类客车体绕流场的数值模拟

应用计算流体力学专业软件ＰＨＯＥＮＩＣＳ,从雷诺时均Ｎ－Ｓ方程出发,采用ｋ－ε湍流模型,对类客车体外型的三维绕流场进行数值模拟,着重研究了后体收缩尾段的上表面倾斜角对底部流动的影响。     

丁坝绕流的二维大涡数值模拟

将大涡模拟法简化为二维形式,利用较简单的Ｓｍａｇｏｒｉｎｓｋｙ（ＳＧＳ）子涡模型封闭水流运动方程,建立了非淹没群丁坝绕流的平面二维数学模型。方程在空间上采用控制体积法离散,时间上采用ＭａｃＣｏｒｍａｒｋ预测－校正步进计算,计算结果成功的模拟出群丁坝上下游各涡的特征量及流场情况,与水槽试验的资料基本吻合。     

建筑结构非定常绕流风场的数值模拟方法

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法．该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础．该算法采用投影法解耦纳维一斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶Adams—Bashforth方法．采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用Rhie—Chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学（TTU）建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较,结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法．     

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     

三维波浪作用下大直径圆柱绕流的数值模拟

为探讨三维波浪与结构物的相互作用,以两相流概念、大涡模拟的不可压缩粘性流体运动方程和自由水面追踪分段线性近似的流体体积(VOF)法为基础,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型;对三维波浪作用下大直径圆柱绕流进行了数值模拟,用两步边界定位法和虚拟边界力法确定波浪与结构物接触面.结果表明:大直径圆柱绕流系数的数值计算结果与理论解吻合,所建立的数学模型能够很好地模拟三维波浪与结构物的相互作用.     

高速列车湍流绕流三维数值模拟研究

本文在般曲线坐标系下，采用Ｋ－ε双方程模型及壁面控制函数，借助于代数变换建立起以协变速度分量为独立变量的三维复杂钝体湍流绕流数值计算方法，建立了一套适合于近地大长细比复杂几何体的三维网格生成与控制方法，同时采用交错网格，成功地解决了压力－速度耦合关系。首次对高速列车三维湍流绕流场压力分布、速度分布以及气动阻力进行研究。本文的研究工作对进一步解决近地大长细比复杂几何体湍流绕流数值模拟是一个良好的开端     

绕方柱流速度场的数值模拟

采用有限差分法 ,对雷诺数为 2 .2× 10 4 的三维绕方柱流的速度场进行了大涡模拟。运用时间分裂控制(Split Operator)法 ,将N S方程分为对流步、扩散步和传播步。对Smagorinsky假设在近壁区的发散问题用两层模型而非通常采用的WallDampingFunction进行处理。对流项用迎风 中心差分格式模拟 ,压力方程用SOR法迭代求解。计算得到的沿对称线的时均顺流向速度的计算结果与文献上的实验结果进行了比较 ,结果吻合较好。     

穿透自由面平板横荡和道水动力计算

介绍了一处计算穿透自由在垂直平板横这运动水动力的三维Ｒａｎｋｉｎｅ面元法，采用在平板平均上及其尾流中的涡强谐变的涡分布，同时，彩在围绕平板的自由面上 强谐变的源分布以计人自由面影响，将所介绍的方法应用于小展弦比垂直平板，给出了计算结果并对结果进行了讨论。     

高速列车穿越有竖井隧道流场的数值模拟

为了降低噪声的影响，对高速列车穿越带有竖井的隧道时产生的压缩波进行了三维粘性流场数值模拟．控制方程采用三维粘性、可压缩、等熵、非定常流的Navier Stokes方程，空间离散采用中心有限体积法格式，时间离散采用预处理二阶精度多步后差分格式，对隧道壁采用壁面函数处理．计算结果与国外的试验结果基本一致．研究表明，竖井能降低隧道内的空气压力，其位置和断面大小对压力的变化有重要影响．     

尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟

为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.      

间隙环流流体激振力的摄动求解方法

间隙五流流场控制方程是复杂的三维非线性偏微分方程组，本文基于紊流整体流动模型和Ｍｏｏｄｙ壁面摩擦系数方程，对间隙环流流场控制方程组进行了简化，并采用摄动法进行了分析求解，最后辅一实例计算了大小间隙环流的流体激振力动特性系数。     

ANSYS三维热分析及应用

首先以立方体和圆筒的传热与热应力分析为例,介绍运用ＡＮＳＹＳ软件进行三维热分析的基本过程,包括模型的构造,边界的施工,问题的求解及结果的分析,然后介绍了ＡＮＳＹＳ在船用大型柴油机气缸套的三维传与热应力分析中的应用。     

隧道中高速列车空气阻力的三维数值模拟

为获得高速列车通过隧道时空气阻力变化规律,指导高速铁路纵断和列车头部的优化设计,采用三维粘性、不等熵、可压缩、非定常流的Navier-Stokes方程,用有限体积法进行区域离散,对高速列车通过隧道时的空气阻力进行了三维数值模拟.对计算结果中的空气阻力曲线进行了分析,将其中的空气阻力波动情况与列车的运行情况相结合,对此过程进行了详细的描述和解释.介绍了考虑隧道中列车空气阻力时高速铁路线路纵断面设计中最大坡度的折减方法.     

三次NURBS曲线在公路线形设计中的应用研究

提出用三次ＮＵＲＢＳ曲线建立描述公路线形的统一数学模型,并对用ＭＵＲＢＳ曲线描述公路各种线形进行了论证。该模型基于公路三维实体,应用于公路线形设计时,只需掌握公路的起讫点、交角点及曲线半径即可控制线形设计和进行局部调整。与传统设计方法和其它数学模型相比,具有高度的统一性和灵活性,为公路ＣＡＤ软件开发提供了一条思路。     

离心式水泵叶栅流动研究

离心式水泵叶栅流动很复杂，必须采用试验与数据分析相结合的方法，才能真正有益于工程实践。本文主要介绍应用ＴＳＩ二维激光多普勒测速仪探测离心式水泵叶栅流场，清晰地看到轴向涡旋对叶栅流动的影响，发现离心式地栅出口处液流周向分速沿圆周变化不大。简单介绍了对试验水泵进行数据计算的结果。激光测速，流场显示以及三维数值分析结果都表明试验水尜 叶片压力侧有严重的回流现象。     

基于两相流理论的RSP型分解炉三维流场数值模拟研究

以RSP型强化悬浮式分解炉的气固两相流为研究对象，对气相采用k-ε模型，对颗粒相采用随机轨道模型，并考虑相间耦合的相互作用；建立了描述分解炉内部流场的数学模型，应用SIM-PLE算法成功地进行了分解炉内部三维流场的数值模拟仿真，并利用计算模拟结果对分解炉结构优化设计提出了改进建议．     

基于三维时域Green函数法的船舶在规则波浪中的运动数学模型

在小时间区域采用级数展开法, 在大时间区域采用渐进展开法, 在大、小时间过渡区域采用精细积分法, 对三维时域Green函数进行数值计算; 采用线性叠加原理求解船舶辐射与绕射问题, 构造出船舶在规则波浪中的运动数学模型, 并采用数值方法计算WigleyⅠ型船舶和S60型船舶以Froude数为0.2迎波浪航行时的水动力系数、波浪激励力与运动时间历程。计算结果表明: 由于不规则频率的影响, 当量纲一频率为1.7时, WigleyⅠ型船舶的垂荡附加质量计算结果比试验结果小44%, 当量纲一频率为2.5时, S60型船舶的纵摇阻尼系数计算结果比试验结果小43%;随着入射波频率的增加, WigleyⅠ型船舶和S60型船舶的水动力系数和波浪激励力的大部分计算结果与试验结果的相对误差小于30%, 且二者的变化趋势一致; 对于WigleyⅠ型船舶, 当波长与船长比为1.25时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小11.3%和4.8%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大48.4%, 纵摇幅值响应因子比试验值小48.4%, 当波长与船长比为1.50时, 采用三维时域方法计算的垂荡幅值响应因子和纵摇幅值响应因子分别比试验值小3.0%和11.3%, 采用三维频域方法计算的垂荡幅值响应因子比试验值大9.8%, 纵摇幅值响应因子比试验值小23.6%。可见, 采用三维时域方法能准确地仿真船舶在波浪中的运动时间历程。      

内交叉孔电化学去毛刺流场仿真

针对阀套零件内部两孔相贯处的去毛刺加工,采用计算流体力学的方法,对电化学去毛刺加工过程中的流场进行了三维仿真.研究表明通过对比三维流场仿真结果可以得到使流场分布最优的夹具结构设计、电解液入口流速和出口压力,为电解加工参数选择提供研究方法和理论指导.     

三维方嘴自由射流的数值计算

采用均可压缩性方法对三维方嘴自由射流进行数值计算,在计算出速度场的同时,计算出压力场,并将计算结果与试验结果进行了比较,从而克服了压力校正法和压力泊松方程法求解压力计算量大的缺点,肯定了伪可压缩性方法的可行性。     

基于人工可压缩方法的后台阶绕流数值模拟

针对二维后台阶绕流采用人工可压缩方法进行数值模拟，方程的离散采用有限体积法．为了消除离散求解时可能产生的数值振荡，在离散方程的右端人为增加四阶人工耗散．在Re=45，60，90等低雷诺数下的数值试验结果表明，人工可压缩方法和有限体积离散方法联合进行数值模拟的可行性；在低Re的情况下，伪可压缩系数α取小的值会对方程求解的稳定性更有利．在其它参数取值相同的情况下，还分别针对加入和不加人人工耗散两种情况进行模拟，结果表明人工耗散的加入使迭代余量的绝对值明显减小，也就是从一定程度上消减了数值解的振荡．文中同时在数值试验的基础上提出了人工压缩系数的参考取值范围．通过采用上述方法对后台阶绕流进行模拟，模拟结果和商用软件PHOENICS3．2在相同条件下模拟结果基本吻合，表明了该方法的可行性．