浸入运动边界-格子Boltzmann方法4种固含率计算方法对比研究

为了达到流固耦合,格子Boltzmann方法(LBM)可采用浸入运动边界法(IMB)实现移动颗粒边界上的无滑移条件.该耦合方式(IMB-LBM)中固含率计算方法对流固耦合计算精度和效率有影响.对常用的固含率4种计算方法,即蒙特卡洛法(MCM)、单元分解法(UDM)、近似多边形法(APM)和闭合边界法(CBM),分别阐述其具体算法,对比了它们的计算精度和计算效率;最后通过圆盘颗粒非连续变形分析方法(DDDA)与IMB-LBM耦合模型下的一个多颗粒沉降流固耦合算例,对比分析了它们在流固耦合计算过程中的耗时.结果表明:1)CBM无误差,MCM和UDM在随机点数取1000,子单元数取100时误差稳定在1%以下,APM在颗粒直径大于格子长度10倍时,误差小于0.44%;2)MCM和UDM的计算精度及耗时分别与随机点数和子单元数相关,它们的计算耗时大于APM和CBM;3)计算效率上,APM>CBM>UDM>MCM,其中CBM计算耗时略微大于APM,APM和UDM计算耗时分别比MCM少2个和1个数量级.该结果可为IMB-LBM耦合模型中固含率计算方法优选提供借鉴.

运动边界对高寒动车组转向架区域风雪运动的影响

采用基于Realizable k−ε湍流模型的非定常雷诺时均方法(URANS)和离散相模型(DPM)探究运动边界对高速列车底部风雪运动规律及转向架区域积雪分布的影响。研究结果表明:地面的运动有效缓解了转向架底部气流的流向动能衰弱效应,显著增加了转向架2区域的流向速度分布,并影响了雪粒垂向速度分布,致使转向架1区域的表面积雪质量降低33.6%,转向架2区域的表面积雪质量增加20.1%;列车轮对的旋转未影响转向架底面积雪分布,但轮对旋转使后端板周围雪粒垂向速度大幅增加,进而增加了转向架上表面的积雪分布;相较于旋转轮对,在轮对静止条件下,牵引电机、齿轮箱、构架和后端板表面积雪质量分别降低1.5%、2.9%、3.4%和6.4%,转向架2区域的表面积雪总质量整体降低3.2%,因此,在高速列车转向架区域积雪的数值仿真和风洞试验研究中,要尽可能地实现转向架、地面和轮对之间的相对运动。

运动边界问题流场仿真技术的发展

在液压气动、航空航天等领域中,经常需要对可变几何区域内的流场进行仿真计算,即要处理运动边界流场仿真问题。这一问题是目前计算流体力学研究中的难点和热点,该文主要介绍了当前研究该问题的两个不同思路:网格法和无网格法,并对这两种方法的优缺点进行了比较。

结合运动边界和稀疏光流的运动目标检测方法

近年来,光流法被广泛应用到运动目标检测中,但该类方法计算量大,不利于实时处理,且易受噪声影响.提出一种结合运动边界和稀疏光流的运动目标检测方法.该方法通过结构随机森林提取图像的运动边界,然后计算运动边界的光流矢量从而实现目标检测.由于运动边界不易受噪声影响且其光流矢量计算满足稀疏性,将运动边界和光流法结合,保证了算法的鲁棒性和实时性.实验结果表明,该方法可以精确地检测出完整的运动目标,且具有较低的计算复杂度,有利于实时性运动目标检测系统的构建.

用HLLC方法处理运动边界

针对含有运动边界非结构网格点的显式有限体积方法,研究了如何使用HLLC方法处理运动边界条件,计算了活塞拉伸、压缩问题,并和解析解进行了比较.作为应用示例,比较了静止圆柱绕流和静止流场中运动圆柱的绕流情形.结果表明:应用HLLC方法处理运动边界是可行的.

一类具有运动边界的机械系统自激振动分析

在研究轧钢机轧制过程中因打滑等因素而产生的自激振动时，本文考虑了因连接轴转动而出现的运动边界问题，提出了一个新的力学模型，建立了具有运动边界问题的运动微分方程。

含运动边界二维多体干扰流场的数值模拟

本文采用二阶精度Godonov扩展方法求解非定常Euler方程,以基于格心的自适应非结构网格的显式有限体积法为基础,空间和时间都是二阶精度,使用HLLC近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量,对作俯仰振动的NACA0012翼型绕流及激波管中运动、静止圆柱的流场进行了数值模拟,并对数值模拟的结果进行了分析,为进一步对含多体分离流场进行数值模拟打下了基础。

运动边界相似法及船舶结构动力分析应用

基于结构动力分析原理,以"设备-基座"振动系统为例,证明结构动力分析时力边界与运动边界的统一性;针对结构局部动力参数未知情况,通过保障结构运动边界条件一致,构造结构动力分析"虚拟力",提出结构动力分析的运动边界相似法,解决动力参数未知时给定运动边界条件的结构动力分析问题,并对其有效性进行验证;将运动边界相似法用于船舶结构水下振动声辐射研究,分析船舶水下声辐射特性。结果表明,船舶水下振动声辐射与激励作用位置、激励频率等因素密切相关。船舶结构水下辐射噪声主要集中于激励源附近的中部区域,尾部次之,船首最小;低频段船舶水下声辐射沿船长分布均匀,但随激励频率的提高,水下辐射声场不均匀性逐渐增大,指向性更明显。

格子Boltzmann方法中三维运动边界的统一模型

格子Boltzmann方法(LBM)中边界条件的处理很复杂,在现有的边界条件处理方法中,动力学格式能够精确满足宏观边界条件,但由于要解一个不定方程,必须引入附加假设确保方程非奇异.作为动力学格式和反弹格式的一种扩展,提出一种处理三维任意速度运动边界的统一模型,其中入口速度和固体壁面速度是该模型的特殊情形.给出用于三维15速度的表达式.为了检验该模型,模拟对角顶盖驱动三维空腔流,并将结果与有限差分法计算的结果进行比较,说明所提出的统一模型是合理可行的.

分形生长中的运动边界问题

本文讨论了分形生长中的运动边界问题,运动边界不仅给出因空间标度变换而产生的生长项系数的变化,而且使系统增加一个变化着的耗散源,这就是运动边界的物理本质。

运动边界粘弹性波的小参数奇异摄动解

运用双多尺度法，给出了匀速运动边界粘弹性波动问题的小参数奇异摄动解，并讨论了边界运动速度对波函数性质的影响。

具有运动边界与含时频率的一类环状非球谐振子模型势的精确解(英文)

在球坐标系中研究了一类具有运动边界与含时频率的环状非球谐振子模型势的Schrdinger方程.应用坐标变换将运动边界转化为固定边界,从而获得了系统的精确波函数.研究表明,系统的角向波函数是一个推广的缔合勒让德多项式,径向波函数可以表示为贝赛耳函数.最后我们简单讨论了指数运动边界和指数含时频率这一特殊情况.

二相扩散过程的运动边界问题

二相扩散的运动边界问题是一种二维运动边界问题引进变换ｘ＝Ｘ－Ｕｔ后，运动边界问题转化为固定边界问题，其中运动边界效应转化为一种分布源利用Ｌａｐｌａｃｅ变换得到了这个问题的分析解其结果表明，边界运动加快了系统向均衡状态过渡，这种影响呈指数形式，因而是很强的；运动边界效应与固定边界效应是耦合在一起的；运动边界效应呈历史相关性；

运动边界非定常全速流场的数值模拟

将预处理引入到ALE格式的非定常可压缩N—S方程中，发展了一种能有效模拟含运动边界的三维非定常全速流场的数值方法。控制方程在非结构动态网格上用双时间步推进并用隐式、LU—SGS迭代求解；提出了一种特征变量的边界条件以适合预处理后的特征系统。几个典型算例的结果表明，预处理方法将可压缩流方法的计算能力拓展到了低马赫数范围，有效地提高了收敛速度和计算精度。

有限长运动边界圆柱型势阱的Berry相因子

通过引入压缩变换，在忽略微扰项的情况下，有限长运动边界圆柱型势阱等价于一个荷电粒子与电磁矢势相互作用的量子体系．求出了由于压缩变换而导致的Ｂｅｒｒｙ相因子．并利用量子么正变换引起拓扑项的可移性，求出了微扰项在一级近似下对Ｂｅｒｒｙ相因子的贡献．

恒速运动边界扩散问题解

对于一种边界以恒速运动的扩散问题，引入变换ｘ＝Ｘ－ｖｔ，从而将运动边界问题转换为固定边界问题．在像空间里，运动边界效应为一个与梯度成正比的物质源，其比例系数是ｖ／Ｄ．结果表明：运动边界加快了物质浓度趋向均衡的速度，固定边界效应与运动边界效应耦合在一起，结果还呈现出明显的历史相关性．

基于一种改进的虚拟单元法模拟包含静止/运动边界的流动问题

提出了一种改进的虚拟单元法,能够用来处理包含静止/运动边界的流动问题.以固定的笛卡尔网格作为计算网格,通过有限体积法求解二维非定常可压缩欧拉方程,空间离散采用了AUSM (advection upstream splitting method)系列中的AUSM+格式,通过MUSCL (monotonic upstream-centered scheme for conservation laws)方法构造二阶精度,时间离散采用了显式三阶TVD (total-variation-diminishing) Runge-Kutta法.为了简化虚拟单元的赋值方法和处理狭缝问题,选用了从虚拟单元出发沿X和Y轴方向的流场点作为镜像点,避免了复杂的插值运算,同时根据虚拟单元与物面点的距离对分别沿X和Y轴方向求得的虚拟单元变量值进行加权来求得虚拟单元的最终变量值,从而消除了扭曲现象.进一步给出了该虚拟单元法的推广形式,使其能够处理包含变速运动边界的流动问题.通过求解Schardin问题和激波抬升轻质圆柱问题验证了改进的虚拟单元法及其推广形式在处理包含静止/运动边界流动问题时的准确性.

运动边界球对称爆炸波的激发

本文给出了含扩展球腔无穷大弹性体中爆炸波的激发问题分析解,并给出了解的收敛范围.最后就解的几个性质进行了讨论.

基于多松弛格子Boltzmann方法插值反弹运动边界研究

采用多松弛格子Boltzmann方法,结合曲边插值边界处理方法,在固定笛卡尔坐标系均匀网格下,模拟了运动圆柱绕流问题.结合非平衡外推思想,提出了一种新的预估格点分布函数的方法:通过"圆柱表面垂直方向附近的流场内格点的密度和圆柱的速度"构造平衡分布函数,并将其作为新生成格点的分布函数.利用对绝对误差的频谱分析技术,与现有两种方法(基于平均和预估思想)对比结果显示:新提出的方法在具有更高的精度的同时,可以保证仅需要流体域内较少的流动信息,从而为流体内的颗粒碰撞等问题提供了有利条件.通过误差频谱结果,进一步对相应方法中的误差根源进行了讨论,为进一步改进方法提供了依据.对相同雷诺数下加大一倍流场区域的计算结果表明,加大网格可以减小升阻力误差在低频时频谱幅值.

基于深度神经网络的含运动边界非定常流场预测方法研究

针对飞行器设计过程中对流固耦合系统快速预测的需求,探索基于数据驱动的非定常流场建模策略,缩短流场演化求解耗时,从而加快流固耦合系统模拟速度。流固耦合系统中流场演化求解部分等价于含运动边界的非定常流场演化。本文提出了一种基于神经网络的流场预测模型,来学习并预测运动边界附近的非定常流场演化过程。此神经网络可以基于当前流场状态及边界运动信息预测出下一个时刻的流场状态。通过不同振动频率及振幅下的运动圆柱绕流问题,测试了本文提出的神经网络模型的预测精度及泛化能力。神经网络的预测结果和计算流体力学仿真结果中流场结构吻合度较高,且通过对预测的流场数据中边界上的压力积分得到的气动力也具有较高的精度。测试结果展示了该神经网络模型具有良好的预测性能,因此该方法可以用于快速、准确获得运动边界周围非定常流场状态。