三维可压缩非定常流的壁面分离判据及其分离线附近的流动形态

通过引入依赖于密度的物面法向速度变换wr=-1ρh1h∫2z0h1h2ρtdz,描述物理速度空间(ua,va,wa=u,v,w+wr)具有无滑移壁面条件的三维可压缩非定常连续方程可转换成变换速度空间(u,v,w)内具有无滑移条件定常连续方程。因此,采用定常壁面分离的分析方法和结论,再通过变换和研究wr的贡献,给出了三维可压缩非定常壁面分离的判则以及分离线附近的流动形态。研究指出,二维和三维情况下,都出现伴有壁外附着的壁面分离情况。数值模拟证实了理论和结论。

三维非定常/定常不可压缩流动N-S方程基于人工压缩性方法的数值模拟

基于人工压缩性方法提出—中心与迎风混合的算法,以数值模拟N-S方程的定常/非定常解。对半离散方程的左端采用中心差分,方程右端数值流量采用迎风Roe近似算法,其精度可达三阶。湍流模式利用Baldwin-Lomax代数模式。计算例子包括二维平板、机翼剖面、扁椭球、颅动脉瘤等。计算结果表明,压力和摩擦系数与实验符合,在分离涡旋区计算值与实验有差别,这或许是由于湍流模式不够精确的缘故。

卷积自编码器在非定常可压缩流动降阶模型中的适用性

为有效降低使用计算流体力学(CFD)方法的设计成本和周期,降阶模型(ROM)得到广泛关注。对于复杂的可压缩流动,使用本征正交分解(POD)等线性方法进行流场降维,需要大量模态才能保证流场重建的精度,采用非线性降维方法能够有效减少所需模态数。卷积自编码器(CAE)是一种由编码器和解码器组成的神经网络,能够实现数据降维和重构,可看作是POD方法的非线性拓展。采用CAE进行流场数据的非线性降维,同时使用长短期记忆(LSTM)神经网络进行流场状态的时间演化。对于不可压缩问题,使用自编码器和LSTM结合进行流场重构的方法已有较多研究,选择一维Sod激波管、Shu-Osher问题、二维黎曼问题和开尔文-亥姆霍兹不稳定性算例,测试该ROM对非定常可压缩流动的有效性,同时基于POD方法,在不同模态数下构造Sod激波管和黎曼问题的ROM作为对比。结果表明:对于非定常可压缩流动,CAE-LSTM方法能够在使用较少自由变量数的前提下获得较高的重构和预测精度。

进排气管一维非定常流动计算方法的比较

用有限差分法和有限体积法分别对一台自然吸气 3缸汽油机的进气流动进行了模拟计算。有限体积法的质量守恒优于有限差分法 ;有限体积法的计算速度明显快于有限差分法。进气压力波测量与计算结果表明 ,两种方法均可较好地模拟进气压力波动 。

湿蒸汽中超临界加热引起的非定常凝结流动一维数值分析

缩放喷管湿蒸汽两相凝结流中,凝结潜热对超音速气流加热使流动变为音速的加热量称为临界加热量,远大于临界加热量的凝结潜热对气流加热将导致喷管中产生不稳定的气动激波,文中采用时间推进方法,对喷管中超临界加热引起的非定常凝结流动现象进行了一雏数值分析,并对计算的凝结流动波动周期和压力振幅与实验值作了比较。研究发现进口过冷度对非定常凝结流动特性有主要影响,而且在一定进口过冷度下,不稳定凝结流动的频率和压力振幅都存在极值;同时进口压力对不稳定凝结流动特性也有一定影响。

二维振荡叶栅非定常粘性流动数值模拟

采用显式四步Runge Kutta格式 ,结合Baldwin Lomax紊流模型求解Navier Stokes方程 ,借助运动网格技术 ,完成了对二维振荡叶栅非定常粘性流动的数值模拟。为了加速求解过程 ,引入了变系数隐式残差光顺方法 ,取得了较好效果。数值结果与已公布的数据有很好的一致性。

非定常强压缩性湍流流动的数值模拟

当前在工程中应用最广泛的湍流模型是κ-ε双方程模型,但它对相当多的流动并不适用或不完全适用。内燃机气缸内的气体运动就是典型的一例。本文基于快速压缩假设,对κ-ε模型做了修正,使其能应用于高度非定常又有强烈压缩性的湍流流动。

数值模拟具有四个腔室的多分支管道二维非定常流动

应用基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的二维非定常流数学模型，模拟具有四个腔室的多分支管道内的瞬变气体运动，以便对该气体运动的发展过程有一更好的了解。根据所给出的模型编制了相应的计算及绘图软件。数值模拟定量给出了多分支管道内详细的速度矢量场，压力样梯度场及各分支管道的质量流量变化曲线。并对多分支管道内非定常气体运动过程的某些特征做出了分析和讨论。计算结果表明：基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的非线性波作用计算方法能成功地处理合压力波（包括激波）的传播发展和含复杂几何形状边界的多分支管道流动问题。因此该方法可以作为一个有效的数值分析工具，用来精确预测多分支管道内详细的压力变化、速度变化和质量流量变化的过程。

带前置导叶离心压缩机非定常流动的数值模拟

利用CFX对无导叶和前置导叶大预旋角度下离心压缩机内部流动进行了数值模拟,分析了叶轮表面的压力分布规律.前置导叶正预旋40°的非定常流动计算结果显示,导叶及叶轮表面均发生了流动分离,导致流场内产生了较大的压力波动,波动主频率为2 422 Hz,叶轮流道内旋涡的周期性发展是导致叶片表面压力波动的主要原因.

求解非定常可压缩流动问题的边界元方法的研究

由于边界元法具有独特的优点,在工程问题的数值计算中已经得到广泛应用,但在流体力学领域,对非定常、可压缩流动问题,过去尚未求得其基本解而无法考虑研究应用完全边界元法对其进行数值求解。在作者前期研究工作已取得该类问题的基本解的基础上,进一步对非定常、可压缩流动问题的边界元法数值求解问题进行了研究。根据虚边界元原理,以SF6断路器灭弧室内吹弧气体的非定常、可压缩流动为对象,推导出描述该种气体流动的完全边界元数学模型及其离散格式,并将其应用于对550kVSF6断路器空载开断过程中吹弧气体流动规律的数值计算上,其结果经与应用商业软件FLUENT的计算结果相比较表明,文中所建立的方法是正确、有效的,研究成果为非定常、可压缩流动问题提供了一种边界元数值求解的方法。

一维非定常流动的FVM-TVD方法与混合式脉冲转换器系统

介绍了一种研究进排气系统一维非定常流动的 FVM- TVD(总残差减少的有限体积法 )方法 :控制方程的离散采用有限体积法 ,截面数值通量采用考虑截面变化的二阶 TVD格式 .用该方法对混合式脉冲转换器 (MIXPC)系统排气管内的压力波进行了模拟 ,并与实测值作了对比 。

三维非定常可压缩理想气体的广义变分原理

广义变分原理是构造杂交有限元和流体力学各种杂交命题（包括反命题）的理论基础．如何从偏微分方程及初边值条件出发，构造广义变分原理，这是一个非常难的课题，历来是许多学者寻求的目标．本文提出了建立广义变分原理的新方法——凑合反推法．应用该法作者建立了三维非定常可压缩理想气流的亚广义变分原理及广义变分原理．本文的结果将给变分有限解法提供严密的理论基础．

旋流排气管内非定常几何一维流动的研究

目的为管内非定常完全气体有旋流流动的一维计算模型,校验相同定解条件下计算流体力学的数值解,需要对该数学物理模型的代数显式解析解进行扩充.方法根据蔡睿贤的研究结果,满足某个数学物理模型的一般意义的解析解有无限多,针对该模型的表达式,提出使用一种新型含有可导函数的变形加法分离变量法.结果得出满足该数学物理模型新的解析解,该解的后4套解的表达式含有任意可导函数.结论得出了满足旋流排气管内非定常完全气体有旋流流动的一维计算模型的无限多个解.给出了求解变系数一阶线性偏微分方程的新算法,即含有可导函数的加法分离变量法.理论研究表明,由加法分离变量法所得的解为自变量的任意可导函数都可满足该类方程.

高速小尺寸离心压缩机级内非定常流动的数值研究

采用非线性谐波法在设计点及近失速点,对应用于环保曝气装置的高速小尺寸离心压缩机级内流动,进行了非定常流动数值模拟,获得了该离心压缩机流道内的非定常流场结构,重点分析了流道中的损失结构及分布、二次流形式以及叶轮叶顶泄漏流动。研究结果表明:设计点小尺寸离心压缩机级内非定常效应不太强烈,而近失速点流道内的损失明显高于设计点,流道内的非定常效应也要强于设计点,同时,非线性谐波法可有效地模拟动/静非定常干涉。

内燃机进排气变网格一维非定常流动计算方法

针对内燃机进排气流动计算模型难以满足在现有计算效率的基础上提高计算精度的问题,本文推导建立了变网格一维非定常流动计算方法。在均匀网格TVD格式基础上,推导建立适用于内燃机进排气流动计算的非均匀网格TVD迭代格式,并结合自适应网格加密技术,建立可变网格一维非定常流动数值仿真计算方法。结果表明:与采用均匀网格的整机仿真模型相比,采用变网格计算20个循环平均增加CPU计算耗时2.08 s,排气压力波预测精度较均匀网格计算方案最大可提高5.15个百分点,整机性能预测精度较均匀网格最大可提高0.54个百分点。

不可压缩非牛顿流体非定常流动初边值问题的非线性半群方法

本文应用非线性半群理论构造了不可压缩非牛顿流体非定常流动初边值问题的强解．

叶片安装角对动/静叶排内部非定常流动的影响

采用所发展的滑移界面技术及非定常数值方法，计算了给定流量下不同扩压器叶片安装角时，离心式回转动／静相干叶排内部非定常流动．详细分析了扩压器叶片安装角对扩压器进、出口处非定常流动的影响．

高速铁路隧道初始压缩波一维流动模型的数值分析方法

基于隧道内空气流通截面是时间和距离的二元函数条件与一维流动理论,提出了高速列车驶入设有缓冲结构隧道端口时产生初始压缩波的数值分析方法。一维流动理论采用考虑摩擦、传热以及空气质交换等因素的一维可压缩非定常不等熵流动模型。数值分析方法采用广义黎曼变量特征线法。与国外有关未设缓冲结构、开孔型与未开孔型缓冲结构的隧道端口三种情况的现车试验结果进行了比较,表明本文所建方法正确、合理,能够模拟计算多种类型缓冲结构条件下的压缩波波动规律。

空腔的非定常可压缩过流及相关气动声学问题

使用大涡模拟-声学比拟相结合的方法,研究三维开式空腔的非定常可压缩过流及其相关的气动声学问题。近场的声源流场部分使用大涡模拟,声音向远场的辐射使用Ffowcs Williams-Hawkings(FW-H)声学比拟,建立了适合于开式空腔的全三维计算气动声学预测方法。文中突出了声源采样时间和积分模数的选择问题。

不同膨胀状态下涡旋膨胀机非定常流动特性分析

本工作采用计算流体力学(CFD)的方法对适应于微型压缩空气储能(micro-CAES)系统的涡旋膨胀机工作过程进行非定常数值模拟,得到膨胀机内部压力场、速度场和温度场的分布,研究了相同排气背压下外膨胀比对涡旋膨胀机非稳态性能的影响规律及工作腔流场结构分布,结果显示:排气背压一定时,外膨胀比的变化对进气质量流量的脉动规律影响较小,外膨胀比的增加,增大了出口质量流量脉动程度、增大了膨胀机内压缩空气的热量利用程度、增大了膨胀机非稳态驱动力矩、增大了背压腔内二次流旋涡的强度和尺度,背压腔中存在明显局部高温区。