绕圆柱湍流流场及其发展的计算

为研究绕圆柱湍流流场及其发展变化,应用RNGκ-ε模型和有限体积法求解非定常雷诺平均纳维尔-斯托克斯(URANS)方程,以二阶隐式时间离散和二阶迎风空间离散格式对控制方程进行离散,采用SIMPLEC算法耦合求解平均速度场和压力场.在Re=103～107范围内对流场进行了数值模拟计算,得到了速度场、涡量场及其湍流脉动参数在下游的发展变化规律.计算与分析结果表明:在高雷诺数条件下,回流区减小,尾流区变窄,尾流在主流方向的影响区域变小,涡量向下游的衰减更慢,湍流动能和湍流耗散率在下游的影响区域也减小.     

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%.      

多重网格法及其在回流流动计算中的应用

结合多重网格方法,采用同位网格体系的有限体积法建立了维不可压缩流动的k-ε紊流数值模型,对流项和扩散项均采用中心差分格式离散,流速、压力采用通用的SIMPLE压力校正方法求解,代数方程组则利用强隐式方法SIP求解。对空流和突扩流两种典型回流流动进行模拟,证明了所建立模型的有效性和可信性。     

时空有限元方法的高效计算

为提高时空有限元方法求解二维瞬态不可压缩的Navier-Stokes方程的计算效率并降低对计算机内存的需求,用行格式存储法存储大型稀疏矩阵,用Newton-Raphson迭代法求解非线性代数方程组,用无填充不完全分解预处理方法以及重启型GMRES方法求解子迭代步的线性方程组.为验证该方法的可行性,对Reynolds数为100的圆柱绕流问题进行数值模拟.采用行格式存储法的存储空间仅为等带宽存储法的3.68%.     

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．     

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.     

建筑结构风荷载的三维数值模拟

本文介绍了建筑结构风载的三维数值模拟的湍流模型,列出了三雏不可压缩流的时均化方程、连续方程和K-S方程,并介绍了其求解过程,分析了数值模拟与风洞试验之间的差别。     

模拟气泡上升运动的一种改进的Level Set方法

采用基于体积校正法和局部重新初始化的Level Set方法,解决了Level Set方法中由于数值耗散引起的气泡体积的非守恒问题.控制方程采用同位网格下的有限容积法进行离散,采用经典的SIMPLE算法解决速度与压力耦合问题,表面张力采用CSF模型计算.通过对竖直流道内并排临近双气泡的上升运动过程进行了数值模拟,获得了令...     

超声速脉冲风洞起动过程数值模拟

为研究超声速脉冲风洞起动激波的传播过程和流场建立过程中流场结构的变化,对其起动过程进行了数值模拟.包含组分扩散的控制方程为二维粘性、可压缩、非定常的守恒型Navier-Stokes方程.用中心有限体积法进行空间离散,用隐式双时间步方法处理非定常时间项.计算结果与试验结果基本一致.研究表明,起动激波速度由于内型面的变化而改变,并在隔离段中达到最大值.     

双向流固耦合的圆柱式桥墩绕流的三维数值模拟

考虑双向流固耦合并利用软件ANSYS CFX模拟了圆柱表面涡脱的产生和变化过程,结合工程实际给出了计算实例,采用有限体积法对流体力学控制方程Navier-Stokes进行离散,用SIMPLE方法求解,分析计算了圆柱表面周向压力系数分布情况及圆柱的阻力系数、升力系数及Strouhal数,得到了流体与结构物相互作用对圆柱绕流特性的影响。结果表明:由于圆柱受到水流的作用,圆柱的升力及尾流特征显示周期性变化,并出现单一频率振动。