ALE有限元法及边界元法在二维带挡板箱体液体晃荡现象模拟中的比较

该文对二维带挡板箱体液体晃荡现象进行了模拟和比较.任意拉格朗日欧拉(ALE)法基于Navier-Stokes方程,边界元法运用势流理论.首先,通过与不带挡板箱体液体晃荡现象的解析解的比较,验证了两种方法的有效性;进而研究了带刚性挡板箱体液体晃荡现象,并分析了挡板的尺寸、位置对晃荡现象的影响.文中还计算了作用于箱体壁面上的力和力矩.     

基于ALE的矿粉货物液化晃荡问题并行数值模拟

含水量较高的矿粉货物在海上运输过程中易出现液化,形成自由表面并使晃荡现象加剧,严重威胁船舶运输安全。针对船载液化矿粉晃动和舱壁冲击问题,采用ALE有限元方法对其进行了细致建模和计算模拟,从三维角度考察了在船舱一定装载率和运动状态下液化矿粉的晃荡现象和特性;同时,借助不同仿真软件,对计算结果的合理性和准确性进行了相互比对和分析。模型求解借助了高性能计算资源,以解决问题求解时间长和多组计算工况带来的大规模计算需求;结合所建计算模型特点和流固耦合特性,研究了多核环境下两种不同区域分解策略和实现方式,通过并行计算性能数据比较分析,以探求更为合理的并行加速策略。     

基于SPH法的二维液体大幅晃荡数值模拟

随着海上液化天然气的开采和卸载的发展,LNG船部分充满舱的晃荡问题变得非常重要,成为船舶力学研究热点课题.文中采用光滑质点水动力学方法对二维液舱内液体大幅晃荡问题进行了数值模拟.将计算得到的波面图与试验结果进行了对比,吻合较好,验证了此法处理大幅晃荡问题的可行性.     

液舱晃荡的数值模拟

随着海上液化天然气的开采和卸载的发展,LNG船部分充满液舱的晃荡问题变得非常重要,成为一个重要的研究课题.文章采用VOF法对部分充满液舱的晃荡进行了数值模拟.结合动网格技术,针对二维矩形舱和三维立方体舱及薄膜型舱进行了计算.并将相关的横向力、波高和压力曲线与试验结果作对比,吻合较好.验证了此法的可行性和有效性.     

LNG船液舱晃荡数值模拟

为了研究船的液舱晃荡问题,基于CFD软件Fluent,计算、分析了LNG实船液舱内液体的三维晃荡特性.首先通过与试验数据的比较,验证了三维数值模型的正确性,分析了网格等要素对监测壁面压力的影响.其次通过数值模拟,分析了舱长变化对液体晃荡的影响,说明了三维研究的必要性.最后对LNG船的液舱晃荡进行了三维数值模拟.结果表明,数值计算模型可行,能准确揭示晃荡中的各种现象.     

弹性液舱液体晃荡数值模拟

以流体的连续方程、N-S方程与结构动力学方程为控制方程,利用动力学软件ANSYS14.0,模拟二维矩形液舱与三维棱形液舱液体晃荡现象,用VC++语言编写矩形舱壁变形运动的响应程序,分析二维矩形液舱舱壁变形对晃荡压强的影响;利用System Coupling模块实现三维棱形弹性液舱晃荡的双向耦合;通过提取监测点处压强,对比压强的时间历程,分析了不同板厚、不同材质对晃荡载荷的影响及不同监测点处压强变化特点。     

ALE方法在燃烧室中的数值模拟研究

在数值模拟中,ALE(Arbitrary Lagrange-Euler)方法是Euler方法和Lagrange方法的结合,既能处理畸变较大的流动,又能准确描述流体内部的运动。本文运用ALE方法对固体火箭发动机燃烧室的流场进行了二维数值模拟计算,流体运动通过原始变量Navier-Stokes方程描述,压力采用Poisson方程形式,运用有限差分的方法对计算区域进行四边形单元的网格划分,在Linux操作平台上编写计算程序,验证了ALE方法适用于固体火箭发动机燃烧室流场分析,为固体火箭发动机的内流场仿真提供了一个直接求解的新思路。     

二维矩形弹性液舱内液体晃荡数值模拟研究

阐述ADINA数学模型及相关数值方法,以二维矩形刚性液舱模型为例模拟液体晃荡,将所得的结果与解析解进行比较,验证该模型的有效性;通过数值模拟,研究二维矩形弹性液舱内的液体晃荡,分析不同刚度、不同频率对液体晃荡自由液面波高运动的影响。     

盛液容器内液体于维晃荡的数值模拟

本文采用流体体积（ＶＯＦ）法，数值模拟了盛容器内液体的二维晃荡。首先对初始扰动一的液体晃荡作了计算，并同线性解析解作了比较，然后数值模拟了强迫纵荡下，箱体内液体运动。数值计算表明：采用ＶＯＦ法模拟液体晃荡的动力特性是成功的。     

LNG船液舱晃荡的数值模拟

随着海上液化天然气开采和卸载的发展，LNG船非充满舱的晃荡问题已成为一个重要的研究课题。基于流体体积（VOF）法描述晃荡流场的自由面，结合动网格技术，建立了适合不同几何形状的液舱晃荡数值模拟的计算方法。首先针对二维矩形舱和三维立方体舱及薄膜型舱进行了计算，并将相关的横向力、波高和压力曲线与试验结果作对比，吻合较好，验证了此法的可行性和有效性。然后，对三种不同类型的LNG液舱模型（球形舱、圆柱形舱和薄膜型舱）分别进行了系统的晃荡数值计算与分析，将三者的力、力矩、压力计算结果以及自由液面形状进行了比较分析。结果表明，三种液舱模型在晃荡过程中的结果和现象十分类似，通过对液舱在晃荡过程中的受力和舱室容积的综合衡量，作为一种LNG船的新型舱室，圆柱形舱室是很有发展前景的。     

任意拉格朗日欧拉有限元法中的自由面网格追踪分析

本文对任意拉格朗日欧拉有限元法中的自由面网格追踪问题进行了分析.在任意拉格朗日欧拉坐标系下,用非定常不可压的Navier-Stokes方程来描述粘性带自由面流体的运动,在时间的数值积分中采用了速度修正分步法.文中提出了四种不同的自由面网格追踪方法,并对用各种方法得到的数值结果进行比较,得到了较优的追踪方法.为了验证方法的有效性,对孤立波传播进行了详细的分析.     

Numerical simulation of violent sloshing by a CIP-based method

In this article, a new computational fluid dynamics simulation approach based on the constraint interpolation profile (CIP) method is applied to tackle the violent sloshing problem. The present study considers two-dimensional sloshing phenomena in a rectangular tank. By the proposed method, the sloshing problem is viewed as a multiphase problem that includes water and air flows. A stationary Cartesian grid is used and the free surface is solved by an interface capturing method. The CIP combined unified procedure (CCUP) scheme was adopted for the flow solver, and both the CIP scheme and the CIP conservative semi-Lagrangian with cubic interpolation polynomial (CIP-CSL3) scheme were used for interface capturing. For validation of the numerical method, a physical experiment was conducted with a rectangular tank for several frequencies and filling heights. A convergence check was first performed for the method. The numerical simulation results on violent sloshing show that the use of the CIP-CSL3 scheme as an interface capturing procedure gives much better results for the pressures and free-surface profiles than the conventional CIP scheme.     

Numerical simulation of 2D and 3D sloshing waves in a regularly and randomly excited container

In this paper,various aspects of the 2D and 3D nonlinear liquid sloshing problems in vertically excited containers have been studied numerically along with the help of a modified-transformation.Based on this new numerical algorithm,a numerical study on a regularly and randomly excited container in vertical direction was conducted utilizing four different cases： The first case was performed utilizing a 2D container with regular excitations.The next case examined a regularly excited 3D container with two different initial conditions for the liquid free surface,and finally,3D container with random excitation in the vertical direction.A grid independence study was performed along with a series of validation tests.An iteration error estimation method was used to stop the iterative solver（used for solving the discretized governing equations in the computational domain） upon reaching steady state of results at each time step.In the present case,this method was found to produce quite accurate results and to be more time efficient as compared to other conventional stopping procedures for iterative solvers.The results were validated with benchmark results.The wave elevation time history,phase plane diagram and surface plots represent the wave nonlinearity during its motion.     

液舱内三维液体非线性晃荡的数值模拟

晃荡是一种非常复杂的非线性液体流动现象,载液船舶的晃荡问题颇受关注,因为在外界的激励下液舱内会产生剧烈的晃荡现象,巨大的晃荡冲击力会造成结构的破坏.文中建立了三维晃荡数学模型及数值计算模型,借助处理自由表面的VOF(volume of fluid)方法对液舱内液体晃荡的自由表面进行追踪,编制程序实现了液舱内三维液体非线性晃荡的数值模拟,并就三维刚性液舱内粘性液体的自由晃荡和强迫晃荡做了分析,讨论了液体不同粘性系数对晃荡的影响.模拟结果证明了三维晃荡理论的可行性.     

带自由面流体运动的拉格朗日有限元分析

介绍了拉格朗日描述下的非定常不可压缩带自由面流体运动的有限元分析.在时间积分中采用速度修正法,采用速度修正分步法不仅可以让速度和压力均采用同阶插值函数,而且可以使算法变得更简单.用四边形单元对所求区域加以划分,并借助于Galerkin加权余量法导出相应的有限元方程组.通过实例计算,阐明了用该方法来分析带自由面流体运动的有效性及其实用性.     

基于显式有限元方法的二维楔形刚体入水砰击载荷并行计算预报

局部砰击载荷是在船舶首部结构设计时重点关注的问题。文章基于显式有限元方法,选用任意拉格朗日—欧拉算法(ALE),针对某30°二维楔形刚体入水砰击问题,开展了数值预报工作。针对模型网格密度开展了收敛性分析。数值预报的加速度、砰击压力等时域结果与已公开发表的模型实验的结果进行了比较,吻合非常好。鉴于在微机上数值计算时间比较长的问题,文中探讨了并行计算技术在模拟中的应用。     

裂纹的扩展有限元数值模拟研究

扩展有限元方法中,结构的不连续模拟通过单位分解的方法对位移模式的局部富集来实现,这个技术可以使得裂纹的不连续性独立于结构的单元划分.阐述了富集函数的构造、支配方程的建立、数值积分方案及程序实现等.对于线弹性体裂纹的模拟.通过一个跳跃函数和二维裂纹尖端位移渐进场来考虑裂纹的不连续性和奇异性.通过编制扩展有限元程序,模拟了各向同性介质中的二维裂纹.最后通过算例的模拟结果证明了该方法的精确性和实用性.     

Numerical simulation of viscous liquid sloshing by moving-particle semi-implicit method

A meshless numerical simulation method, the moving-particle semi-implicit method （MPS） is presented in this paper to study the sloshing phenomenon in ocean and naval engineering. As a meshless method, MPS uses particles to replace the mesh in traditional methods, the governing equations are discretized by virtue of the relationship of particles, and the Poisson equation of pressure is solved by incomplete Cholesky conjugate gradient method （ICCG）, the free surface is tracked by the change of numerical density. A numerical experiment of viscous liquid sloshing tank was presented and compared with the result got by the difference method with the VOF, and an additional modification step was added to make the simulation more stable. The results show that the MPS method is suitable for the simulation of viscous liquid sloshing, with the advantage in arranging the particles easily, especially on some complex curved surface.     

二维水翼流体力学反问题的数值模拟

水翼(机翼)的反设计一直是人们研究的热门课题,本文对定常反问题进行了研究.将翼型NACA2412作为计算对象.首先给出翼型的下半部形状,以及上表面的从正问题中计算出来的速度分布.在变分原理的基础上,用有限元方法对水翼进行了数值计算.结果表明,本文理论正确,方法可行.