搅拌器内部流动的无网格法三维数值模拟

本文将移动粒子半隐式法(MPS)的基本算法由二维扩展至三维。将圆柱坐标系引入到初场粒子的布置中,避免了在笛卡儿坐标系下处理不规则形状(如斜边或曲边)问题时粒子初场布置困难和精确度较低的问题,改善了对计算边界条件表达的精确性。引入移动边界模型,对直叶片搅拌器的内部流动进行了三维数值模拟。还提出了一种新的初始粒子布置简易方法,明显简化粒子初始布置时的复杂程度,提高了对三维复杂几何形状问题的可操作性。     

基于MPS法的圆截面液体射流数值模拟

传统网格方法在模拟液体射流流动中的断裂和破碎等液体大变形过程时存在困难,本文引入无网格移动粒子半隐式方法,对圆截面液体射流的复杂非定常流动过程进行数值模拟.基于进口速度边界条件建立了连续进口流动模型,对三类典型的射流流动,即壁面射流、竖直向上自由射流和自由射流碰撞等进行了建模和数值模拟,并对特征流动现象进行定性分析,验证了移动粒子半隐式法对上述射流流动数值计算的正确性,为相关研究提供了一种新的数值方法.     

基于无网格法的水中气泡上升运动数值模拟

本文对无网格法的一种-移动粒子半隐式法(MPS)进行了较深入的研究,介绍了该方法的基本原理和算法,推导并建立了表面张力和气液两相流等若干粒子作用模型,编程实现了二维情况下水中气泡自由上升运动的数值模拟;对计算结果进行分析并与相关实验结果进行了定性比较,模拟结果显示了移动粒子半隐式法在模拟自由表面和气液两相流问题的优越性,也为研究涉及到大变形的相关问题提供了很好的解决思路.     

基于MPS方法的汽泡凝结数值模拟研究

采用移动粒子半隐式(MPS)方法对静止过冷水中单个汽泡的凝结现象进行了数值模拟,研究了不同初始压力和初始直径时饱和蒸汽汽泡凝结过程,获得了凝结过程中汽泡形状、当量直径和压力的变化规律;汽泡初始压力为0.1～0.5MPa,初始直径为2mm、3mm和5mm;过冷水压力为0.1MPa,温度为70℃。结果表明两相界面不存在压差时,凝结过程中汽泡始终保持球形,汽泡当量直径逐渐减小,压力近似不变;相界面存在压差时,凝结过程中汽泡从球形逐渐变为心形、半月形,汽泡当量直径和压力会出现周期性振荡,且初始压力越大振荡幅度越大。     

基于MPS法对亲/疏水孔隙流通特性的研究

本文模拟了液体连续流过平板上一孔隙的过程,通过为平板和孔隙表面设置亲水条件和疏水条件,研究了液体流过亲/疏水孔隙的流通特性。研究表明,在较低的初始速度下,液体通过疏水条件的孔隙所形成的液柱直径小于亲水条件下的液柱直径,疏水条件下,流过孔隙的液柱直径大约与孔隙的最小孔径相等,而亲水条件下,流过孔隙的液柱直径与液体在孔隙下端的浸润范围有关。随着初始速度增加,亲水条件下的浸润范围会逐渐减小,液柱的直径也随之逐渐减小。     

无网格粒子法壁面边界特性研究

针对无网格粒子法下的离散壁面边界,通过基于粒子数密度的机理分析,证明了离散数值边界与真实边界之间存在差异。分别在二维和三维尺度下,通过计算并分析典型情况下近壁面零散流体粒子的运动轨迹,验证了该差异的存在并展示了壁面对流动产生影响的方式和相关现象。结果表明,数值壁面边界未能完全准确描述真实物理边界,壁面对流体的影响区域并非完全非光滑平顺,这对近壁面流动尤其是低速零散流体粒子会产生一定影响。     

毛细血管内原位血栓形成的MPS模拟

血小板在原位血栓形成过程中起着重要作用.本文将血液离散为具有血浆和血小板特性的粒子,根据原位血栓的生理形成过程提出了壁面吸附的血小板与被吸附的血小板间的吸附作用力模型,使用移动粒子半隐式方法(MPS)模拟了毛细血管受损壁面处血小板聚集形成原位血栓的过程.模拟结果再现了管壁面受损处原位血栓的形成过程,结果显示原位血栓形成...     

基于MPS方法的水平圆柱表面液滴流动现象研究

本文改进MPS方法的壁面边界条件,模拟了不同液滴-圆柱尺寸比α和Do数下的水平圆柱表面液滴流动现象。结果表明,该现象可以分为四个阶段,即初始接触铺展,周向铺展而轴向收缩,顶部收缩而底部汇合以及底部液滴落下。在α和Re数-定的情况下,随Do的增大,液滴会依次出现四种运动形态,即稳定停留在圆柱顶部,稳定停留在圆柱底部,在圆柱底部汇合后落下以及在圆柱底部汇合前落下。随α减小,形态转变的Do数区间会减小,在α足够小时,底部停留的形态会消失。     

ECMO氧合器血液流动数值模拟及损伤评估

为准确获得ECMO氧合器内血液流动细节,本文以交错排布的120根中空纤维束构成的简化氧合器为对象,采用基于沉浸边界法(IB)的自编程序对二维稳态血液层流进行数值模拟。结果表明,中空纤维束区域血液运动黏度变动范围在3.37～7.04×10^-6m²/s,模拟时需要考虑血液的流变特性。通过对比IB自编程序与商业CFD软件Fluent的计算结果可知,最大壁面切应力和压降的最大相对误差分别为3.38%和2.9%,验证了IB自编程序计算氧合器微间隙流道内血液流动的准确性。与基于多孔介质假设的一维半经验公式相比,IB自编程序能够反映沿程粘性损失和惯性损失的变化,并可依据切应力累积值、溶血指数、血细胞停留时间三个指标对氧合器血液损伤风险进行综合评估。研究结果可为ECMO的性能预测、临床运行参数调节提供科学依据。     

不可压缩合成喷流场的数值模拟

本文对不可压缩合成喷流场进行了数值模拟,得到了其流场信息,结果表明：合成喷射流是由于连续涡对在运动过程中涡量损失到周围流体中形成的,它可分为涡形成段,涡平移及破裂段,射流主段;射流主流速度一直向外,但依靠喷口附近的流体吸入,在一个周期内,合成喷腔体内的净质量流量为零;合成喷射流的截面速度与常规连续喷类似,具有自相似性。数值结果与实验的比较同时也表明本文对不可压缩会成喷流场的模拟是可行的。     

时间推进法求解离心泵内部不可压流场

本文使用时间推进法求解离心泵内部不可压缩流的紊流时均Reynolds方程。选用Boldwin-Lomax双层代数紊流模型,对流项采用中心差分格式离散,时间推进项选用四阶显式Runge-Kutta求解方法。对离心泵在0.4、1.0、1.5倍的设计工况点进行了数值计算。计算所得到的流量扬程点与实验值相吻合,在小流量工况点效率吻合很好,在设计工况和大流量工况点效率偏高,文中讨论了叶轮出口压力分布、蜗壳外壁面上的静压分布及载荷随叶轮半径的变化规律。     

用谱方法数值模拟槽道内的气固两相流动

在数值模拟领域内,谱方法具有收敛快、分辨率高和精度高的优点．谱方法处理边界方便,随着数值方法的改善和计算机的发展,它在数值模拟中的作用愈加重要．这里采用谱方法数值求解三维Ｎ—Ｓ方程,用这一方法计算了直槽道内流体的流动．计算得到的层流和湍流结果与理论结果符合地较好．在此基础之上进一步模拟了几种不同槽道内的三维粘性流体层流流动,特别在弯曲槽道内的流动计算中,发展了源项处理方法,正确地反映了弯曲固壁对流体流动的影响．通过对湍流计算获得的脉动速度场的统计可以得到湍流运动的许多统计量,正确地反映了湍流运动的特征,说明可以用模拟得到的流场来代替真实的流场．进行了气固两相流动的研究,由直接模拟得到的流体瞬时速度场对固体粒子的作用进行了粒子运动的模拟计算,得到了颗粒在真实流场中运动的浓度,轨道等有用信息和运动特性,得到了令人鼓舞的结果．     

混合层流动的格子涡方法数值模拟

采用格子涡方法对二维平板混合层流动进行了数值模拟,重点考察了格子涡方法定量模拟混合层流动流场下游不同流向位置各湍流统计平均量的能力。模拟结果表明:除横向脉动速度均方根比实验值大外,混合层流动在下游不同流向位置的流向平均速度,流向脉动速度均方根和雷诺应力的模拟结果都与实验结果定量符合得很好。此外,模拟结果还很好地反应出混合层流动的自相似性质。从而表明,格子涡方法具有对空间发展混合层流动进行较精确的定量模拟的能力。     

用多块多网格方法数值模拟三维粘性流动

本文给出了一个模拟三维粘性流动的数值方法．该方法来用高分辨率 ＴＶＤ Ｌａｘ－Ｗｅｎｄｒｏｆｆ格式求解三维雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，使用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ模型估计湍流粘性系数，用多重网格技术加速收敛，采用多块结构化网格处理复杂的物理域．文中给出了叶轮机械多个叶片排和透平排汽缸内的全三维粘性流动的数值结果．     

基于时间的驱动方腔流的高精度多重网格方法数值模拟

提出了一种求解二维非定常不可压缩Navier-Stokes方程组的全隐二阶时间推进和空间四阶差分紧致格式,在每一个时间步上,采用多重网格的全近似格式(FAS)加速其迭代收敛过程。利用该方法对驱动方腔流动问题进行了直接数值模拟,结果显示对于Re≤5000,本文在粗网格上(64×64等分和128×128等分)即可得到较为准确的定常层流解;对于Re=7500和10000,由于更多二次涡的出现,本文在256×256等分网格上同样可得到与前人的结果相吻合的非定常周期性解。     

使用改进的有限分析解方法模拟流体分离流动

在这篇文章里,我们提出了一种改进的有限分析解算法,它能够避免复杂的指数运算和级量求和,节省大量的计算时间,并能在同样的网格尺寸条件下,具有模拟比原算法高20倍以上雷诺数的流体流动问题的能力。对分离流的数值实验表明:对同样的雷诺数,这种算法能得到和原算法非常一致的计算结果。而高雷诺数下的数值结果也是令人满意的。     

弯曲时片压气机时栅内二次流的数值研究

本文应用Ｂｅａｍ－Ｗａｒｍｉｎｇ近似隐式因子分解格式以及ＭＭＬ代数湍流模型,采用拟压缩性方法求解雷诺平均拟压缩Ｎ－Ｓ方程组,对弯曲叶片压气机叶栅内的三维粘性流场进行了数值研究．结果表明,正弯曲叶栅内通道涡较直叶栅强,其诱导产生的壁面涡较弱且位于吸力面与壁端的角区内,与壁角涡接近．在正弯曲叶栅出口处,通道涡开始处于破裂前期,叶栅总损失增加。反弯曲叶栅通道涡较弱,其诱导的壁面涡很强,位于通道涡左上方,壁面涡和通道涡的有利作用,使通道涡更稳定,叶栅总损失比直叶栅和正弯曲叶栅要小．     

肋片间距对环形通道流动和换热的影响

本文用稳态层流模型对几种具有不同肋片间距的环型通道内的流动和换热进行了数值模拟.计算结果表明:长直肋片截断后,流动和换热沿长度方向具有周期性的入口段效应,从而增强了换热.与长直肋片通道相比,βL=13/7时,换热增强了27%,而阻力仅增加6.8%.对于带肋环形通道,Re数增大,换热增强.     

二维颗粒运动以及传热的数值模拟

本文提出了直接热源算法(Direct heat source)使得颗粒壁面温度满足Dirichlet边界条件,同时采用Wang等提出的内嵌边界方法(Immersed boundary method)和多重直接力算法(Multi-direct forcing)全尺度模拟二维颗粒的运动.本文计算了运动的冷颗粒在不同Grashof数时的运动状态.本文的计算结果与其他学者的计算结果符合得很好,从而验证了本文采用的方法的精确性与有效性.