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.     

注射成形填充模拟的修正算法

为提高注射成形过程数值模拟结果的准确性,采用类似迎风法的概念,通过对平流方程作为填充状态控制方程而导致模拟失真原因的分析,提出了相应的数值修正算法.该方法在高效显式数值模拟算法和有限元软件基础上,通过对模型内流体速度场的系统性操作,削弱空气流动速度场对喂料填充的不真实影响,使得填充状态的输送更基于流动前沿面后部的流场作用,并对⊥型和L型模腔进行了数值仿真.结果表明:该方法能有效抑制填充流的失真现象,实现了在流动过程中流向发生大角度变化模腔的正确填充过程.      

高密度客流激波现象识别与分析

针对密集客流在瓶颈处激波现象量化解析的不足,基于行人可控试验,标定并提取行人通过时间、行走速度、位置变化等微观特征参数,引入动态时间规整(dynamic time warping,DTW)算法,实现客流激波现象的识别与量化分析。结果表明:DTW算法可识别客流激波现象,与流体动力学理论算法相比,该算法能够更精确地识别变速点,降低激波波速计算的复杂度;瓶颈处激波波速在传递过程中为变量,集结波(消散波)传递时波速递减(递增),前者对跟随者的阻挡程度随激波传递逐渐降低。研究为轨道交通客流的稳定性评估、微观仿真模型的有效性验证提供理论依据。     

锯齿形结构面剪切流变及非线性本构模型分析

为了对岩体结构面的蠕变和松弛特性进行比较分析,用水泥砂浆浇筑成不同角度的结构面试样,在岩石双轴流变试验机上对同一应力起点的规则齿形结构面进行剪切应蠕变试验和松弛试验.首先分析了的蠕变与松弛特性,其次对参数非线性流变本构模型的建立和求解进行探讨,最后采用参数非线性流变方程对试验曲线进行拟合. 试验结果表明:结构面剪切蠕变曲线和松弛曲线都可以分为瞬时、衰减和稳定3个阶段;基于能量理论分析蠕变和松弛过程,显示蠕变是能量的注入与耗散过程,而松弛主要是能量的耗散过程;建立非线性流变模型时,应采用流变力学模型理论推导其本构方程;积分法与Laplace变换法求解蠕变方程或松弛方程时,相应的初始条件不相同;考虑黏性系数是与时间相关的非定常参数,提出了参数非线性Maxwell模型的蠕变方程和松弛方程,与试验曲线拟合结果比较理想;蠕变方程和松弛方程的拟合参数值不同,表明蠕变与松弛不等价且不能相互置换.      

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LevelSet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.     

船体粘性流场加速求解策略研究

为了在保证数值预报精度的前提下提高船体粘性流场数值求解速度,分析了基于数值求解RANS方程的时间步、网格节点数和离散格式对计算结果的影响,提出了加速求解策略.在最大时间步长限制下,采用缓慢增加时间步方法加速求解.对于低、中、高航速下的粘性流场求解,选择不同的协调因子比例.对自由液面位置赋合理初值.     

单向流作用下淤泥质黏土起动试验研究

为掌握淤泥质黏土的起动规律,采用水体灰度和水流速度同步测量的方法,对不同沉积密度条件下淤泥质黏土的起动特性进行了试验研究.试验结果表明:淤泥质黏土的起动现象可用弱起动和普遍起动描述.弱起动床面冲刷率低,水体灰度值的变化约为10;普遍起动床面冲刷率明显提高,灰度曲线发生突变的附近为普遍起动,相应的灰度值变化一般超过20.普遍起动流速约为弱起动流速的1.5倍.     

都市快轨列车圆形与矩形隧道运行气动特性数值分析

基于连续性方程Reynolds时均Navier-Stokes方程以及RNG k-ε湍动能模型方程对都市快轨列车隧道运行的空气动力流场进行数值计算.研究在以160 km/h隧道运行速度分别通过圆形和矩形隧道的工况下,从列车进入隧道直至整车完全驶出隧道的空气阻力以及车体表面压力变化情况,并对圆形及矩形隧道流场特性进行对比.计算结果表明:列车在矩形隧道和圆形隧道运行过程中的最大阻力分别达到15 458.5 N和13 829.3 N,最大表面压力分别达到4252.3 Pa和3 815.8 Pa.在两种隧道中运行的列车阻力变化规律及列车表面压力变化规律相同,矩形隧道运行时列车的最大阻力与圆形隧道相比增加了14.3％,表面最大压力增加了l3.8％.     

船后伴流场影响因素的数值研究

以某型集装箱船为研究对象,使用PARNASSOS软件进行了船后伴流场影响因素的数值研究.采用GMS软件为前处理器,采用NAPA软件的Transformation模块进行线型变换,并将所建模型导入PARNASSOS进行伴流场的计算;计算结果与实验值比较,验证了该方法的有效性.在此基础上,以平均伴流和伴流目标函数（WOF）作为计算结果的衡量标准,依次研究了方形系数、尾部U,V度、船体长宽比、航速和桨盘面位置等对伴流场的影响.     

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．     

Study of steady and unsteady wet steam condensing flows in a turbine stage

Objective To develop the numerical method for the steady and unsteady wet steam condensing flow in turbine stage. Methods An Eulerian/Eulerian numerical model is used to describe the spontaneous condensation flow in the steam turbine. For the steady condensing flow computations, the mixing plane model was used. For the unsteady condensing flow computations, the sliding mesh method was used to simulate the rotor-stator interactions. Results The numerical results showed the obvious differences between non-condensing and condensing flows. The results also showed the unsteadiness effect due to rotor-stator interactions had a deep influence on the formation and growth process of water droplets. Conclusion The numerical methods presented in this paper are valid for the condensing flow in the turbine stage.     

基于PIV技术的明渠非恒定流试验系统

建立了一套高精度的明渠非恒定流试验系统,通过计算机及变频器控制水泵转速产生非恒定流过程,由电磁流量计、超声水位计实时监测流量和水位变化过程,并通过PIV流场仪进行流场测量。该系统不但能生成连续、稳定的周期性非恒定流过程,很大程度改进了明渠非恒定流的试验手段。     

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．     

The proper orthogonal decomposition method for the Navier-Stokes equations

The proper orthogonai decomposition (POD) method for the instatiouary Navier-Stokes equations is considered. Several numerical approaches to evaluating the POD eigenfunctions are presented. The POD eigenfunctions are applied as a basis for a Galerkin projection of the instationary Navier-Stokes equations. And a low-dimensional ordinary differential models for fluid flows governed by the instationary Navier-Stokes equations are constructed. The numerical examples show that the method is feasible and efficient for optimal control of fluids.     

不同长宽比矩形高层建筑的分离再附流动特性

为研究边界层紊流特性、断面长宽比和空间位置等因素与矩形高层建筑分离再附流动特性之间的关联,通过不同长宽比矩形建筑模型的同步测压试验,获取不同工况下的表面风压实测数据;分析了影响矩形建筑三维分离再附流动和分离区长度演化规律的多种因素,探讨了大尺度紊流下矩形高层建筑的非定常气动力与分离再附流动特性的内在关联;定量给出了平均分离区长度在竖向的分布规律. 研究结果表明:紊流风场的积分尺度与建筑特征尺寸的比值关系会影响分离再附流动和气动力特性的试验精准度,最大偏差可达约24%;边界层紊流的干扰导致分离剪切层曲率增大,加强了对分离区的卷夹作用,稳定再附将发生在长宽比为2时;平均分离区长度在竖向方向逐渐增大,并依据试验结果给出了高层建筑侧面风压取值的修正建议.      

城市轨道交通短时客流预测体系框架及关键技术

针对当前城市轨道交通短时客流预测系统性不强等问题,构建短时客流预测体系框架,并讨论预测过程涉及的关键技术。框架的构建以自动售检票系统（AFC）获得的数据为出发点,统计站点客流和线网客流OD矩阵两类基础客流数据;在此基础上,构建线网客流分配模型,结合视频数据、站点平面布置和列车运行时刻表三类数据,考虑乘客步行时间的影响,估计断面客流数据;接着,在分析站点客流和断面客流数据时空特性的基础上,分别预测站点和断面短时客流;利用站点客流和断面客流短时预测结果反推未来OD矩阵;同时引入GARCH模型分析预测结果的可靠性,以提高短时客流预测结果的可信度。     

通过跳车法识别桥梁自振频率的修正计算法

利用加载车辆的竖向冲击作用,激起桥梁的竖向振动,简称跳车试验,这种方法在动力荷载试验中广泛使用。该试验方法起振能量大,并能得到较高质量的自振信号,因此分析精度也较高。但激振车辆附加质量对测试结果的真实存在难以避免的影响。根据动力学计算理论,提出一种新的方法来修正跳车法实测频率,以获取较准确的自振频率。通过对大量样本测值结果与采用文中方法所得到的修正值的对比分析,可以确定该方法的有效性。     

一种分析曲线箱梁剪力滞效应的传递矩阵法

基于能量泛函变分原理及箱梁翼板的剪力滞翘曲位移函数,导出了曲线箱梁的弹性控制微分方程、边界条件并运用消元法求得其闭合解。基于多跨曲线桥跨界的静力平衡及连续条件,给出了跨间矩阵和节点矩阵,建立了变形和内力的传递矩阵,提出了一种计算曲线箱梁剪力滞的传递矩阵法。算例表明了该方法的有效性。     

基于MATLAB的公路桥梁车桥耦合数值计算方法

应用达朗贝尔原理推导了两自由度车辆和桥梁的振动平衡方程,提出用龙格-库塔法和NEWMARK法来求解车桥耦合振动问题。针对NEWMARK法提出了求解分离的车辆和桥梁运动方程组的分析策略:在每一个时间步长内进行迭代计算并将桥梁的振动平稳状态作为收敛条件。利用MATLAB结合两种数值计算原理分别编制了车桥耦合计算程序。算例分析表明:两种方法的计算精度都较高;采用NEWMARK法求解时,在每个时间步内迭代计算至桥梁振动平稳状态是有意义的。