控制体有限元方法中的一种高阶插值格式

针对控制体有限元方法对流动方向不平行于坐标轴方向的回流问题数值模拟采用各种迎风格式都容易产生假扩散的问题，本文给出了一种由插值单元及其迎风相邻单元所确定的高阶插值格式。通过对Ｒｅ＝１０００时三种不同形状的二维四边形空穴流模拟，表明该格式与局部斜迎风格式的适当组合可有效地减小控制体有限元方法对回流问题数值模拟的假扩散。

控制体有限元方法中质量加权迎风格式的迁延修正

控制体有限元方法对于处理流动问题提供了一种较好的数值模拟方法，但对于大Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数的回流流动问题，该方法在采用各种迎风格式时仍存在着严重的假扩散．为此，对二维质量加权迎风格式，给出了一种由插值单元及其一个与插值点最靠近的相邻单元所确定的多项式插值格式迁延修正的形式．通过对Ｒｅ＝４００、１０００、５０００三种情形的二维空穴流问题的计算，表明该格式可有效地减少控制体有限元方法对回流问题数值模拟的假扩散．

基于控制体—迎风有限元法的变压器绕组二维流体场—温度场耦合计算方法研究

针对电力变压器二维流体场和温度场的耦合问题,文中采用了基于控制体有限元法和迎风有限元法的流体场—温度场耦合计算方法。该耦合方法基于三角形网格,使用控制体有限元法计算绕组油流区域的速度场,应用流线迎风有限元法求解整体场域的温度分布。在速度场计算中引入速度提升方法解决了流体场仿真时出口边界出现的回流流动问题,并在温度场计算时提出了适用于线性三角形单元的流线迎风稳定参数取值方法,从而解决了温度场仿真时的数值振荡问题。应用所提方法计算分析了油浸式变压器绕组二维模型的油流及温度分布,并将计算结果与Fluent软件仿真结果进行了对比,对比结果验证了耦合方法的有效性。文中提出的二维流体场和温度场耦合场计算方法也可用于其他二维流体场和温度场耦合问题的分析。

壳体结构LCM工艺的树脂流动的数值模拟

为了弥补实验研究树脂在三维壳体预制体中流动的空缺,采用数值模拟的方法进行研究。构建抛物面壳模型,采用控制体有限元法对含沉浸项的质量守恒方程进行求解,并用MATLAB程序模拟恒压条件下树脂在壳体预制体上的流动特征。研究结果表明:树脂在三维壳体预制体中流动时,流动前沿仍会出现半饱和区域;树脂流动前沿到达不同位置时,可以看出整个预制体内压力分布情况,压力先急速下降、后趋于平缓。填充初始时,压力下降很快,压力梯度很大,随着填充过程的进行,压力下降减慢且压力梯度减小。

基于实体流的三维等温RTM数值模拟

针对三维等温树脂传递模型的数值模拟问题,提出基于实体流的控制体/有限元的模型。在非结构化四节点体单元的基础上根据控制体/有限元理论,重新划分三维节点控制体实体单元,然后将Darcy方程和质量守恒方程组成的控制方程在控制体内进行积分,建立树脂在纤维增强体中流动的实体流的模型,并编写计算代码。计算结果表明:即使采用较少的节点,经过有限次的迭代,仍能得到较好的计算精度;实体流能提供更多的有关信息数据来反映树脂的运动情况,有助于更好地了解树脂的流动状态。

半圆域上自然对流的数值模拟

对半圆域上的自然对流采用控制体有限元方法进行数值模拟 .采用非结构三角形网格与质量加权迎风格式对计算域及控制方程进行离散 ,对压力离散方程采用波前法求解 ,保证了对所有Ra≤ 10

生成非结构网络的改进阵面推进法

通过对非结构化网格生成的阵面推进方法进行分析,对该算法进行了优化设计,采用笛卡尔直角坐标网格来代替背景非结构化网格,其上网格尺度参数通过控制体有限元法求解Possion方程的Dirchlet问题得到,提高了网格生成的效率和质量。同时利用Laplacian滤波算子和对角交换方法来改善三角形网格的质量,尤其是对角交换技术对消除畸形三角形单元效果明显。对固壁边界采用三次样条拟合后重新离散的方式形成初始阵面,改进了网格的贴体性,提高了网格的光滑性。在编制通用程序时利用链表结构和派生类型的数据变量,节省了计算内存,提高了网格生成效率。

恒压下树脂在双尺度多孔介质中的流动模拟

液体复合材料成型(LCM)工艺过程中存在半饱和区域现象,通过控制体有限元法来模拟恒压下树脂在双尺度多孔介质中的流动特征。从模拟得到:树脂在双尺度多孔介质中的流动过程中,不同时段有不同的流动特征;在半饱和流动前沿处,压力梯度产生明显的变化;在不同的压力下,流动前沿达到同一处时压力分布的规律。

树脂膜熔渗工艺充模过程的模拟与分析

树脂膜熔渗工艺(RFI)是一种新型的复合材料成型工艺.为了更深入了解树脂膜熔渗工艺过程中充模阶段的控制参数对制品质量的影响,避免制品出现空斑、充模不完全等问题,针对该工艺过程中树脂在复杂形状预制件中的流动行为进行了分析,在达西定律基础上建立了二维等温流动控制方程,利用有限元/控制体方法建立了数值分析模型,编制了FORTRAN程序进行模拟运算,并讨论了流动过程中施加的压力对充模时间的影响.由计算实例可见,所编制程序能够很好地预测树脂膜熔渗工艺过程中充模时间、各个时刻树脂的流动前沿位置及模腔中的压力分布.

橡胶非等温硫化工艺的数值模拟

分析硫化工艺,以控制体/有限元为基础,对硫化过程的热扩散方程和硫化反应方程进行离散,建立控制方程组并编写代码进行数值模拟。结果表明:数值模拟结果与文献数据相一致。通过橡胶硫化工艺模拟可得到橡胶制品内温度和硫化度分布图,并以此优化硫化工艺,降低橡胶制品不均匀的温度场和硫化度场,有利于减少橡胶制品变形并提高其硫化质量。

非等温RTM工艺的数值模拟

现代RTM生产工艺填充速度快、固化周期短,是一个非等温的生产过程。通过分析RTM工艺过程,考虑了能量守恒和固化反应,运用控制体/有限元格式和迎风格式,对整个过程进行离散,建立了相应的方程组,并编写了相应的代码,进行了数值模拟。结果表明,在采用较少单元网格的情况下,模拟结果与相关文献的结果一致。