基于无结构网格的有限体积法和颗粒方法相结合求解湍流的联合PDF方程

本研究着力于发展一种新的有限体积法和颗粒方法的混合算法 ,用于湍流 (冷态流以及反应流 )的速度 频率 标量联合PDF(probabilitydensityfunction)输运模型方程的数值求解 .采用一种基于无结构网格的有限体积法 ,求解质量、动量、能量平均守恒方程和平均状态方程 ,为联合PDF的输运模型方程的求解提供其所需的平均速度场和平均密度场 ;颗粒方法中 ,用MonteCarlo算法来求解PDF方程 ,为平均场的计算提供能源源项、雷诺应力、热通量、比热比等信息 .两种方法之间的耦合是一个关键 ,为了验证该算法的可行性 ,论文还对二维V型槽后的湍流冷态流场进行了数值模拟 ,并与实验、大涡模拟、k 模型的结果进行了比较 ,结果表明 ,该算法的结果与实验结果吻合得较好 .

钝体后湍流预混燃烧的PDF模拟

本文采用PDF方法对矩形燃烧室内钝体后的湍流预混火焰进行了数值模拟。脉动速度-频率-标量联合的PDF输运方程用Monte Carlo方法求解,质量、动量和能量的平均值由基于无结构网格的有限体积法求解,压力通过状态方程获得。PDF方程中所需的平均密度、平均速度和压力由有限体积法提供,并将用Monte Carlo方法求出的雷诺应力、化学反应源项和比热比传递给有限体积法。本文对丙烷和空气燃烧的不同简化化学反应机理进行了研究,并与实验结果进行比较,获得满意的结果。

拉伸对甲烷/空气层流预混火焰影响的数值研究

对甲烷 /空气对撞拉伸层流预混火焰进行了数值求解 ,所采用的化学反应机理为GRI_Mech3.0 (包含 5 3种物质和 32 5个基元反应 ) ,讨论分析了火焰面的拉伸对层流火焰的结构、温度和组分分布的影响 .结果显示 ,火焰面的拉伸降低了火焰的厚度和化学反应速率 ,高温区域的减小 ,是一些自由基如NO ,O ,H等的生成量减少的主要原因 ;O ,H等活性自由基的减少会导致熄火 .

轮履式爬楼梯轮椅及轮履切换动力学分析

针对目前轮履复合式爬梯轮椅存在轮胎易干涉履带、爬梯时轮椅与顶端平台易发生碰撞等问题,设计了一种以关节型摆臂履带底盘为爬楼梯机构、新型轮履切换方式的轮履式爬楼梯轮椅。建立其数学模型,分析得出质心坐标、攀爬楼梯质心垂向位移曲线以及在轮履切换4个阶段时,摆臂电动机和电动推杆的动力学变化曲线;采用RecurDyn软件对轮椅的上下楼梯模式和轮履切换模式进行仿真,结果表明,轮椅在上下楼梯过程中平稳、安全,轮履切换4个阶段动力学的理论值与仿真情况相符。研究为该类爬梯轮椅的机械结构设计以及电动推杆选型、摆臂电动机选型提供了理论依据。

FV/MC混合算法求解轴对称钝体后湍流流场

介绍一种有限容积/Monte Carlo结合求解湍流流场的相容的混合算法.有限容积法求解Reynolds平均的动量方程和能量方程,Monte Carlo方法求解模化的脉动速度-频率-标量联合的PDF方程.将该算法发展到无结构网格,探讨了在无结构网格中实现两种方法的耦合,包括颗粒定位,颗粒场和平均场之间数据交换等问题.并以二维轴对称钝体后湍流流场作为算例,比较了计算结果与实验结果.

环形燃烧室点火过程的实验与数值研究

对多喷嘴旋流环形燃烧室的周向点火过程进行实验研究和数值模拟.数值方法采用非稳态雷诺平均(RANS)、自适应网格加密(AMR)方法和加州大学圣迭戈分校(UCSD)详细反应机理.将数值模拟所得的火焰周向联焰、合焰和放热率与实验结果进行对比.结果表明,数值计算所得的火焰周向传播过程与实验中高速相机记录的火焰传播过程整体相符.计算所得的火焰面积和放热率变化与实验所得的积分亮度变化曲线较符合.实验和数值结果均表明,在点火过程中存在拱形火焰、周向传播模式以及不对称的火焰汇合.所采用的数值方法能够基本模拟环形燃烧室中的火焰传播过程.与实验相比,数值计算能揭示更多流场和火焰传播的细节,但是数值结果依赖于实验的标定.

全呼吸道内的气体流动特征的大涡模拟研究

大气污染物对人体健康的危害、传染性疾病的传播以及吸入式给药的临床应用等,与人体呼吸道内的气体流动和胶体粒子输运沉积规律密切相关。研究呼吸道内的气体流动的运动规律对认识颗粒物在呼吸道内的沉积规律质感重要。为了深入认识呼吸系统内的气体流动特征,本文利用理想化口喉模型和一维管道的气管树简化模型相结合构造一个简化的全呼吸系统几何模型。