件下，当电子束参数如能散度、发射度、束流等参量改变时三维自由电子激光的一些基本规律。     

干气密封三维微间隙流场数值模拟

采用三维流动求解器CFD-ACE ,以空气作为工作介质,对干气密封不同工况下的内部微间隙三维流场进行了数值模拟,得到了流场的压力分布及其产生的开启力,通过与文献中试验结果的比较和分析,三维流场的计算结果与文献中试验结果吻合较好.在考虑气体的可压缩性的情况下,直接求解N-S方程可对干气密封微间隙内的三维流场进行正确的描述.     

单只文丘利油燃烧器冷热态流场的数值模拟

针对文丘利油燃烧器流场数值模拟存在的特殊性，提出了一种分析模型和处理方法，进行了数值模拟结果与试验数据的对比分析，据此进一步对某舰船锅炉文丘利油燃烧器的冷热态流场进行了预测分析。