基于LBM方法的圆盘等速入水空泡的数值模拟

采用单相格子Boltzmann模型进行了物体垂直入水问题的研究.该模型适用于大密度比的气液两相流动,其特点是忽略了系统中气相对液相的动力学影响.模拟了圆盘垂直等速入水过程,给出了入水过程中空泡与自由面的变化规律,研究了圆盘入水空泡相对闭合深度与Froude数之间的关系.数值模拟结果与相关的实验结果吻合良好,验证了格子Boltzmann方法(LBM:Lattice Boltzmann Method)模拟物体入水问题的可行性.     

基于RANS方法的导管推进器梢隙流动数值模拟

以导管推进器为研究对象,采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)方法对其梢隙流动进行数值模拟研究.通过对网格类型、湍流模型的适用性研究以及对梢部流场的研究探讨,初步建立了基于RANS梢隙流动的数值模拟方法;数值计算结果与实验结果吻合较好.对比分析发现,结构化网格与非结构化网格相比能捕捉到梢隙流动中更加细节的流场信息,如壁面边界层流动等,更适合于梢隙流动的数值模拟.3 种湍流模型SST k - ω,RNG k - ε 及RSM 的计算结果基本一致,都能有效模拟梢隙流动.通过间隙区域流场分析发现,梢隙流动的驱动力主要是叶面与叶背之间的压差,受壁面边界层流动的影响.流体进入间隙时流动分离形成间隙分离涡,间隙泄漏流穿过间隙与吸力面侧流体相互作用,卷起形成梢隙涡,在约37.5%弦长位置处形成并附着在桨叶壁面发展,大约在75%弦长位置与桨叶分离进入尾流场中.研究获得了梢隙涡的起始、发展、脱落的变化过程.

     

船用散热器空气流动的数值模拟

基于标准k-ε湍流模型,分别采用正交六面体结构化网格与四面体非结构化网格进行网格划分,使用有限体积法对船用空气散热器内部腔室的流动进行数值计算,模拟散热器各个出口冷却气流的流动情况。比较发现,采用正交六面体结构化网格的计算结果的精度要高于四面体非结构化网格,其仿真更加逼近真实的流动状态。采用六面体网格划分进行数值模拟,发现气流在出口处所受到的喷管效应且气流的形态成直线,各出风口的出风量通过阶梯型设计处于均匀分布状态。     

基于RANS方法的导管推进器梢隙流动数值模拟北大核心CSCD

以导管推进器为研究对象,采用雷诺时均纳维斯托克斯(RANS)方法对其梢隙流动进行数值模拟研究。通过对网格类型、湍流模型的适用性研究以及对梢部流场的研究探讨,初步建立了基于RANS梢隙流动的数值模拟方法;数值计算结果与实验结果吻合较好。对比分析发现,结构化网格与非结构化网格相比能捕捉到梢隙流动中更加细节的流场信息,如壁面边界层流动等,更适合于梢隙流动的数值模拟。3种湍流模型SST?k-ω,RNG?k-ε及RSM的计算结果基本一致,都能有效模拟梢隙流动。通过间隙区域流场分析发现,梢隙流动的驱动力主要是叶面与叶背之间的压差,受壁面边界层流动的影响。流体进入间隙时流动分离形成间隙分离涡,间隙泄漏流穿过间隙与吸力面侧流体相互作用,卷起形成梢隙涡,在约37.5%弦长位置处形成并附着在桨叶壁面发展,大约在75%弦长位置与桨叶分离进入尾流场中。研究获得了梢隙涡的起始、发展、脱落的变化过程。     

潜射导弹尾空泡从生成到拉断过程的数值模拟

以气体弹射方式发射的潜射导弹,会在导弹尾部产生空泡.本文采用改进的MAC方法成功地模拟了尾空泡的生成、扩张、收缩和拉断过程,揭示了尾空泡周围的流场结构,研究了尾空泡的发展对潜艇固壁所受压力的影响.     

汽车空调箱内空气流动的数值模拟研究

建立了汽车空调箱的数学模型,与换热器的单体吹风实验结合,采用多孔介质模型计算了空气在蒸发器与暖风芯体间的压力降。通过分析换热器内部速度场、压力场,揭示了空气在空调箱内的流动特性。结果表明：由于蒸发器迎风面积较大,蒸发器侧的压力损失不高,而在暖风芯体处,由于通道扩张不充分,芯体处的速度场不均匀,流体在箱体边缘发生了回流,降低了芯体的换热效能。在出口处,存在较强涡流,是空调箱阻力的主要来源。     

基于重叠网格的某新型舟桥数值模拟

采用RANS方法和重叠网格计算了带自由液面的全航速范围内桥脚分置式门桥绕流问题.自由液面的模拟采用单相Level-Set方法,Reynolds应力采用k-ω模型,采用PISO算法求解RANS方程,获得门桥阻力、波型等参数.简要描述了重叠网格及单相Level Set自由液面模拟方法.通过对桥脚分置式门桥在全航速范围下数值求解与试验结果比较,结果表明本方法可有效模拟全航速下的门桥绕流问题.     

网格尺寸对河流水动力数值模拟的影响

以涪陵—洛碛水道上的上洛碛至下洛碛河段为研究区域,在测量比尺为1∶1 000的实测河道地形图上建立无结构化三角形网格水动力模型,基于有限体积法求解平面二维水动力方程,研究了在多组相对网格比取值下的模型计算结果变化趋势。研究发现:相对网格比的变化对河滩内计算点的计算结果影响远大于对河槽内计算点计算结果的影响。当相对网格比小于1,河道内水动力模型计算结果变化甚微,尤其是此时河槽内平均相对偏差接近于0;当相对网格比大于1,模型计算结果的平均相对偏差逐渐上升,当相对网格比足够大后开始趋稳,河滩内计算结果的平均相对偏差整体增幅大于河槽。随着相对网格比的增大,不同水深段区域内的水动力模型计算结果平均相对偏差变化程度不同。     

基于兴波数值模拟的RANS求解器加速方法研究

文章使用兴波数值方法对带自由面的RANS求解器进行初始化,将势流兴波数值计算的流场速度、压力和体积分数作为RANS求解器的初始值,研究其对RANS求解器并行计算速度的影响情况.通过对两条实用船型的计算验证表明:使用兴波数值结果初始化的RANS求解计算时间能缩短50%左右,且该方法对计算结果影响不大.     

90°弯管液固两相流动冲蚀磨损的数值模拟

  目的  弯管是船舶管路系统中的常见部件,为准确预测弯管内部的磨损情况,  方法  采用数值模拟方法对弯管内部的流场进行计算分析,主要从湍流模型对弯管流场计算的影响以及湍流模型对弯管处冲蚀磨损计算的影响这2个方面,对弯管内固、液两相流的磨损预测方法进行深入研究。  结果  结果表明：SST k-ω湍流模型结合Oka磨损模型可以较准确地计算弯管处的冲蚀磨损速率;湍流模型会给磨损计算带来显著影响,不仅影响最终磨损计算的数值大小,同时还会给预测的相对磨损分布情况带来明显差异。  结论  研究成果可为后续管路磨损预测的工程应用提供相关依据。     

Two-dimensional numerical simulation of water splash phenomena with and without surface tension

Two-dimensional numerical analyses were conducted and analyzed to simulate water splash produced by free falling object models starting from the resting position. The equilateral prism-shaped object models were allowed to fall onto the free surface of the water. The moving-particle semi-implicit (MPS) method was used to solve the unsteady Navier-Stokes equation for incompressible fluid flows with and without the surface tension effect. Froude numbers of 0.75, 1.0, and 1.25 were used with different model sizes for the entry velocity at the free surface. Splashes obtained by numerical computation closely agreed with the experimental results. The surface tension force, the Froude number, and the Weber number were found in these calculations to play major roles in determining various types of splash shapes. Model size was found to influence splash phenomena, even if the Froude number remained the same. The dependencies on these two nondimensional numbers and the fundamental law of similarity on water splash with and without the surface tension effect were thoroughly investigated in this research. Several two-dimensional numerical simulations are presented in this article to describe the hydrodynamic behaviors of water splash with and without the surface tension effect.     

基于流凌演进数值模拟的可视化方法

针对流凌演进三维可视化技术在冰冻河流可视化仿真方面不足的问题,结合MIKE21与ArcGIS软件,提出一种基于流凌演进数值模拟结果的可视化方法。通过模型构建、网格划分、边界条件确定,开展流凌演进数值模拟与分析,建立面向可视化的流凌演进数值模拟结果提取方法,实现流凌演进三维可视化仿真场景与数值模拟的可视化数据融合。基于空间数据库与属性数据库,建立的流凌演进仿真模拟系统,可全方位展示流凌演进过程中地形、水流、堤防结构物等仿真模拟结果。     

明渠弯道水流三维数值模拟*

采用雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程组,其中动量方程的雷诺应力项用k-ω涡黏紊流模型求解,结合VOF方法跟踪自由水面,运用Fluent软件模拟了明渠180°弯道水流的三维特性。通过将数值模拟的水位结果与试验资料进行比较,表明数值模拟能够有效地预测弯道水面高度的变化范围以及水面横比降的主要影响范围;同时分析了弯道水流不同水深的平面流场和典型断面弯道环流分布。     

内河航道船舶航行操纵平面二维数值模拟在复杂流态下的应用

基于平面二维水流数学模型和船舶航行操纵数学模型的基本原理,开发了适合内河航道的曲线拟合坐标系下的船舶航行操纵平面二维数学模型,其中水流数学模型采用贴体坐标系下的平面二维水流数学模型,船舶航行操纵数学模型采用比较流行的"组合型"水动力模型。在实船和船模在静水条件及均匀流条件下的航行试验验证的基础上,通过复杂流态河段船舶航行操纵数值模拟的研究,表明该船舶数模基本能够模拟船舶在复杂流态下的航行操纵情况。     

等宽明渠交汇口平面二维水流数值模拟*

采用雷诺平均Navier-Stokes（RANS）方程组,其中动量方程的雷诺应力项用雷诺应力（RAM）模型求解,运用Fluent软件模拟了90°等宽明渠交汇口6种流量比的二维水流运动。通过将数值模拟的分离区尺寸与试验资料进行比较,发现用RAM模型模拟在小流量比流动精度较高,建议采用采用混合湍流模型：当流量比小于0.583取RAM模型计算值,否则取H-L模型计算,并绘制了分离区长度、宽度与流量比关系图。     

开孔围壳流激振动特性的试验与数值计算研究

对围壳模型进行试验与数值模拟,分析开孔对围壳流激振动特性的影响.首先进行无动力自由上浮试验,在试验中测得了一系列的振动加速度线谱,然后建立与试验相同的数值计算模型,采用大涡模拟法对围壳附近的流场进行了精细的模拟,并将流场的压力作为载荷,运用FEM/BEM结合的方法计算了围壳的流激振动.仿真结果表明,该方法可以清晰的模拟流激围壳振动现象,围壳开孔后会引起流场周期性振荡,从而激励结构振动,产生振动加速度线谱,数值方法计算的振动线谱频率和试验结果接近,平均误差为1.41%.流激开孔围壳振动集中在开孔的导边与随边,尤其是孔腔随边,对这些区域采取控制措施是下一步研究目标.     

基于二维数学模型的串列圆柱桥墩对通航水流的影响*

规划中的四川江安长江第二过江公路桥采用钻石形串排圆柱型主塔,为了研究其主塔桥墩对该桥区河段各通航水力要素的影响程度,通过建立平面二维水流数学模型,模拟该河段方案实施前后的水流流场,从工程应用的角度分析串列圆柱桥墩对河段水流条件的影响。分析数模仿真结果得知：在各级流量下桥区河段水位、流速在工程实施前后变化较小,桥轴线横向流速较小,桥梁的建设对通航水流条件影响较小,不会对船舶安全通过桥区产生影响。     

基于LES方法圆柱绕流三维数值模拟(英文)

采用计算流体软件CFX5中large.eddy simulation(LES)模型计算了均匀流场中三维圆柱绕流的水动力特性.使用有限体积法对三维N-S方程进行求解.数值模拟着重研究了高雷诺数时展向各截面的压力、阻力、升力及涡管特性.数值计算结果表明:展向各截面柱体受力关于中截面对称且小于二维情况,柱体周围流场呈现明显的三维特性.