流体自由界面追踪方法对比研究

流体自由界面追踪方法研究是近年来计算流体力学的热门课题,已有多种方法提出.文中对有代表性的VOF方法和Level Set界面追踪方法进行了比较.根据各种算法对旋转和剪切2种虚拟流场中界面演化的追踪结果,探讨了各种方法的准确性.计算结果表明,与VOF方法相比较,Level Set方法,特别是粒子level set方法能够更好地捕捉运动界面.     

Euler方程解的间断面的虚拟区域方法

用高分辨率激波捕捉格式求解Euler方程时，不可避免地会用到间断面两侧的点，从而在间断面附近发生数值耗散，降低分辨率．此文应用一种虚拟区域，将Level Set方法与高分辨率激波捕捉方法结合起来求解Euler方程，不使用间断面两侧的点，从而提高了分辨率．通过激波管问题的数值实验，可以看到这种方法的优越性．     

三维气泡运动的数值模拟

文章基于VOF模型,借助FLUENT软件,对单个三维气泡在近自由面运动进行了数值模拟。采用了VOF的PLIC界面重构方法,追踪气泡运动过程中气泡表面的变化。监测了气泡上升速度变化以及气泡运动对自由液面的影响。通过对直径不同的气泡数值模拟,得出了气泡运动的一些基本规律。本文数值模拟结果与实验值对比分析,三维数值模拟数据与试验结果吻合较好。     

水中气泡运动规律的研究

通过对水下气泡的受力分析,建立气泡在水中运动的微分方程,通过数值方法进行简化求解,得出用水深表示速度的ω(h)解析关系式,用以描述气泡运动包括加速段的整个过程.气泡急剧加速上升阶段很短,与直径有关;上升的最终速度与气泡的直径有关,与水深无关;接近恒速阶段的起始速度与水深有密切关系.     

水中气泡运动规律的研究

通过对水下气泡的受力分析,建立气泡在水中运动的微分方程,通过数值方法进行简化求解,得出用水深表示速度的ω(h)解析关系式,用以描述气泡运动包括加速段的整个过程.气泡急剧加速上升阶段很短,与直径有关;上升的最终速度与气泡的直径有关,与水深无关;接近恒速阶段的起始速度与水深有密切关系.     

刚-耦合系统的广义变分原理

对于由弹性元件连接而成的多刚体系与液体的耦合振动问题,建立了刚-液耦合系统的广义变分原理.该原理解决了刚体系统与液体在耦合面上的相互作用的理论与数值处理方法.根据这一原理,可以建立各种解决这类问题的数值方法.如通过该变分原理综合利用有限元、边界元法及多刚体动力学方法解决工程中液体与刚体耦合振动问题.对于液体部分可采用有限元或边界元进行离散,而刚体部分可利用刚体动力学方法建立相应的系统动能和势能.依此建立可以利用计算机进行分析的数值方法.     

基于气泡模型的自由曲面网格生成和调控

为了在自由曲面上生成形状规整、大小可控的三角形网格，提出一种基于气泡运动模型的网格自动生成方法. 将适量的网格点布置在离散化的曲面上，并模拟为弹性气泡. 引入气泡间的相互作用力和曲面对气泡的吸附力，得到各气泡的运动控制方程. 采用数值方法近似求解气泡系统的平衡状态. 将平衡后的气泡中心用曲面Delaunay法连接成曲面上的三角形网格. 在气泡模型中，通过相对半径函数控制各气泡的相对大小，进而实现对网格大小的调控. 通过在相对半径函数中考虑气泡中心到特定点或线的距离、参考线或曲面的曲率等因素的影响，生成网格大小与曲面特征相适应的三角形网格. 6个算例结果表明，该方法生成的网格形状规整、疏密有致，其形状质量指标都高于0.97；该方法为网格结构的设计提供了参考.      

泡沫铝发泡过程的模拟研究

采用数值模拟描述气泡在铝熔体中的形成过程,并结合水模拟和铝熔体发泡实验,研究了不同空气参数及聚乙烯醇水溶液物性对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,当单个出气孔的入射空气流量(0.156~0.468 L/m in)与出气孔直径(0.2~0.3 mm)增大时,气泡尺寸从2.41 mm增大到3.2 mm;当出气头的锥角(0°~45°)和熔体黏度(3.57~10.25 mPa.s)增大时,气泡尺寸从2.38 mm减小到3.29 mm.另外,随着气泡长大,出气口处气液界面的接触角逐渐减小;出气头锥角越大,生成的气泡脱离时间越早.数值模拟获得的气泡尺寸与水模拟和铝熔体发泡实验得到的结果基本一致.     

泡沫铝发泡过程的模拟研究

采用数值模拟描述气泡在铝熔体中的形成过程,并结合水模拟和铝熔体发泡实验,研究了不同空气参数及聚乙烯醇水溶液物性对浸没孔中气泡形成尺寸的影响.研究结果表明,当单个出气孔的入射空气流量(0.156～0.468 L/min)与出气孔直径(0.2～0.3 mm)增大时,气泡尺寸从2.41 mm增大到3.2 mm;当出气头的锥角(0°～45°)和熔体黏度(3.57～10.25 mPa·s)增大时,气泡尺寸从2.38 mm减小到3.29 mm.另外,随着气泡长大,出气口处气液界面的接触角逐渐减小;出气头锥角越大,生成的气泡脱离时间越早.数值模拟获得的气泡尺寸与水模拟和铝熔体发泡实验得到的结果基本一致.     

重构非线性热传导方程导热系数的反问题

研究了一个利用终端数据重构非线性热传导方程导热系数的反问题.首先利用有限体积法,得到了方程的差分格式,并证明了差分格式的稳定性.其次,利用有限差分格式得到了正问题的数值解.最后,通过Gradient型迭代方法对未知导热系数进行了数值模拟,数值结果表明未知导热系数重构的效果很好.