液面冲击引起液滴飞溅问题的CIP方法数值模拟

利用自主研发的CIP-ZJU(Constrained Interpolation Profile Method in Zhejiang University)高精度数学模型研究强非线性自由表面流动问题.模型在直角坐标系统下建立,采用紧致插值曲线CIP方法作为流场的基本求解器,通过多相流的方式实现固-液-气耦合同步求解,采用平衡格式的VOF(VOF/WLIC:Volume of Fluid/Weighted Line Interface Calculation)自由面捕捉方法改进了原模型,利用浸入边界方法处理运动物体.利用改进的CIP模型开展了不同类型的物体冲击液面引起的液滴飞溅现象的数值模拟,重点分析液滴飞溅过程中的自由液面变形、作用荷载和物体位置等.通过数值结果与实验结果的比较验证模型的可靠性.结果表明:平衡格式的VOF自由面捕捉方法能更精确地重构自由面,本文的数学模型可精确预测强非线性自由表面流动问题.

错列角度对双圆柱涡激振动影响的数值模拟研究

为研究错列角度α对双圆柱涡激振动问题的影响,采用自主研发的基于CIP(constrained interpolation profile)方法的数值模型,对雷诺数Re=100、错列角度α=0?～90?(间隔15?)的等直径双圆柱涡激振动问题进行数值模拟.模型在笛卡尔网格系统下建立,采用具有三阶精度的CIP方法求解N-S(Navier--Stokes)方程,采用浸入边界法处理流-固耦合问题,避免了任意拉欧方法下的网格畸变和重叠动网格技术中的大量信息交换问题,保证了模型的计算效率.重点分析不同错列角度α上下游圆柱的升阻力系数、位移响应、涡脱频率和尾涡模态等.结果表明:折合速度Ur=2.0～3.0时,上下游圆柱升阻力随错列角度的增大基本呈单调增大的趋势;Ur=5.0～8.0时,随错列角度的增大,上下游圆柱阻力变化较小,升力呈"上凸"趋势,在α=15?～30?取得最大值;Ur=10.0～13.0时,随错列角度的增大,上下游圆柱阻力变化较小,升力呈"下凹"趋势,在α=30?～45?取得最小值,且柱体横流向振幅和升力没有明显的对应关系.最后,结合尾涡模态对以上规律的成因进行分析.研究结果可为相关海洋工程设计提供参考.

基于CIP方法的液滴冲击薄膜数值模拟

该文基于自主研发的气-液二相流数学模型开展了液滴冲击液膜的数值模拟,采用紧致插值曲线(CIP;constrained interpolation profile)方法离散Naiver-Stokes方程,完成速度-压力场的求解,并分析了速度场、压力场随时间变化的过程。采用VOF/WLIC(volume of fluid/weighed line interface calculation)方法重构了自由面,并与SOLA-VOF方法及CIP方法得到的自由面进行比较,验证VOF/WLIC方法对于液滴冲击液膜问题的适用性。通过调整气、液二相流的黏度比值,分析比较了不同黏度比值对模拟结果的影响。结果表明,CIP方法可精准重现液滴冲击过程中的复杂自由面流动现象。

涌潮运动的CFD模拟研究

该文采用课题组自主研发的CIP-ZJU(constraint interpolation profile model in Zhejiang University)模型对涌潮问题进行小尺度数值模拟研究。模型以高阶差分CIP方法为流场基本求解器,离散了纳维-斯托克斯(Navier-Stokes:N-S)方程,采用VOF(Volume of Fluid)类型的具有高精度、紧致的THINC(tangent of hyperbola for interface capturing)方法重构了自由水面。首先对经典溃坝问题开展了模型验证工作,通过与文献实验结果的比较验证模型的有效性;然后将模型应用于涌潮问题的相关研究,重点关注回头潮和水位变化过程,并得到相关规律和结论。该文的工作可丰富涌潮的小尺度数值模型,并可进一步拓宽CIP-ZJU模型的应用领域。