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。

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。

多级压气机非定常流动的数值模拟

进行了多级压气机动静叶片排干扰的三维非定常无粘流动数值模拟研究 ,采用高分辨率格式求解非定常Euler方程组。对某双级压气机的非定常无粘流场的计算结果表明 ,即使在不考虑粘性影响的情况下 ,压气机动静叶排干扰的非定常效应仍然是比较显著的 ,各叶片排所受到的非定常影响是不相同的 。

任意拉格朗日-欧拉(ALE)法求解三维湍流流动

本文推导了旋转叶轮内流湍流N-S方程计算的ALE格式。以网格的虚拟运动计算对流作用;采用粘性子循环时步、拉格朗日子循环时步加速收敛;改进上风格式为部分施主单元格式来减小扩散同时实现良好的计算性能;由通量限制控制耗散截断误差;计算中引入短波长阻尼以消除不规则性;以亚网格(SGS)湍流模式模拟湍流运动。

三维强弯管内湍流场的数值分析

应用加罚有限元方法求解三维、定常、不可压缩、时均ＮａｖｉｅｒＳｔｏｋｅｓ方程和Ｋε湍流模型方程，对Ｔａｙｌｅｒ实验弯管内的三维湍流场进行了数值分析，数值计算结果与文献中的实验结果吻合．

扭曲叶片离心泵叶轮内三维湍流数值模拟

为提高离心泵的优化设计水平,介绍了计算的控制方程和叶轮通道网格划分方法,采用压强连接的隐式修正SIMPLEC算法,结合雷诺平均法的RNGκ-ε模型和壁面函数法,应用商业CFD软件FLUENT,对叶轮内部的三维湍流流动进行了计算。分析了具有扭曲叶片的离心泵叶轮叶型对流速分布、压力分布和泵性能的影响,揭示了叶轮内流动规律。

射流元件控制通道流动的三维数值模拟

针对一种射流元件控制通道的复杂结构 ,采用分块对接技术和网格“融合”技术生成计算网格 ,并运用五步显式格式的 Runge-Kutta法和多重网格法对含全 N-S方程、RNG k-ε湍流模型和两层分区壁面模型的流动模型进行数值求解。通过对控制通道内部流动的数值模拟和流场特性分析 。

非定常运动下的激波/边界层干扰分离特性研究

采用高精度数值方法求解非定常雷诺平均N-S方程和单自由度强迫俯仰运动方程,研究二维压缩拐角模型在等速抬头/低头和周期性俯仰振动等运动方式下的非定常激波/边界层干扰问题,考察角速度、振幅和频率等参数对分离区非定常变化规律的影响。结果表明,压缩拐角等速抬头运动时分离区减小、等速低头运动时分离区增大,周期性俯仰振动时分离点、再附点以及分离区大小的变化都与模型振动频率相同。与相同来流条件下定姿态计算对比分析表明,压缩拐角壁面运动产生的非定常迟滞作用使分离区大小变化减慢,俯仰振动振幅对分离区大小变化影响较大、而对变化的相位影响较小,而振动频率的改变对分离区大小变化的相位影响很大、对分离区大小影响较小。

三维不可压N-S方程的多重网格求解

应用全近似存储 (FullApproximationStorage,FAS)多重网格法和人工压缩性方法求解了三维不可压Navi er Stokes方程 .在解粗网格差分方程时 ,对Neumann边界条件采用增量形式进行更新 ,离散方程用对角化形式的近似隐式因子分解格式求解 ,其中空间无粘项分别用MUSCL格式和对称TVD格式进行离散 .对 90°弯曲的方截面管道流动和 4∶1椭球体层流绕流的数值模拟表明 ,多重网格的计算时间比单重网格节省一半以上 ,且无限制函数的MUSCL格式比TVD格式对流动结构有更好的分辨能力 .

舰载导弹垂直发射燃气排导装置三维湍流场的数值模拟

该文利用不可压Ｎ－Ｓ方程，耦合入ｋ－ε模型，对垂直发射燃气排导装置进行了三维湍流场的数值模拟。在获得了收敛的湍流场多数分布的同时，呈现了该流场环境下回流和反向流动图画，得到的结果是合理的，并符合实验规律。

使用GAO-YONG湍流模型数值研究管道凸起流动

用GAO-YONG可压缩湍流方程数值模拟了Delery管道凸起跨音流场中的激波湍流边界层干扰现象,分析了GAO-YONG可压缩湍流方程组对湍流的非平衡、多尺度、各向异性等特性的描述能力。计算中对流项、扩散项分别采用二阶ROE格式和二阶中心差分格式离散,并用多步Runge-Kutta显式时间推进法求解了空间离散后的控制方程。计算很好地模拟到了压力平台区、"λ"波结构等典型激波湍流边界层干扰的流动现象,也得到了壁面压力分布、平均速度剖面以及雷诺应力分布等,并与相应的实验数据进行了对比分析,两者符合很好。

不可压湍流平均流与拟序流的各向异性模式理论及其数值验证

使用侧偏统计平均方法理性推导了不可压湍流的封闭方程组。侧偏统计平均提供了湍流脉动量的一阶统计信息,在引入加权漂移速度对称性及正交各向异性后,导出了漂移流的连续方程、动量方程及能量方程,最后依据湍流物理的唯象论,使用动量传输链概念模化封闭了整个方程组。方程组不含任何经验系数,保留了N- S方程的均化的非线性特性。其级数形式的能量方程与非线性现象多尺度层次现象相对应,具备了描述湍流统计平均流动及拟序结构流动的双重功能。用平面射流。

湍流边界层厚度对三维空腔流动的影响

采用脱体涡模拟(DES)方法开展了不同湍流边界层厚度(TTBL)下的三维空腔非定常流动数值计算。空腔长、宽、深比例为5∶1∶1,来流马赫数为0.85,雷诺数为13.47×106 m-1,各工况湍流边界层厚度比值为1∶2∶4∶8。研究结果表明,湍流边界层厚度对自由剪切层的发展、空腔底部静态压力分布、脉动压力及空腔流动类型均有重要影响,且随着边界层厚度的增大,下游剪切层覆盖的范围会增大,但是剪切层增长率降低;空腔前后静态压力压差减小、压力梯度下降;腔内局部测点的脉动压力声压级下降,各阶声压峰值频率向低频方向偏移;空腔流动类型往开式流动方向转换。

三维曲线坐标系下炉内湍流流动的数值解

在曲线坐标系下运用非交错网格的 SIMPLE方法对电站锅炉炉内的湍流流动进行了数值模拟 ,导出了任意三维曲线坐标系下椭圆型 N-S方程的通用形式 ,得到了较为满意的结果 ,较好地解决了锅炉数值模拟中存在的燃烧器喷嘴处伪扩散严重的问题 ,为求解复杂区域内的传热传质。

零质量射流与分离控制的数值模拟

在非定常可压缩方程的求解当中引入预处理方法、多重网格等加速收敛技术,提高了可压缩方法处理低速问题的效率和精度。利用该方法对两个流动控制算例进行了数值模拟,首先模拟了零质量射流的外部流场,从射流中心线上的速度分布、射流宽度等方面均得到了和实验较为一致的结果。之后模拟了不同控制下的绕二维翼型的分离流动,包括有定常吸气和零质量射流,两种方法都不同程度上使分离泡长度缩小,分离区的压力升高,一定程度上显示了两种方法在分离流动控制上的应用潜力。

混流式水轮机压力脉动预测

通过混流式模型水轮机全流道的三维非定常紊流计算 ,预测了引水部件和尾水管的压力脉动。计算以N -S方程为基础 ,基于贴体坐标和交错网格划分 ,对控制方程进行变换和离散 ,采用SIMPLEC算法求解 ,应用了RNG的k -ε湍流模型。

基于时间的驱动方腔流的高精度多重网格方法数值模拟

提出了一种求解二维非定常不可压缩Navier-Stokes方程组的全隐二阶时间推进和空间四阶差分紧致格式,在每一个时间步上,采用多重网格的全近似格式(FAS)加速其迭代收敛过程。利用该方法对驱动方腔流动问题进行了直接数值模拟,结果显示对于Re≤5000,本文在粗网格上(64×64等分和128×128等分)即可得到较为准确的定常层流解;对于Re=7500和10000,由于更多二次涡的出现,本文在256×256等分网格上同样可得到与前人的结果相吻合的非定常周期性解。

离心泵叶轮内部流场CFD分析

叶轮是离心泵中做功的主要部件,叶轮内的流动相当复杂,为三维、非定常、不可压缩粘性流动,叶轮内流体的流动状态直接影响离心泵的性能。为了进一步探索泵叶轮内部三维流场的其他参数,为泵的设计提供理论依据,以有限元法为依据,对离心泵叶轮内部流场的速度、压力进行CFD分析,初步得出了叶轮内部流场主要特征和分布规律。

横风对双层集装箱平车气动特性的影响

双层集装箱平车在横向大风作用下的气动特性将影响车辆运行的稳定性。现运用计算流体动力学软件CFX ,采用三维粘性不可压缩雷诺平均应力方程和k—ε双方程湍流模型 ,计算并分析了在 2 5m/s横风作用下 ,运行速度为 12 0km/h的双层集装箱平车的表面压力、速度分布及所受气动侧向力等参数 ,确定了其承受的最大横向气动载荷 ,为平车横向稳定性等动力学计算提供参考。

基于k-kL两方程湍流模式的尺度自适应模拟

k-kL两方程模式是一种对湍动能积分尺度输运方程模化的新型湍流模式,具有尺度自适应模拟的特性,能够在统一的表达形式下对流动进行定常和非定常数值模拟。引入可实现性修正,在二维零压力梯度平板边界层中验证其影响,进而选择典型流动的标准算例对这一模式进行较为全面的评估。通过三维CRM翼身组合体绕流算例验证了该模式应用于工程问题的实用性,并考察了网格密度对计算精度的影响。在周期山的三维非定常计算中,k-kL模式能够较好分辨流场中丰富的涡结构,准确捕捉流动大规模分离区的位置和形状,统计平均的表面摩擦力分布和速度场与实验和大涡模拟结果符合良好。上述计算展示了k-kL两方程模式在定常和非定常计算中的流动预测能力和工程应用潜力。