A High-Order Finite Difference Scheme for 3D Unsteady Convection Diffusion Reaction Equations北大核心CSCD

针对三维非稳态对流扩散反应方程,构造了一种高精度紧致有限差分格式,对空间的离散采用四阶紧致差分方法,对时间的离散采用Taylor级数展开和余项修正技术,所提格式在时间上的精度为二阶、在空间上的精度为四阶。利用Fourier稳定性分析法证明了该格式是无条件稳定的。最后给出数值算例验证了理论结果。     

流动注射分析中试样分散的对流—扩散理论

用两种方法求解适合于单一平直管道且无化学反应的流动注射分析（ＦＩＡ）体系的对流－扩散方程，得到了述塞状进样在管道中分散后的浓度分布公式，从而得到Ｆ曲线，讨论了反应管和采样管的内径和长度、流速和扩散系数对峰形和分散度的影响；采用数值法解出半峰宽和扩散系数的关系，提出了两种测定扩散系数的方法，为ＦＩＡ体系的设计和指示物质、操作条件的选择提供了理论依据。     

风切变环境下二维干对流简谱模式的分岔特性研究

本文把风切变场引进干对流方程,通过截谱获得一个修正的三维Lorenz系统。在σ>(1+b)和σ<(1+b)两种情况下,讨论了Rayleigh r和风切交参数q平面内系统的非线性分岔特性。结果发现:当σ=10时,本系统与Lorenz系统有相似的奇怪吸引子;当σ=1时,本系统平衡态失稳后发生了超临界Hopf分岔和亚临界Hopf分岔,并有多吸引子共存现象。本文发现弱风切变有利于对流的发展,从而定性地解释了与风速方向垂直的云街走向。     

倾斜层中的对流斑图及其临界条件

通过二维流体力学基本方程的数值模拟，探讨了Prandtl(普朗特)数Pr=6.99时，倾斜矩形腔体中的对流斑图和斑图转换的临界条件.根据倾角θ和相对Rayleigh(瑞利)数Ra_r的变化，倾斜矩形腔体中的对流斑图可以分为:单滚动圈对流斑图、充满腔体的多滚动圈对流斑图和过渡阶段的多滚动圈对流斑图.当θ一定时，随着Ra_r的减小，系统由充满腔体的多滚动圈对流斑图过渡到单滚动圈对流斑图.这时，对流振幅A和Nusselt(努塞尔)数Nu随着Ra_r的增加而增加.当Ra_r=9时，随着θ的增加，系统由充满腔体的多滚动圈对流斑图过渡到单滚动圈对流斑图，这时对流振幅A随着θ的增加而减小，Nusselt数Nu随着θ的增加而增加.在θ_c-Ra_r平面上对多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的模拟结果表明， 在Ra_r=2时, 腔体中没有发现多滚动圈对流斑图.在Ra_r为2.5左右时，腔体中出现多滚动圈到单滚动圈对流斑图的过渡.当多滚动圈到单滚动圈对流斑图过渡的临界倾角θ_c<10°时，θ_{c随着Rar的减小而增加.当θc>10°时，θc随着Rar的增加而增加，在Rar≤5时，θc随着Rar的增加而迅速增加；当Rar>5时，θc随着Rar的增加而缓慢增加.θc与Rarθ的关系与Rar类似}     

大功率发动机控制器壳体温度场仿真分析

摘要：大功率元件过热是控制器ECU失效的重要原因，本文分析了在自然对流散热情况下，元器件布置位置对控制器温度场的影响。对ECU壳体进行数值建模，并运用ANSYS Icepak软件对控制器密封外壳温度场进行了仿真模拟计算。其结果表明：（1）元器件集中放置将会导致密封外壳整体温度较高，且不利于散热，这会使ECU在工作过程中因温度过高而损坏元器件；（2）将功率元器件分散放置靠近外壳的部位，温度场分布均匀，且高温范围小，散热效果较好。通过分析主要功率元器件放置位置对控制器ECU温度场的影响，为PCB板优化布置提供了设计依据，同时也会提高ECU的可靠性、增加ECU的使用寿命。     

黑腔冷冻靶传热与自然对流的数值模拟研究

惯性约束聚变的设计要求在靶丸内形成均匀光滑的氘氚冰层, 靶丸周围的热环境对冰层的质量特别是低阶粗糙度有很大的影响. 本文对自主研发的黑腔冷冻靶实验装置中的热物理问题展开了数值模拟, 重点考察了黑腔冷冻靶的传热和流体力学特性. 通过参数分析得到了自然对流对靶丸温度均匀性产生影响的临界条件. 比较了黑腔不同布置朝向时的流场和温度分布, 结果显示黑腔水平布置时自然对流更加强烈, 造成的靶丸温度不均匀性也更大. 在此基础上, 讨论了消除自然对流影响的可能性, 结果发现仅当黑腔垂直布置时利用黑腔分区方法能够消除对流效应对靶丸温度不均匀性的影响而黑腔水平布置时不能消除. 研究结论对于实验中冷冻靶结构的设计、改进和实验的开展等具有指导意义.     

自然对流情形下激光辐照液体贮箱的尺度律

根据质量守恒、动量守恒及能量守恒原理,建立了自然对流情形下激光辐照液体贮箱的理论模型。通过方程分析法,导出了该问题的尺度律,在此基础上给出了激光辐照液体贮箱的缩比方法,并对一组实例进行了数值计算,得到了缩比模型与原型结果完全相似的结论,模拟结果证明了该问题尺度律的成立。为验证理论模型与数值求解的正确性,本文还针对小尺度模型进行了实验研究,数值模拟结果与实验测量结果符合较好,表明理论模型可靠有效。     

统一的对流扩散型可压缩流体力学方程与解法

流体力学的动量方程、能量方程、湍动能方程和耗散方程都具有对流扩散方程的形式,但连续方程却不是对流扩散型的。对于可压缩问题,本文通过合理的数学推导,不作任何近似、假定与简化,得到一个全新的连续方程形式．该连续方程以压力为未知变量,并具有对流扩散型形式,使得所有的流体动力学方程组都具有完全统一的方程形式,给出了这种三维对流扩散方程组的有限精确差分计算格式。对流体力学的进一步发展具有一定意义．     

热声波数值模拟的虚假振荡研究

采用可压缩流动的SIMPLE算法对一维封闭空腔内由边界突然加热所引起的非稳态热声波进行了数值模拟,对流-扩散项采用了中心差分、一阶迎风差分、QUICK、及MIJSCL等不同格式。计算表明各种格式均存在不同程度的虚假振荡现象,其大小与热声波的强度及离散格式的形式等多种因素有关。这些结果对热声波的进一步研究及高效可靠的对流差分格式的开发具有重要意义。     

环形浅液池内热毛细对流的热力学特性

为了了解径向温度梯度作用下环形浅液池内硅熔体热毛细对流的热力学特性,利用有限差分法进行了非稳态三维数值模拟。液池外半径r0=50 mm,内半径ri=15 mm,深度为d=3 mm。结果表明,当温度梯度较小时,流动为稳定轴对称流动,系统总熵产较小;随着温度梯度的增加,流动将失去其稳定性,首先转化为径向脉动波,此时系统总熵产呈周期性变化;温度梯度再增加时,流动转化为热流体波,系统总熵产较大,但不再随时间变化。