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。     

超高层建筑气动噪声场的大涡模拟

为揭示超高层建筑气动噪声产生的机理及空间分布特征,利用大涡模拟,在大气边界层内求解超高层建筑绕流场,结合FW-H （Ffowcs Williams-Hawkings）方程的声类比法进行了超高层建筑周围声压场的数值模拟. 研究发现:超高层建筑每个面均是偶极子声源,气动噪声是由建筑表面的偶极子声源产生,且受建筑表面风压主导,顺流向和横风向的脉动压力分别主导相应方向的声场辐射强度; 气动噪声沿高度方向先增大后减小,在0.7倍建筑高度附近噪声达到最大值; 在相同高度和离建筑表面相同距离的不同空间点,当空间点面对建筑迎风面时总声压级最大、背风面次之,侧风面最小; 随着空间点与建筑距离的增大,空间点总声压级快速衰减,且横风向较顺风向衰减更快. 研究认为:大涡模拟和声类比相结合的方法能合理预测超高层建筑的气动噪声;优化气动外形,降低建筑表面风压是降噪的最有效途径.      

列车绕流的瞬态与稳态数值模拟对比

采用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）和基于雷诺平均（Reynolds Average Navier-Stocks,RANS）的SST（Shear Stress Transport）k-ω湍流模型,分别对高速列车单车明线运行进行瞬态和稳态的仿真计算,通过与实车测试数据比较对数值模拟进行了验证.对比分析LES和RANS的计算结果发现：对于车头表面测压点,LES和RANS都能给出高精度的计算结果,且LES的瞬态计算结果表明,表面压力最大值在一个很宽的范围内波动;对于列车绕流结构,LES较RANS表现出更强的小尺度涡的捕捉能力,尤其表现在复杂的尾流区;通过气动力系数的傅里叶变换分析了波动的频域特性.LES在较复杂列车模型外流场模拟中的高计算精度,及其广泛的结果信息可以为列车的系统耦合设计提供可靠的数据参考.     

静磁场对熔融液滴振荡变形影响的相场模拟

为了解静磁场作用下熔融液滴振荡过程的特征,采用相场法数值模拟了硅熔体液滴的界面变形和内部对流过程,分析了轴向静磁场对初始形状为二阶Legendre函数硅熔体液滴界面振荡和内部对流的影响.研究表明:施加静磁场以后,液滴收缩较快,说明静磁场抑制了液滴内部流动;随着磁场强度从0增加至0.9 T,流函数最大值从0.57减小到0.08,液滴的界面振荡和内部对流逐渐减弱,液滴的长短轴比更快趋近于1,但磁场对液滴的振荡周期没有明显影响,显示相场法能够模拟密度较大的熔融液滴的界面振荡和内部对流过程.      

湍流积分尺度对高层建筑风荷载影响的大涡模拟

为研究湍流积分尺度对高层建筑风荷载大小和分布的影响,研究其合理取值,基于大涡模拟开展了B类地貌不同湍流积分尺度下CAARC（commonwealth advisory aeronautical research council）标准高层建筑模型绕流模拟,并将模拟结果与风洞试验进行了比较.研究结果表明:大涡模拟能较好地反映高层建筑周围风场绕流特性和表面风压分布.随着湍流积分尺度的增大,平均运动的变形率向湍流脉动输入能量,以致平均风速降低、湍流强度增大;侧面风压脉动性降低15%、分离流附着提前出现;基底扭矩谱和弯矩谱的峰值及高频段幅值均减小;层斯托罗哈数在0.4倍建筑高度以下基本相同,随高度的增加其值下降20%~30%;层平均阻力系数下降5%~10%;迎风面风压系数平均值下降2%~5%,侧面和背面下降12%~17%.湍流积分尺度对迎风面和侧面上风向的风压水平相关性、层升力和0.8倍建筑高度以下的层阻力相关性的影响可以忽略.随湍流积分尺度的增大,风压水平相关系数增大,背风面增大5%~10%,侧面下风向增大15%~25%,0.8倍建筑高度以上层阻力相关性系数增大25%~50%.B类地貌湍流积分尺度的调整系数为0.4时,计算得到的风荷载与试验结果趋于一致.      

Numerical study for turbulent flow of drag and flow noise with wavy wall

In this paper, a numerical simulation of flow-induced noise by the low Mach number turbulent flow with a sinusoidal wavy wall was presented based on the unsteady incompressible Navier-Stokes equations and Lighthill’s acoustic analogy. Large eddy simulation (LES) was used to investigate the space-time flow field and the Smagorinsky sub-grid scale (SGS) model was introduced for turbulence model. Using Lighthill’s acoustics analogy, the flow field simulated by LES was taken as near-field sound sources and radiated sound from turbulent flow was computed by the Curle’s integral formulation under the low Mach number approximation. Both spanwise wavy wall and streamwise wavy wall with various wall wave amplitudes were discussed to investigate their effects on reducing the drag and flow noise. The relationship between flow noise and drag on the wavy wall is also studied.     

固定直圆柱随机脉动升力特性的数值模拟

为验证大涡模拟在风工程研究上的适用性,数值模拟了固定三维直圆柱在雷诺数（Re数）为4.11104下的绕流场,获得了圆柱非定常气动力,得到了与文献结果接近的升力脉动RMS值和漩涡脱落斯特劳哈尔数（Sr数）;提出了基于90和270点脉动压力时程的互相关系数和RMS值,估算圆柱截面脉动升力RMS值的经验公式;开展了圆柱表面脉动压力时程的相干性分析和气动力产生的流动机理研究.研究揭示了圆柱涡脱的空间不同步和频率随时间的变化特征,以及涡脱能量的有限频率带宽分布;表明圆柱表面的脉动压力能量均集中在漩涡脱落频率上,且圆柱表面90和270点脉动压力时程具有完全相同的统计特性.      

基于PIV试验的积雪平屋面风场特性研究

为研究屋盖积雪对低矮平屋面风场特性的干扰影响，基于风吹雪风洞试验，通过3D打印获得平屋面的3D积雪形态，并以无积雪模型作为对照，系统地开展了PIV (particle image velocimetry)风洞试验，并结合LES(large eddy simulation)方法，研究了6组平屋面建筑有无积雪时的流场分布特性.试验研究表明：当无积雪时，来流在屋面前缘处分离后能形成典型的分离泡流动，分离泡内速度场存在明显逆流现象；当有积雪时，屋面上方的逆流减弱甚至消失，积雪显著地加快了流经屋面附近流场的速度，其最大速度增量约为0.6，同时，流线分布更贴合模型壁面，速度梯度增大，也相对增大了涡量值；积雪会使得屋面上方整体的时均湍动能和切应力均减小，但对屋面迎风区域的平均和脉动风压均有增大作用，其增大比值约为15%和20%.通过该研究可进一步对低矮建筑的风雪荷载作用机理展开分析，为屋盖结构的抗风雪设计提供参考.     

非均匀流场中螺旋桨水动力及噪声特性预报研究

根据螺旋桨的型值参数,在Fluent前处理器ICEM中建立流场的网格模型,采用计算流体力学（CFD）理论,结合雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程计算了螺旋桨的水动力特性.利用滑移网格技术对非均匀来流下的螺旋桨的水动力进行大涡模拟计算,并结合FW-H噪声模块对螺旋桨的无空泡噪声进行了数值预报.流场预报结果显示,流场的非均匀性导致螺旋桨水动力系数的脉动存在一定的周期性,且整个螺旋桨的水动力系数与单个桨叶之间存在一定的倍数关系;声场结果表明,低频离散噪声远大于高频噪声,噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向和径向衰减速度随着距桨盘面中心的距离增大而减小,且轴向声压级低于径向两侧.     

基于壁面射流的下击暴流非稳态风场大涡模拟

为研究边界层风洞中下击暴流大缩尺比试验的可行性,基于冲击射流和壁面射流模型,采用大涡模拟方法,分析了静止和移动下击暴流的风场特性;通过与Wood模型、Oseguera模型、Victory模型以及经典壁面射流实验对比,验证了采用冲击射流和壁面射流模型在模拟稳态下击暴流出流段的一致性和有效性;在壁面射流模型入口处引入3种速度函数,模拟了下击暴流非稳态风速时程. 研究结果表明:与冲击射流一样,无协同流壁面射流能够有效地模拟静止下击暴流的稳态出流段;当冲击射流平移速度为出流速度的15%时,其最大水平风速较静止冲击射流增大了15.8%;协同流速度为射流速度的19.2%时,其最大风速较无协同流壁面射流增大了16.9%,带协同流壁面射流能够有效地模拟移动下击暴流;提出的速度入口函数模型作为壁面射流入流条件,能够较为真实地模拟出Andrews AFB下击暴流非稳态风场.      

y+值对MIRA模型气动参数计算精度的影响

为研究量纲为1的参数y+值对车辆气动参数计算精度的影响, 以阶梯背MIRA模型为基础, 在保证模型网格数量与质量相近的情况下调整近壁网格尺寸, 构建不同y+值的流场仿真模型; 考虑到不同的湍流模型对车辆外流场仿真的y+值具有不同的适用范围, 选取SST κ-ω和LES两种常用的湍流模型对阶梯背MIRA模型外流场进行稳态和非稳态仿真分析; 将气动参数仿真结果与试验结果进行对比分析, 得出合适的y+值取值范围; 结合仿真速度云图和车身表面受力曲线分析了边界层首层网格厚度对仿真精度的影响; 建立了方背MIRA模型在2种湍流模型下的外流场仿真模型, 进行不同流速下气动参数的计算, 从而对y+值取值范围进行验证。研究结果表明: 针对车辆外流场数值仿真, 采用SST κ-ω模型时对应的合适平均y+值取值范围为20~50, 而采用LES模型时对应的合适平均y+值取值范围为5~10;当边界层首层近壁网格厚度过大时, 数值仿真无法准确捕捉边界层中速度梯度的变化, 造成边界层流场流动信息丢失, 而当边界层首层近壁网格厚度过小时, 边界层网格会严重畸变, 2种情况下气动参数计算误差都超过5%, 从而影响车辆外流场数值仿真精度; 根据所获得的y+值取值范围, 方背MIRA模型计算的气动参数误差小于5%, 说明了2种湍流模型平均y+值取值范围的正确性。      

Research on numerical wave tank based on the improved moving-particle semi-implicit method with large eddy simulation

Moving-particle semi-implicit （MPS） method is a new mesh-free numerical method based on Lagrangian particle. In this paper, MPS method is applied to the study on numerical wave tank. For the purpose of simulating numerical wave, we combine the MPS method with large eddy simulation （LES） which can simulate the turbulence in the flow. The intense pressure fluctuation is a significant shortcoming in MPS method. So, we improve the original MPS method by using a new pressure Poisson equation to ease the pressure fluctuation. Divergence- free condition representing fluid incompressible is used to calculate pressure smoothly. Then, area-time average technique is used to deal with the calculation. With these improvements, the modified MPS-LES method is applied to the simulation of numerical wave. As a contrast, we also use the original MPS-LES method to simulate the wave in a numerical wave tank. The result show＇s that the new method is better than the original MPS-LES method.     

方腔内热磁致空气自然对流数值研究

建立了处于空间中的孤立永磁体产生的永磁场中的二维方腔热磁自然对流模型,并通过数值计算的方法研究了方腔内空气在重力和磁化力驱动下的自然对流现象.在瑞利数105和磁场强度0.5~3.5T范围内,研究了梯度磁场对自然对流的抑制作用,给出了方腔内磁浮升力场,温度场、流场的变化以及方腔内壁面的换热特性.结果表明:高剩磁钕铁硼永磁体磁场可以明显的抑制方腔内自然对流,与重力场自然对流相比,方腔内流场和温度场发生了明显的变化,剩磁3.5T时Nu减小达47%.     

The Simulation and Characteristic Study of Wind Velocity for Long-Span Structures

The new technique that combines wave superposition with the fast Fourier transformation was introduced to simulate the nodal three-dimension relevant wind velocity time series of spatial structures. The wind velocity field where the spatial structure is located is assumed to be homogeneous. The wind‘s power spectral density is divided into frequency spectral function and coherency function and the spectral functions are transformed as the superposition coefficients. The wavelet analysis has excellent localized characters in both time and frequency domains, which not only makes wind velocity time series analysis more accurate, but also can focus on any detail of the objective signal series. The discrete wavelet transformation was adopted to decompose and reconstruct the discrete wind velocity time series. The stability of wavelet analysis for the wind velocity time series was also proved.     

大深度水下航行体引起的水底压力变化

水下航行体引起的水底压力变化是航行体的重要目标特性之一,可用于水下运动目标探测和水中兵器研制.基于船舶水动力学势流理论,建立了水下航行体水底压力计算模型.利用HessSmith方法,对大深度水下航行体的压力场分布进行了计算,分析了航行体水压场沿纵向和潜深的变化规律,计算结果和实验结果有较好的一致性.     

Scaling Relation of the Scalar Diffusion in a Rotating Mixer

Scalar mixing is under the joint control of convection and diffusion.The ratio of the dissipative scale of velocity field to that of the scalar field depends on...     

基于特征正交分解的桥梁风场模拟

推导出了随机过程特征正交分解计算公式.为提高原型谱表示法的计算速度,将特征正交分解的强形式,即基于功率谱矩阵的随机过程特征正交分解(SPT)引入到谱表示法中,代替原有的对功率谱矩阵的Cho lesky分解,并给出了实用的模拟公式.该算法可用FFT加速.结合模态截断技术,POD的引进可节省谱表示法模拟的计算量.通过算例,定义了风的吹动模态,说明了风场SPT的明确的物理意义,同时模拟方法的有效性亦得到验证.     

空调客车车体顶部弓形封闭空腔自然对流换热研究

本文应用自然对流换热理论和数值计算方法,对空调客车车体顶部弓形封闭空腔自 然对流换热规律进行了模型研究,用数值方法求出了空腔当量导热系数,同时用差 分干涉仪对同尺寸模型进行了实测,两者结果取得了较好的一致。      

A NEW ESTIMATION METHOD OF SPATIAL PEAK TEMPORAL AVERAGE INTENSITY AND SPATIAL PEAK PULSE AVERAGE INTENSITY IN HIFU FIELD

High intensity focused ultrasound( HIFU) inmedicine has been developed rapidly for more thanten years.It changes the situation of slowly ad-vancing in ultrasonic therapy. HIFU has become anew character of ultrasound in medicine.The ex-tracorporal lithotriptor,the pyrothrapy,the HIFUsurgery,the HIFU hemostasis,and the HIFUabortion are the most important progresses.Theyshow that the applications of ultrasound in therapywill have greater project than that in diagnosis[1] .China has made m…     

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．