多气门屋顶型燃烧室发动机动态网格生成方法研究

以具有屋顶型燃烧室的四气门汽油机MV377为例,结合改进的KIVA3V程序,提出了一种适应于该类型燃烧室的分块结构化网格划分策略及相应的动态网格调整方法,并基于该方法所生成的网格完成了汽油机缸内流动过程瞬态数值计算.结果表明用该方法能保证网格生成质量,满足计算精度要求.     

考虑网格自动划分求敏度的边界元法

设计了一种网格自动划分中考虑结构几何边界特点来保证精度的工程实用方法；在优化等重分析类算法中将敏度分析与之相关不会产生传统方法中因对计算结果圆整而产生的误差，可以方便地把计算结果直接用于工程结构。     

MPC增压系统正交全三维分形耦合贴体网格生成

阐述了ＭＰＣ增压系统多分支，变曲率，变截面管系的流动计算的正交全三维分形耦合贴 网格的生成方法，应用这一方法编锦驿一ＭＰＣ模块进行了网格构筑，其计算结果表明，这种方法生成的网格能满足流动计算中气动方程差分求解的要求，是一种较完备的网格生成方法。     

CFD技术在螺旋桨敞水性能预报中的应用

阐述了螺旋桨粘性流场中敞水性能预报的步骤和方法.包括螺旋桨二维型值转为三维型值的计算方法、螺旋桨三维建模中的注意事项、计算域的选取、网格划分方法、边界条件设置方法等.以某定距桨为例,通过分块划分混合型网格,采用CFX软件预报了桨的敞水特性,计算值与试验值比较,能够取得较高的计算精度,基本满足工程使用的需要,从而验证了该方法的可行性和适用性.     

制造超差对喷水推进器水动力性能影响的CFD分析

采用计算流体力学方法对喷水推进器水力性能进行了预报,以判别制造过程尺寸超差对喷水推进器水动力性能的影响.建立由喷水推进器内流场与船体外流场构成的计算区域,用6面体结构化网格划分泵内流场,采用4面体网格对进水管道和船底区域进行划分.对整个喷水推进系统的三维粘性湍流流场进行了数值计算.计算结果既可用于分析喷水推进器内部流场的流动细节,也可用于推力、功率、效率等外特性参数的预报.     

CNG发动机工作过程的三维数值模拟

对一台CNG发动机，包括气相流动、燃烧过程在内的发动机工作循环进行了三维模拟计算．用移动网格来模拟气门和活塞的运动，采用分块划分技术形成计算域的整体网格，微分方程的求解基于AVL FIRE程序．根据计算结果，分析了进气道及缸内流场的演变规律、缸内温度场及NOx的形成情况．     

一维渗流单元在砂井固结模拟中的应用

由于砂井分布细而密，采用有限元方法时为确保单元不发生歧化，网格的划分必须非常细，结点与单元数目非常庞大，造成很大的计算量。采用一维无重的新型单元模拟砂井排水，避免了复杂和细密的网格剖分，极大地降低有限元计算规模，同时也使得网格剖分变得简单易行。通过算例验证了该方法的可靠性。     

船舶开口结构应力无网格分析技术研究

文章提出了船舶结构开口处应力分析的无网格分析技术.将船体结构通过简化为板格结构,再将结构离散为独立的离散点,由移动最小二乘法建立离散点的位移场,然后在整个系统内建立起系统控制方程.本文提出的方法由于不涉及到网格划分,避免了有限元法在结构应力高梯度区域分析计算时出现的精度降低等问题.文章最后通过实例计算,并与有限元方法计算的结构进行了比较,得出了本文提出方法的有效性和准确性.     

事故车辆局部变形精细计算与模拟系统

在收集汽车碰撞事故相关典型案例基础上,以事故车辆局部复杂变形区域为研究对象,采用有限元方法、六面体网格生成算法及十节点曲边四面体对事故车辆变形部位变形前后划分网格.针对各网格单元,采用车辆动力学及弹性力学理论建立碰撞力计算模型以及碰撞瞬间速度计算模型.在汽车碰撞事故虚拟再现分析中,通过拟合网格单元以较高的计算精度得到事故发生前汽车的运动速度大小和方向.     

离心泵的内部流场分析

根据离心泵叶轮通道的几何和流场特点,探讨离心泵叶轮通道的结构化网格划分中的一些处理方法,同时应用标准k-ε紊流模型对离心泵叶轮内部的三维紊流流动进行雷诺平均N-S方程的数值计算与分析.分析了离心泵叶轮旋转对流速分布、压力分布的影响,研究了离心泵叶轮通道内流动规律,得出作用于蜗壳上的径向力变化规律.     

螺旋桨非定常空泡数值预报中的几个问题

用基于速度势的低阶面元法对螺旋桨非定常空泡进行了预报分析，并对数值分析中的几个重点问题进行了分析讨论．通过桨叶表面划分不同的网格数进行计算，比较不同网格划分计算得到的空泡形状，讨论了空泡计算对网格疏密程度的要求．针对非定常空泡计算中不容易收敛的问题，采取的数值方法既能够较好地反映空泡的非定常性，也能够较快收敛，使得空泡数值模拟更加符合实际情况．计算得到空泡形状后，利用计算得到的奇点强度分布计算了空泡表面的压力分布，验证了空泡表面的压力等于水的汽化压力．     

复杂区域有限差分交错网格与同位网格比较

对三维适体坐标系中的两个算例采用ＳＩＭＰＬＥ算法，分别在同位网格及交错网格上进行了计算，并在相同的其它条件下对收敛性，计算精度，运行时间及程度编排等几个方面进行了比较，发现对所计算的两个例子，采用交错网格时，其收敛性，精度优于同位网格，但程度编制比较复杂。     

一种新的代数多重网格法及其在CFD中的应用

提出了一种面向对象的代数多重网格(algebraic multi-grid,AMG)算法,以每一层网格作为研究单元.网格粗化过程中,形成各单元,同时记录其前后单元,形成双向链表.粗化过程采用Ruge和Stnben算法,光滑算子用Gauss-Seidel迭代.由于AMG算法与网格信息无关,可以作为"即插即用"型的线性方程组求解器.对CFD计算过程耗时最多的压力修正方程作了研究,分别对二维后台阶流动模型在不同网格划分情况进行了计算,代数多重网格方法与单重网格的不完全分解共轭梯度法对比发现,前者具有明显的优势.随着网格数目增加,优势表现更为明显.最后与AMG1r5相比,开发的程序内存占用较少,最高只有AMG1r5的36%.     

基于SHIPFLOW内河船阻力预报研究

基于SHIPFLOW软件模拟内河船舶周围流场,考虑流体黏性及自由表面影响,预报船舶阻力,选择3种船体网格(CC,MM,MF)进行船体表面网格划分,采用势流理论与黏流理论的分区分步计算方法(ZONAL法),将数值计算的船舶总阻力与根据艾亚法经验公式估算出的总阻力对比,计算结果表明:网格划分形式MM的计算结果与经验法最为接近,同时验证了SHIPFLOW软件求解技术的可靠性并提高了换算效率,最后选择MM网格化分形式,对该船进行阻力预报。     

模态研究的数学分析与有限元分析的探讨

简单的结构可通过数学方法获得比较准确的模态结果,较复杂的结构很难用数学方法直接进行分析,需要将模型简化,不合理的简化会导致分析结果的错误,使用有限元软件分析可以获得比较理想的结果。划分网格是有限元分析的关键一步,文中以大拉杆为例,进行了数学计算、有限元软件ANSYS与ADINA模态分析,通过对比模态结果,对这两款不同有限元分析软件的计算特点进行了总结,得出并不是网格密度越密计算精度越高的结论。     

基于HyperMesh的活塞网格划分策略研究

网格划分作为有限元数值模拟分析的一个重要环节,它直接影响着后续数值计算求解时间及分析结果的精确性。活塞作为多特征的复杂结构体,其网格划分具有很大的难度。借助于HyperMesh软件强大的CAE建模、网格划分及可视化功能,针对同一活塞几何模型的网格划分和质量检查,对比不同网格条件下模态分析过程和结果的差异,进而阐明了得到高质量活塞网格的处理对策和技巧,为同类型结构的网格划分和最优化分析提供参考。     

自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究

船舶与土木工程学院张谢东副教授获准国家自然科学基金资助,课题为“自由面上作操纵运动三维船体粘性流场数值研究”. 1.研究目标为 项目的主要研究目标是建立在自由表面上作操纵运动船体的粘性理论计算模型和相应的数值计算方法,开发出一套关于在自由表面上作操纵运动船体三维粘性流场及水动力数值计算的计算机软件.从而提高船舶操纵水性动力理论计算和船舶操纵性预报的精度,填补国内运用粘性流体力学理论研究船舶操纵性的空白. 2.研究内容 项目主要研究在自由表面上作操纵运动三维船体的粘性流动问题.运用现代CFD技术,以粘性流体力学基本方程RANS方程为基础,对在自由表面上作斜航和回转运动三维船体的流场、压力分布以及水动力进行数值计算,以精确地预报三维船体作操纵运动时的复杂流动现象,如三维流动分离和分离涡,精确地预报自由面上作操纵运动三维的水动力.为了验证理论计算的准确性,还将做相应的船模操纵性试验研究. 3.拟解决的关键问题 1) 采用原始变量法模拟船体粘性绕流的关键问题之一是船体坐标网格的生成,这是数值计算的基础,网格结构、类型和尺度将直接影响粘性流场数值计算的精度.因此,本研究的重点将放在对各类网格生成方法比较、不同网格对数值计算的影响以及三维船体网格生成的通用性和局部加密的研究上. 2) 采用N-S方程求解三维船体粘性绕流的另一关键问题是方程的数值离散问题,本项目将对传统的数值离散方法如有限差分法、有限解析法和有限体积法等进行系统的分析、比较,以寻求一种较为稳定和精确的方法,对作操纵运动船舶的粘性绕流进行计算. 3) 湍流模式和壁面处理形式也是影响粘性流动理论计算的精度和效率的一项重要因素,本研究将对适合于作操纵运动尤其是作大角度斜航和回转运动三维船体的粘性流动计算的湍流模式和壁面处理方法进行研究与探索. 4) 同时考虑粘性和自由表面的影响是研究的一个难题,也是将要解决的关键问题. 4.项目创新之处 项目的创新之处是在船舶操纵运动的理论研究中,引入了粘性流体力学的理论和方法,并且首次同时考虑自由表面和粘性对作操纵运动船舶的水动力的作用,运用现代CFD技术及粘性流体动力学方程,分析、计算作操纵运动船舶的流场、压力分布及水动力,从而建立更加合理、精确和完善的操纵运动船舶水动力理论计算模型和数值计算方法. 科技处(余区办) 章爱武     

一种面积加权的半边折叠网格简化算法及其递进网格构造

以二次误差度量方法的边折叠为基本方法，实现一种面积加权半边折叠三角形网格模型简化的算法．该算法除了考虑顶点周围三角形的法向量外还考虑其他几何特征如三角形面积等来计算边的折叠代价，能够有效地对网格模型进行简化；采用递进网格表示方法存储网格信息，能够生成连续的细节层次模型，支持模型的多分辨率表示、任意精度简化等操作．文中还给出了应用实例和分析数据。     

平面交叉口竖向设计高程计算的综合法

采用方格网法将交叉口划分为四边形或三角形网格,将所有网格点作为设计计算点,利用圆心法确定各计算点的初始高程计算线,通过等分法、迭代法对初始高程计算线进行调整,并得到计算点的设计高程,根据网格点平面坐标及高程数据绘制设计等高线及三维表面效果图用于设计调整与质量检验。综合法所得竖向设计表面平顺,计算结果便于直接应用于工程的图纸设计与施工,该方法集成了方格网法、圆心法、等分法及等高线法的优点并加以改进,方法更加完善,工程适用性得到提高。     

基于动态流场数据的虚拟港口建模方法

为了实现港口数字化升级，提出了一种基于动态流场数据的虚拟港口建模方法；采用三维重建模型从无人机倾斜摄影影像数据中重建了港口几何特征，获取高精度三维模型；引入了基于二次误差度量的边折叠算法简化模型，以避免数据量过大致使渲染效率低的问题；分析了欧拉法数值计算过程中的高耗时环节，建立了神经网络模型学习流场演化特征，加速投影项计算得到实时变化的流场数据，通过流场数据驱动水流动态渲染，结合光滑粒子流体动力学方法表现水流与船舶、陆地的交互动态，在保证渲染实时性的同时，提高渲染真实感。研究结果表明:重建的港口三维重建模型顶点数量可达3 320 937个，重建的网格模型在Meshlab中渲染频率为78.7 Hz；经过模型简化降低90.0%的模型顶点数量后，模型顶点数量缩减为332 836个，渲染频率提升至108.7 Hz，模型简化后几何误差小于2.0%；在256×256的流场网格下，采用神经网络加速的网格流体计算方法所得水流速度场平均更新间隔约为17 ms，平均仿真精度为88.6%；通过开源图像引擎驱动流场数据和港口三维模型，平均渲染频率可达50.5 Hz。可见，该方法可有效解决高精度实时渲染中的关键问题，以达到仿真精度与渲染效率间的动态平衡，在精度损失较小的情况下实现较高精度的虚拟港口建模与实时动态仿真。