应用于双曲型方程的变区域有限元法

有些流动是用双曲型方程来描叙的,这时特征线概念起着重要作用。在有两个自变量的问题中,存在表示扰动传播方向的特征线。本文中建议一种有限元法,应用时将整个区域分为若干个以一根或两根特征线为边界的子区域。因特征线的位置在计算前是未知的,可用变区域有限元法来依次求解每个子区域中的流动。用此法计算了水击问题,结果和以往用特征线法求出的符合良好,这一方法也可用于其他双曲型方程。

“对流-扩散方程的一种高精度优化差分格式”一文的补充

该文刊登于本刊A辑第6卷第1期(见文献[1])其主要内容是把优化差分方法推广应用于抛物型方程、泊桑方程、和线性化后的N-S方程。这一方法曾被较早地用于其他类型的方程,今简要地介绍其发展过程,供读者参考。 Bickley推导了一种优化差分格式,用9点方形网格计算二维拉普拉斯方程。Chwang和Chen将这一方法用于任意矩形网格。1987年6月Chwang来华讲学时曾介绍了这项工作。这里只做简要介绍。

正交曲线坐标下三维代数应力通量模型

针对弯曲及不规则明渠的水动力及物质输运特性 ,本文建立了曲线坐标系下的三维代数应力通量数学模型 ,对平面上弯曲及不规则复杂边界情形 ,采用 Poisson方程进行正交曲线坐标变换 ,各向异性的湍流代数应力通量模型被引用于本文的模拟计算中 ,以体现复杂边界条件引起的水动力及物质输运特性的变化。通过 180°强弯曲明渠水槽及贵溪电厂不规则边界河段物理模型试验两个实例计算表明 ,实测值与计算值吻合良好 ,效果令人满意。

对流-扩散方程的一种高精度优化差分格式

本文提出了数值求解一维对流-扩散方程的一种高精度优化差分格式,计算了三个典型问题并和前人工作进行了比较,获得了更加令人满意的结果。

固液两相流体中的空泡溃灭计算

本文导出了固液两相流体中球空泡溃灭的运动方程,计算并讨论了空泡溃灭过程中的颗粒运动和颗粒对空泡溃灭的影响,得到了固相浓度、颗粒尺寸等因素与空泡溃灭之间的定性关系。在分析过程中,考虑了液体与固体颗粒之间的阻力耦合作用。

水轮机转轮内部层流和湍流的三维计算

本文用有限元法计算水轮机转轮内部三维层流和湍流,采用的是修正的x-ε双方程湍流模型.求解不可压NaVier-stokes方程时,采用了压力、流速修正法.并将Petrov-Galerkin流线迎风格式的应用范围扩充到三维的Navier-Stokess和x-ε方程.用上述方法来计算轴流式转轮的流场,结果合理.

潮汐环境中垂向湍射流流场的数值模拟

选用k-(?)双方程湍流模式,对自由面做“动”刚盖假设,建立潮汐流场中垂向射流流场的数学模型.根据潮流往复回荡的特性,采用“跟踪扫描”对离散方程逐行求解,保证和加快了解的收敛。计算了五种回荡周期中射流流场的变化过程,预报回流区高度与实测值吻合。分析了潮汐非恒定性的影响,获得了一些有益结论。

应用 K-ε 模型模拟三维分层流

本文引用涡粘性和涡扩散的假定建立了模拟分层流Ｋε模型．该模型综合考虑了分层流的特点和密度变化的影响．并对ｖｔ中的Ｃμ进行了浮力修正．从所建立的数学模型出发．采用ＳＩＭＰＬＥ方法求解速度和压力耦合的方程组，模拟了矩形池的流场、温度场及温差分层流，计算模拟温度场分布与实验观测基本符合，并较好地反映了分层流的密度效应．

明渠潮流中垂向紊动射流流场的数值模拟

选用ｋ－ε双方程紊流模型，对自由水面做“动”刚盖假设，建立了明渠潮流中垂向射流流场的数学模型．根据潮汐流动返复回荡的特点，对离散方程组的求解采用“跟踪扫描”逐行求解法，保护和加快了解的收敛．计算了５种不同回荡周期情况下射流流场的变化过程，预报回流区高度与实测值吻合．分析了潮汐非恒定性的影响，获得了一些有益的结论．

空泡在边壁附近溃灭的实验研究

实验用电火花放电装置进行,籍助高速摄影技术,本文研究了液体粘性对空泡在刚性边壁附近溃灭形态、空泡微射流形成过程的影响及边壁材料性质之间与空泡微射流形成过程的关系.

各向异性湍浮力流的三维有限元计算

本文用三维椭圆型方程和应力代数湍流模式来求解各向异性湍浮力流动。根据湍浮力流动的特点,求出显式的应力代数湍流模式。在三维计算中,改进了求解流场的变量分割解法及求解对流扩散方程的流线迎风有限元格式,计算了明渠温差分层流,结果给出了三维的流速、温度、湍动能及其耗散率的分布,流速及温度分布与实验结果相符合,并模拟出了明渠中的二次流及温跃层。

固液两相流体中刚性平面边壁附近的空泡溃灭计算

本文中利用数值方法分析了固液两相流体中刚性平面边壁附近的空泡溃灭问题,讨论了固相浓度、颗粒尺寸等因素对空泡溃灭的影响以及空泡溃灭过程中的颗粒运动,并用高速摄影实测结果进行了验证。

泊松方程的高精度优化差分方法

本文提出了数值求解二维泊松方程的九点优化差分方法,正方形网格时达六阶精度O(h^6)。文中放弃了许多离散方法把源项局部“冻结”的处理方法,考虑了其在离散网格内的局部空间变化,分析了该项的处理对格式精度的影响。分析和计算表明,本文提供的方法具有精度高和收敛快等特点。

空泡在固液两相液体中靠近刚性边壁附近溃灭的实验研究

本文利用高速摄影机观察了空泡在固液两相液体中,靠近刚性边壁附近的溃灭过程。研究了颗粒浓度及粒径对空泡溃灭的影响,以及观察和分析了空泡溃灭过程中的颗粒运动。

射流对下游河床冲击作用的数值模拟

本文建议一种数值计算方法,用于研究挑射跌落水流对下游河床的冲击作用。研究表明,该方法具有计算工作量小,收敛速度快及计算精度较高的优点,并能较好地解决双自由面和上下游流量分配的问题。计算结果与实验资料吻合良好。

明渠急流的特征有限元解

描述明渠急流的微分方程是双曲型的,常用特征线方法求解。前人曾提出用特征有限元法计算双曲型方程,并给出了计算水击压力的结果。本文中用该方法计算了明渠急流,结果和用特征线法求解吻合。

紊流数模与分层流数模进展述评

近代紊流数值模拟始于50年代前后,至70年代,K-ε模型已经非常流行,目前二阶模型已获得应用。分层流的数值模拟始于Schijf和Schonfeld用异重流运动方程计算河口盐水楔的形态。50年代至70年代,主要发展了积分方法,70年代以来,求解偏微分方程组的场方法发展迅速,代数应力通量模型得到了广泛的检验和应用。本史综述了流体力学中紊流数值模拟与分层流数值模拟的研究方法,介绍了沿用于紊流模型的基本假定和分层流数值模拟中采用的近似假定,讨论了各种紊流模型的特点及在分层流中的扩展,对分层流的主要计算方法及数学模型进行了评述。

潮汐河口三维水流数值模拟

本文以静水压强假定下的不可压缩三维非恒定雷诺方程和K—ε双方程湍流模式为基本方程,模拟充分混合的潮汐河口中三维流速分布和水位随时问的变化过程.引入无尺度垂向坐标使计算网格能拟合自由表面和床面.对微分方程利用破开算子法求解.通过使用欠松弛技术提高了计算的稳定性.对长江口南港潮汐流场的计算表明,模型能真实地再现潮汐河口中的实际流动.

三维明渠流动数值模型

本文对经典的SIMPLE方法进行了改进,在模拟具有自由表面的湍流问题时,摒弃了对自由表面常作的“刚盖”假定。通过求解k-ε模式闭合的三维雷诺方程及自由表面运动方程,得到了渠道槽沟区水流速度、涡粘性系数、湍流切应力、湍动能的分布规律和自由水面位置的变化规律,计算结果与实测值十分吻合。

风生环流的准三维数值模拟

本文在水平流速垂向分布表达式采用二次多项式的基础上,对二维浅水方程组中的动量方程进行修正,建立了风生环流的准三维数学模型.应用破开算子法求解考虑动量修正的深度平均方程,对破开后的两个分步分别采用隐式格式和预估-校正格式离散,得到了准三维数值解.验证计算表明该数值模式能用于模拟河口,水库和港湾内的风生环流,算法的稳定性好,收敛快.