圆柱绕流涡致振动的平面湍流数值模拟

为了研究工程中存在的湍流涡致振动问题，应用平面湍流κ-ε模型和重整化群κ-ε模型，结合分块耦合方法及任意拉格朗日欧拉法（ALE）数值模拟了圆柱绕流涡致振动，求解基于非交错网格系统，其中包含满足连续性方程的压力泊松方程解法．计算了湍动能、湍流耗散率、湍流黏性系数及柱面涡量的变化情况．结果表明，当雷诺数为5000～2×10^5时计算所得的阻力系数与实验数据吻合良好．研究发现，在涡致振动情况下的湍流耗散率比固定圆柱涡脱落情况下小得多，湍流黏性系数与雷诺数呈对数律增长．

中等雷诺数圆球绕流的数值研究

采用三维黏性不可压缩流场分块耦合计算方法计算圆球绕流问题.动量方程分别采用高精度和常规精度离散,压力泊松方程采用二阶中心差分格式离散.出口边界条件为无反射边界条件;计算网格为全流场封闭的H-O型网格.计算了雷诺数为8.9～1000.0时圆球绕流受到的阻力,分析尾涡形状及长度随雷诺数的变化规律.计算得到的阻力系数和尾涡长度与实验结果符合较好.用高精度算法研究了尾涡结构问题,在雷诺数为1000.0时成功地获得了尾流发夹涡现象.

复杂回旋流场的数值模拟和实验研究

本文通过四角喷射炉膛内回旋流场的数值计算和实验测试的对比研究，比较了几种计算方法的预估结果与实验结果的符合程度。结果表明：为克服当流动方向与网格线交角过大时所产生的过分数值伪扩散，引入流向平衡粘性方法与ｋ－ε湍流模型相结合可获得与实验结果相一致的计算结果；而采用混合差分格式加ｋ－ε模型所得到的计算结果比流向平衡粘性方法加等效常湍流粘性系数这样的简化处理的计算结果还要差。

导管周围内外流场的计算

提出了一个适合于水下兵器导管与壳体之间内外流场的计算方法。应用半交错网格，可方便地实施导管叶片面上和壳体上的物面边界条件，使得整个内外流场可以统一求解，基于连续性方程的提法，提出了一个类似于人工压缩性法的压力计算公式。用本方法计算了层流和湍流内外流问题，湍流计算采用κ－ε三两方程湍流模式，数值试验和结果比较表明本方法收敛性态良好，适用性强，结果置信度高。

利用分区ALE算法数值模拟圆柱湍流涡致振动

用分区算法结合任意拉格朗日-欧拉法(ALE)数值模拟了圆柱湍流涡致振动。求解基于非交错网格系统,压力求解采用压力泊松方程提法,湍流模型采用标准k-ε模型和重整化群(RNG)k-ε模型。计算取中等雷诺数Re=5000、10000、15000、25000、50000等,质量系数M=10,阻尼系数ζ=0.00331,自振频率fn=0.18315、0.1628。计算结果表明:湍流涡致振动下圆柱时均阻力系数大于孤立圆柱绕流,而升力系数(振幅)值都小于孤立圆柱绕流。随着雷诺数增大,湍流粘性系数随之增大,但湍动能和湍流耗散率变化趋势不明显。对孤立圆柱绕流,研究结果与前人实验结果基本相符。

湍流涡致振动频率特性

用数值模拟方法对固定圆柱湍流涡脱落频率与弹性圆柱湍流涡致振动频率特性进行了研究,湍流计算模型采用标准k-ε模型,压力泊松方程提法基于非交错网格系统。研究结果表明:固定圆柱湍流绕流涡脱落频率基本不随雷诺数而变,对于同一固有频率弹性圆柱,涡振频率基本不随雷诺数而变;对于某一固定雷诺数流动涡振频率在一定范围内与系统固有频率有关。

粘性不可压缩流动三维复杂流场分块耦合求解

提出了一个粘性不可压缩流动三维复杂流场的分块耦合求解方法。可解决科学和工程计算中的各种稳态和瞬态粘性不可压缩流动计算问题。

切圆燃烧锅炉内煤粉燃烧过程的数值模拟──等密度模型和等直径模型

用等密度模型和等直径模型模拟了切圆燃烧锅炉内的燃烧过程。用计算粒子来描述煤粉粒子群的运动和燃烧。假定粒子群围绕计算粒子呈正态分布来求得炉内燃烧热的分布。

带导管鱼雷层流与湍流绕流计算

用分块耦合求解方法和自编三维软件计算了带导管鱼雷整体流场无冲角和有冲角的绕流问题,湍流计算采用Baldwin-Lomax湍流模型.计算雷诺数从103到107.计算冲角0～20°.在各种雷诺数计算,头部滞止压力（无黏流理论值为1.5）误差在10％范围内,总流量误差在5％范围内.对于不同冲角计算表明,升力系数在冲角15°范围内基本上线性增加,超过15°后升力系数缓慢减少.而摩擦阻力系数几乎与冲角无关,但压差阻力随冲角的增加而迅速增长.

轴对称体内外流全流场统一计算求解

本文推广了建立在半交错网格基础上的连续性方程压力联系方程方法来计算不可压缩粘性轴对称体内外流问题,整个内外流流场分块生成结构化网格,统一求解。并与建立在交错网格上的有限体积方法计算进行了比较,都得到了令人满意的结果,证明这两种方法在求解包含内外流流场的问题时是高效的。

在近似正态分布下的颗粒群阻力和阻力系数

本文用Ｓｔｏｋｅｓ流动方程，Ｓｍｏｌｕｃｈｏｗｓｋｉ的反射法来计算成近似正态分布下的颗粒群的阻力和阻力系统．计算表明颗粒群的阻力要比用颗粒数乘单颗粒阻力的值要小．

气相多组分反应流场的一种新算法

本文提出气相多组分方程组采用时间推进法，把混合气连续方程同状态方程相联系，把密度的调整量转化为压力的调整量，计算绝对压力场，对大温差下的有化学反应的多组分炉内流场进行计算，获得成功．

用贴体坐标数值求解拉普拉斯方程

本文对贴体坐标数值求解拉普拉斯方程作一总体介绍,讨论了不同网格类型下在计算平面中如何正确地实现物理边界条件并克服网格类型所带来的不利影响,对于复杂的流动问题建议采用分块网格系统和增加连接网格的方法来提高网格的光滑性。

粒子强度源模型粒子历程的计算和释热量分布

本文利用粒子强度源法来计算煤粉粒子的运动，燃烧过程，并假定煤粉粒子群围绕其中心位置逞正态分布来估算煤粉燃烧热的分布。

H网格数值求解粘性不可压缩叶型绕流

本文用H型网格和特殊的差分格式数值求解了粘性不可压缩叶型绕流。为了加速速度和压力迭代的收敛性成功地引入了质量流量校正法。

黏性非定常圆柱绕流的升阻力研究

对于单圆柱绕流问题,以前的分块耦合法一般将整个流场区域划分为八个子区域,同时每一子块的内部拟边界与相邻块重叠一层网格,且节点数一致,以便实现数据传递.这种分块方法紧贴圆柱面上也会有拟边界点,所以不利于以后的动网格计算.使用新的分块耦合求解方法来数值模拟单圆柱以及不同间距下的串列双圆柱绕流情况,克服了过去分块方法造成的边界附近的数值奇性问题.并将该方法扩展用于串列双圆柱绕流的数值模拟,研究分析了改变双圆柱中心间距对上下游圆柱的升阻力系数和脉动频率所产生的影响,为进一步研究涡致振动提供了依据.使用壁面涡量积分法计算升阻力系列化脉动,精确计算出了脉动周期和幅值,计算结果与实验数据符合较好.

串列双圆柱绕流下游圆柱两自由度涡致振动研究

数值研究了串列双圆柱绕流下游圆柱两自由度涡致振动问题,研究发现:(1)双自由度的圆柱振幅峰值及出现振峰的频率比都比单自由度的大;(2)尾流圆柱中的升力远大于均匀来流的,而阻力却相反;(3)下游圆柱的位移响应对于频率比的变化没有均匀来流中的“敏感”;(4)尾流中,在频率比1.16和0.87之间,出现了明显的“拍”现象,即圆柱的振幅响应包含不同的频率,而在均匀来流中,并无明显的“拍”现象.采用ALE方法,计算网格采用H-O非交错网格系统,结合分块耦合方法. N-S方程的对流项和扩散项分别采用三阶迎风紧致格式和四阶中心紧致格式离散.圆柱振动采用弹簧柱体阻尼器模型,柱体的振动方程采用龙格-库塔法求解.通过模拟柱体和流体之间的非线性耦合作用,成功地捕捉到了“拍”和“相位开关”等现象.

圆球绕流场的尾涡分析和升阻力研究

采用自编的分块算法程序模拟了雷诺数在20～1000之间的圆球绕流场。在Re=25时捕捉到流动分离,与试验结果一致。对Re=250时稳态非对称尾流区内流体的输运情况进行研究,证实圆球绕流场中纵向对称面的存在。对于非稳态流动,主要研究了阻力和横向力的时间变化规律,并分析了频谱特征。计算发现横向合力主要在横截面上两个很窄的区间内偏移。经过几种不同涡定义方法的优劣测试,本文采用Hunt等人介绍的Q-定义方法对非稳态绕流场的尾涡结构进行了直观描述。

ALE方法求解圆柱的涡致振动

数值求解基于拉格朗日-欧拉(ALE)描述的不可压缩流体的N S方程,计算了较小雷诺数下圆柱的涡致振动现象。N S方程的对流项和扩散项分别采用三阶迎风紧致格式和四阶中心紧致格式离散,计算网格采用H O非交错网格系统,并结合分块耦合方法。柱体运动简化为弹簧-阻尼-质量系统,柱体运动方程采用经典龙格-库塔方法求解。通过模拟柱体和流体之间的非线性耦合作用,成功地捕捉到了"锁定"、"拍"和"相位开关"等现象,并与试验数据相吻合。另外,本文详细分析了Re=200时圆柱尾涡形态、升力、阻力以及圆柱位移等随圆柱自振频率变化的过程,捕捉到尾涡结构变化的频率转折点。

方柱绕流横向驰振及涡致振动数值模拟

对Re=250下弹性支撑方柱绕流进行数值模拟.流场计算采用基于任意拉格朗日欧拉(ALE)描述的不可压流体N S方程,对流项与扩散项分别采用三阶迎风紧致格式与四阶紧致格式进行差分离散,利用分块耦合生成正交性较好的结构化网格,模型简化为弹簧阻尼质量系统,柱体运动采用经典龙格库塔方法求解.模拟了方柱的驰振和涡致振动,捕捉到了驰振到涡致振动的转变,捕获了涡致振动的“锁定”、“拍”、“相位开关”等现象.验证了该计算方法的可行性,计算结果为工程实际提供了依据.