THE OPTIMAL SOLUTION FOR THE TWO-DIMENSIONAL CONVECTION-DIFFUSION MODEL IN BATCHING PRODUCT PIPELINE

将一种简化的自适应网格应用于顺序输送二维混油模型的计算中,网格的疏密程度由速度和浓度梯度控制且用动网格取代传统的固定网格。混油模型中采用混掺长度理论计算速度场和扩散系数,并考虑了油品黏度变化对混油的影响。提高传统数值解法的精度,减少计算量,使之适应于长输管线顺序输送的混油数值计算。通过在计算机上的数值模拟实验,证明了该方法的有效性,分析了雷诺数、输送顺序对混油的影响并得到混油随输送距离的变化规律。     

顺序输送混油过程的二维数值分析

采用二维对流扩散模型对成品油顺序输送中的混油问题进行了数值模拟研究, 运用目前求解对流扩散方程比较有效的两步法, 对层流态和湍流态顺序输送的混油段流动分别进行了数值计算, 分析了层流态和湍流态下的顺序输送规律, 表明湍流态输送比层流态输送的混油量要小, 并得到了混油截面平均浓度随时间的变化特点, 以及湍流扩散系数对混油浓度的影响规律.     

模型燃烧室内瞬态紊流的大涡模拟

本文采用三种不同亚网格尺度模型对带有V型稳定器的模型燃烧室二维瞬态紊流流动进行了大涡模拟。并在交错网格系下用SIMPLE算法和混合差分格式求解离散方程。数值研究拟不同型式入口速度分布和不同亚网格尺度模型下模型燃烧室二维瞬态紊流流场。计算结果表明不同入口速度分布和不同亚网格尺度模型对瞬态流场和出口速度分布有一定的影响。本文通过数值模拟,揭示了V型稳定器后旋涡的产生和脱落过程。通过计算结果及实验数据的比较可知,本文采用的亚网格尺度模型可以用来模拟模型燃烧室紊流流场及稳定器后面回流区的流动情况。     

用任意不规则网格求解N-S方程

引入辅助点法开发了新的通量近似计算方法,建立了采用任意不规则畸变网格作为控制体积的单元中心有限体积求解Navier—Stokes的方法。它以同位网格作为变量布置方式,压力一速度耦合采用SIMPLE方法。数值算例表明,该算法对高度不规则的畸变网格适应性强;其改进了传统算法在不规则网格下计算的困难,保证了模型在高扭曲度的网格下的整体计算精度不受网格拉伸畸变和剪切畸变的影响。     

NORMAL GRID RULE FOR HYPERSONIC HEAT FLUX NUMERICAL SIMULATION

采用数值求解雷诺平均Navier-Stokes 方程方法对高超声速钝双锥模型进行了计算,比较了不同法向网格尺度对热流计算的影响,并在此基础上提出了一种适于热流计算的网格准则. 研究表明:在实际外形的热流计算中,使用过密或过粗的法向网格均不利于得到准确的热流数据;采用该文提出的基于当地温度梯度的法向网格尺度准则可以在保证热流计算精度的同时实现较高的收敛速度.     

搅拌摩擦焊接数值模拟的网格敏感性分析

利用完全热力耦合模型,通过对具有不同网格尺寸的焊接构件有限元模型的计算,分析了网格敏感性对模拟结果的影响,同时简要分析了焊接过程中温度分布和残余应力大小及分布形式。数值结果表明,网格密度影响计算误差,同时决定着计算效率和计算成本。随着网格密度的增加,计算结果的精度得到提高,当网格加密到一定程度,计算结果的精度并没有随着网格密度的增加成比例的增加。焊接过程中温度近似呈稳态分布,焊接构件的纵向残余应力分布呈现典型双峰特征,这些现象都与已有试验所得结论吻合。     

潜堤上波流传播的完全非线性数值模拟

利用时域高阶边界元方法建立模拟波流混合作用的完全非线性数值水槽模型, 其中自由水面满足完全非线性自由水面条件. 采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面, 运用4阶Runge-Kutta方法更新下一时间步的波面和速度势. 为了减少计算域, 提高计算速度, 采用同时消除底面和侧面的镜像格林函数; 在每一时间步内, 对网格进行重新划分以避免由于网格运动变形而引起的数值不稳定问题. 对水流中淹没潜堤上的波浪变形在水槽中开展了物理模型试验, 并把试验结果和数值结果进行了对比, 吻合得很好. 进一步研究了水流及潜堤的存在对高阶谐波产生的影响.      

质点积分守恒重映方法

针对大变形流体动力学数值计算中经常需要应用的网格重构与物理量重映技术,提出了一种逻辑简单的质点积分守恒重映方法。将旧网格细分为众多有体积的质点,并将旧网格的物理量分配到各个质点,新网格各守恒量的积分直接由落在新网格内的所有质点的物理量累加。建立了收敛速度极快的计算格式,采用的控制体很好地解决了速度的重映计算问题。分析了此守恒重映方法的收敛性与守恒性,研究了积分控制体对速度计算的影响。     

多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法

天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。     

基于p型有限元法和围线积分法计算复合型应力强度因子

传统有限元法由于采用低阶插值计算应力强度因子时,需要划分的网格数较多,收敛速度较慢,得到的应力强度因子精度不足。p型有限元法在网格确定时通过增加插值多项式的阶数来提高计算精度,具有网格划分少、收敛速度快、精度高、自适应能力强等特点。本文采用基于p型有限元法的有限元计算软件StressCheck计算得到应力场和位移场,并由围线积分法导出混合型应力强度因子(SIFs)。通过几个经典算例,分析了围线的选择对计算精度的影响,计算了不同裂纹长度、不同裂纹角度和裂纹在应力集中区域不同位置时的应力强度因子。并将数值结果、理论解与文献中其他数值计算方法所得的部分结果进行了对比分析,结果表明自由度数不大于7000时,导出的应力强度因子相对误差最大不超过1.2%,数值解表现出较高的精度及数值稳定性。     

求解一类网格结构模型的代数多重网格法

针对网格结构离散模型的特点,设计了一类适用于求解大规模二维网格结构数值计算的代数多重网格方法,详细描述了代数多重网格方法中粗化策略与插值算子的构造,并在此基础上得到了一类以该代数多重网格为预条件子的预处理方法。数值试验表明,本文建立的代数多重网格方法及相应的预处理方法是健壮的,具有较好的数值效率,非常适合于大规模网格结构材料的数值计算。近似连续模型的建立为代数多重网格方法的可靠性和计算的准确性提供了有效的理论基础。     

多尺度嵌入式离散裂缝模型模拟方法

天然裂缝性油藏和人工压裂油藏内裂缝形态多样,分布复杂,传统的离散裂缝模型将裂缝作为基岩网格的边界,采用非结构化网格进行网格划分,其划分过程复杂,计算量大。嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而提高计算效率。然而,在油藏级别的数值模拟和人工压裂裂缝下的产能分析中,仍然存在计算量巨大、模拟时间过长的问题。本文提出嵌入式离散裂缝模型的多尺度数值计算格式,使用多尺度模拟有限差分法研究嵌入式离散裂缝模型渗流问题。通过在粗网格上求解局部流动问题计算多尺度基函数,多尺度基函数可以捕捉裂缝与基岩间的相互关系,反映单元内的非均质性,因此该方法既有传统尺度升级法的计算效率,又可以保证计算精度,数值结果表明这是一种有效的裂缝性油藏数值模拟方法。     

适用于高速层流翼型的计算网格研究

高速层流翼型计算的敏感性在于转捩位置的判定与后缘压缩流的捕捉,其气动力系数和流场计算精度受计算网格影响很大。本文针对高速层流翼型流场计算的特点,考虑计算网格的关键影响,提出了影响近壁网格分布和远场网格分布的关键参数,并通过优化研究找出了能显著提高计算精度的网格分布要求。计算结果表明,对基于SST k-ω的γ-Re_(θt)转捩模型RANS数值求解方式,优化网格的网格量(9.6万)在相对于标准网格的网格量(8万)仅增加20%的情况下,显著提高了高速层流翼型LRN1015等的气动特性数值模拟精度,有利于层流翼型的设计与分析。     

驻定斜爆轰波并行数值模拟

采用多组分化学反应Euler方程组对驻定在高速飞行弹丸上的斜爆轰波流场进行了数值模拟。计算中分别采用TVD格式和基元反应模型,并基于并行编程模型MPI（message passing interface）实现了非结构网格上的并行计算,对流项和化学反应项用时间分裂法进行处理。计算结果表明并行计算能有效地提高计算速度,扩展计算规模,为进一步研究超驱爆轰推进技术奠定基础。     

气体动理学统一算法中相容性条件不满足引起的数值误差及其影响研究

求解玻尔兹曼(Boltzmann) 模型方程的气体动理学统一算法(unified gas kinetic scheme,UGKS) 是为模拟存在显著稀薄气体效应流动而建立的. 在该方法中,如果速度空间离散采用传统的离散速度坐标法(discreteordinate method,DOM),将会导致相容性条件得不到严格满足,从而引入数值误差. 本文从理论分析及数值试验两方面说明了该数值误差,正比于来流马赫数,反比于来流努森数. 引入了守恒型的离散速度坐标法(conservativediscrete ordinate method,CDOM),在离散层面上确保了相容性条件得到严格满足. 圆柱绕流计算结果表明,来流马赫数较高、努森数较小时,相容性条件满足与否对计算结果影响较大,采用CDOM 可以在较稀的速度空间网格上得到网格无关解,缩减计算量最大可达2/3.      

k-ε双方程湍流模型对制退机内流场计算的适用性分析

为研究不同双方程湍流模型对制退机内复杂流场计算的适用性,以某火炮制堪机为研究对象,建立了实际结构下的三维计算模型,利用动网格与滑移网格技术.实现了火炮实际后坐速度下的制退机内部三维运动流场的数值计算.分别采用标准k-ε模型、RNGk-ε模型和Realizablek-ε模型计算制退机内部各腔室压力,与实验曲线对比,结果表...     

适用于浸入边界法的大涡模拟紊流壁面模型

基于近壁定常剪切应力假设,提出了一种新的适用于浸入边界法的大涡模拟紊流壁面模型。通过引入壁面滑移速度,修正了线性速度剖面计算得到的壁面剪切应力,使之满足Werner-Wengle模型。将其应用于平板紊流和高Re数圆管紊流的数值模拟,对比采用和不采用壁面模型的结果得知,采用此模型的速度剖面与实验值吻合良好,验证了此模型的有效性。研究了不同欧拉/拉格朗日网格相对位置对结果的影响,证明了此模型具有较好的鲁棒性,以及可根据局部流动状态和网格精度自动开闭的特点。     

稳态斜轧延伸过程的刚塑性伽辽金法模拟

将无网格伽辽金法(Element-Free Galerkin Method,EFGM)与三维刚塑性流动理论相结合,对斜轧延伸过程进行了数值模拟。详细推导了斜轧延伸过程EFGM数值模型的刚度方程,给出了初始速度场和速度边界条件的建立方法和刚性区域的处理技术。得到的轧件的物理形态和金属流动的速度场均与实际情况相符,证明了采用EFGM计算斜轧延伸过程的可行性与正确性,将无网格算法引入到了斜轧领域。并将轧制力和壁厚的计算结果与实验结果进行了比较,结果发现：实验得到的轧制力结果偏小而壁厚值却偏大,其主要原因是由于在建模时做了简化和假定,同时也受轧机弹跳的影响。     

复杂边界稠油油藏蒸汽注采过程自适应网格法的研究

将自适应网格法推广到复杂边界稠油油藏的蒸汽注采过程,针对复杂边界附近的网格提出相应的粗化算法。首先,在实施自适应网格算法之前对边界上最精细网格上的计算参数进行预处理以提高计算精度,然后,再利用同样的预处理方法对自适应网格法中边界处的各层次粗网格的渗透率进行粗化。在建立动态AMR网格系统的网格粗化准则中,仅采用油藏温度和各相饱和度的空间变化作为控制阈值,这样边界区域在相变锋面未到达时将自适应地采用粗网格进行计算。数值算例显示边界附近自适应地采用粗网格进行计算并不影响油藏数值模拟的计算精度,自适应网格法在保持计算精度的同时,大幅度提高了计算速度。     

冷喷涂中粒子与基体的高速冲击过程

利用非线性动力分析软件LS-DYNA,对冷喷涂中铜粒子与铜基体的碰撞过程进行了3维数值分 析。研究沉积粒子与被喷涂基体的变形行为以及影响数值模拟结果的关键因素。数值模拟结果表明:通过3 维模型获得的铜粒子与铜基体在碰撞结束后的沉积形貌与实验观察吻合很好,比采用2维模型获得的模拟结 果更精确。另外,3维模型的网格尺寸对喷涂粒子的临界速度和粒子的变形行为也有很大影响,随着网格尺 寸的减小,粒子的临界速度及扁平率逐渐减小,压缩率逐渐增大,利用插补法获得的网格尺寸为0时的铜粒子 临界速度、扁平率及压缩率与实验结果吻合很好。