稀薄流到连续流的气体运动论模型方程算法研究

通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对ＢＧＫ模型方程进行修正，确定含流态控制参数可描述不同流域气体流动特性的气体分子速度分布函数的简化控制方程．发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间，利用一套在物理空间和时间上连续而速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性．基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的ＮＮＤ耗散差分格式，建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法．推广应用改进的 Ｇａｕｓｓ－Ｈｅｒｍｉｔｅ无穷积分法和华罗庚－王元提出的以单和逼近重积分的黄金分割数论积分方法等，对离散速度空间进行宏观取矩获取物理空间各点的气体流动参数，由此发展一套从稀薄流到连续流各流域统一的气体运动论数值算法．通过对不同Ｋｎｕｄｓｅｎ数下一维激波管问题、二维圆柱绕流和三维球体绕流的初步数值实验表明文中发展的数值算法是可行的．

稀薄流到连续流的气体运动论统一数值算法初步研究

从非线性模型Boltzmann方程出发 ,引入简化速度分布函数、使用离散速度坐标法对速度空间进行离散、降维 ,去掉分布函数对速度分量的连续依赖性 ;采用时间分裂法 ,将简化速度分布函数松弛变化方程分解为源项碰撞变化方程、对流运动方程 ,进行耦合计算 ,应用NND耗散差分方法直接模拟气体分子速度分布函数 ;发展离散速度数值积分法 ,通过宏观取矩获取物理空间各点的流动参数 ,从而建立一套能有效模拟各流域气动问题的简化的气体运动论统一数值算法。为了证实该数值方法在求解稀薄流到连续流气体动力学问题方面的可靠性 。

稀薄流到连续流的气体运动论统一算法研究

通过引入碰撞松弛参数和当地平衡态分布函数对BGK模型方程进行修正,确定含流态控制参数的各流域均适用的气体分子速度分布函数简化控制方程。发展和应用离散速度坐标法于气体分子速度空间,利用一套在物理空间和时间上连续而在速度空间离散的分布函数来代替原分布函数对速度空间的连续依赖性。基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散格式,建立直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值方法。发展可用于速度空间宏观取矩的离散速度数值积分方法,获取物理空间各点的流动参数,由此发展一套能有效模拟各流域三维绕流问题的气体运动论统一算法。研究气体运动论数值算法所适合的并行方案,基于统一算法的HPF并行实现,建立一套能有效模拟不同流域复杂外形体绕流的HPF并行算法软件。通过对不同Knudsen数的一维、二维、三维气体绕流问题进行数值计算表明,计算结果与有关实验数据及其它途径得到的研究结果吻合较好,证实了本文发展的统一算法在求解稀薄流到连续流不同流域复杂绕流问题方面的可行性。

基于Boltzmann模型方程的气体运动论HPF并行算法

从修正的BGK Boltzmann模型方程出发,引入离散速度坐标技术对气体分子速度分量进行离散降维,基于非定常时间分裂数值计算方法和无波动、无自由参数的NND耗散差分格式,发展直接求解气体分子速度分布函数的气体运动论有限差分数值格式,提出一套能有效模拟各流域三维绕流问题的气体运动论统一算法.在分析研究气体运动论数值算法内在并行度的基础上,开展各流域三维绕流问题统一算法的HPF(高性能FOR TRAN)并行化程序设计,建立一套能有效模拟各流域复杂外形体绕流的HPF并行算法软件.并进行了不同Knudsen(克努森)数下三维球体绕流及类"神舟号"返回舱外形体绕流的初步数值实验,将计算结果与过渡区有关实验数据及各流域气体绕流现象进行比较分析,证实了发展的气体运动论HPF并行算法在求解稀薄流到连续流不同流域复杂绕流问题方面的可行性.

基于多块对接网格的隐式气体运动论统一算法应用研究

基于玻尔兹曼模型方程的气体运动论统一算法(gas kinetic unified algorithm,GKUA)给出了一种能模拟从连续流到自由分子流跨流域空气动力学问题的途径.该算法采用传统计算流体力学技术将分子运动和碰撞解耦处理,若采用显式格式将受格式稳定条件限制,在模拟超声速流动尤其是近连续流和连续流区的流动时计算效率较低.为了提高计算效率,扩展其工程实用性,采用上下对称高斯-赛德尔(LU--SGS)方法和有限体积法构造了求解玻尔兹曼模型方程的隐式方法,同时在物理空间采用能处理任意连接关系的多块对接网格技术.通过模拟近连续过渡区并排圆柱绕流问题,计算结果与直接模拟蒙特卡洛方法模拟值吻合较好,验证了该方法用于跨流域空气动力计算的可靠性与可行性.

基于气体运动论的差分算法对管道流动数值研究

从分析研究求解Boltzmann模型方程的气体运动论数值计算方法特点出发,设计了几种求解离散速度分布函数不同精度的差分显式与隐式气体运动论数值格式.通过对不同Knudsen数下一维非定常激波管内流动、二维槽道流问题计算研究与应用测试,分析了不同差分格式数值离散效应对计算结果的影响,研究讨论了提高气体运动论数值算法计算效率的途径和差分离散处理所适用的计算准则等问题.

跨流域三维复杂绕流问题的气体运动论并行计算

通过研究求解描述跨流域三维绕流问题的Boltzmann模型方程气体运动论耦合迭代数值格式,分析气体运动论数值计算方法的内在并行性;从变量依赖关系、数据通信与并行可扩展性三方面开展基于离散速度空间区域分解计算的研究,发展求解稀薄流到连续流跨流域三维复杂绕流问题的并行算法。通过对不同Knudsen数、不同马赫数、不同攻角三维球体及返回舱绕流的并行计算,计算结果与实验数据和理论分析吻合较好。研究表明,该并行算法负载平衡和并行可扩展性较好,对不同并行计算机系统具有很好适应性,显示直接求解分子速度分布函数的气体运动论计算方法有良好的并行计算特性。

基于气体静压运动平台的自抗扰控制仿真分析与实验研究

为了进一步提高气体静压运动平台的稳定性以及抗干扰性能,针对气体静压运动平台自身存在的扰动对其控制算法进行研究。文章提出了一种PD控制与线性扩张状态观测器相结合的自抗扰控制算法,在Matlab/Simulink中搭建了控制模型进行仿真分析,并搭建平台进行实验验证。利用该算法解决了传统PID控制算法在气体静压运动平台存在的扰动问题。结果表明:相比于传统PID控制算法,自抗扰控制算法能够有效减小跟踪误差,降低超调,并且提高了气体静压运动平台的抗干扰性能。

气体运动论BGK格式的翼型绕流数值模拟

以气体运动论BGK(Bhatnagaar-Gross-Krook)格式为基础,通过改进非均匀网格下的通量计算方法,把气体运动论BGK方法应用到二维贴体网格上模拟了可压缩的无黏和黏性流动。在重构阶段,以交界面周围4个网格单元为一组,先把每个网格单元的宏观量(密度、动量和总能量)转换在相对于交界面的坐标系下,然后使用van Leer限制器插值求出交界面的宏观量,在求解阶段再使用BGK理论求出流过交界面的通量。通过上述方法使贴体网格和均匀网格,在计算格式上一致,与其他求解二维贴体网格的气体运动论BGK方法相比,该方法相对简单,计算量减小。结合贴体网格通量计算和气体运动论BGK格式方法理论,分别对亚、跨、超声速下的NACA0012翼型绕流进行了数值模拟和对比研究,所得可压缩无黏流动的数值结果与北大西洋公约组织航天研究与发展咨询组(AGARD)的结果吻合良好。本文还模拟了低雷诺数状态下的可压缩黏性流动,所得结果与文献中的数值计算结果吻合良好,证明了该方法在数值模拟及激波捕捉方面具有鲁棒性,为在复杂流动中的应用提供了一种简单的途径。

爆炸荷载作用下三相饱和土中气体运动的几个影响因素分析

三相饱和土中的气体含量是决定爆炸波在其中传播的最重要因素，但目前理论上对其中气体运动的描述还不够准确。对影响三相饱和土应力应变关系递增硬化段气体运动的几个因素，包括表面张力、气泡周围介质的粘性和压缩性等进行了描述，并通过数值分析确定这些因素的影响程度。计算结果表明气泡表面张力和气泡周围介质的压缩性对气体运动的影响可以忽略不计，而气体本身的压缩特性和气泡周围介质的粘性是影响气体运动的主要因素。

致密砂岩气藏储层孔喉中气体分子运动特征

气藏储层岩石孔喉细小,连通关系极其复杂,研究气体分子在其中的运动特征对于气藏开发工程具有重要意义。通过气体分子运动、多孔介质孔喉特征和实验测试分析,对这一问题进行了研究,结果表明:低渗致密储层岩石孔喉中,气体分子运动表现出黏性流和扩散流两种形态;当地层压力较高时,气体分子平均自由程远远小于岩石孔喉直径,表现出黏性流,对气井产能贡献大;当地层压力较低时,气体分子平均自由程接近甚至大于岩石孔喉直径,表现出扩散流,对气井产能贡献小。在气藏开发过程中,针对渗流场中某一特定位置,气体需要特定能量才能产生有效流动,这种使气体产生有效运动的能量即为气体渗流启动压力。采用了两种实验方法对这一参数进行了测试,一种是经典的流量–压差方法;一种是气藏衰竭开采物理模拟实验方法;对该参数取得了一定程度认识。

固-液界面热整流现象的气体运动论分析

本文采用非平衡态分子动力学模拟方法,研究了固-液界面体系中的热整流现象。系统的两端为固体,而流体处于中间夹层,两端固-液界面的势能参数不同。模拟计算结果表明,此系统实现热整流的原因是左右两端固体壁面对流体分子吸附特性的不对称性。基于气体运动论的分析表明,高低温固体壁面所吸附流体分子数、温度协调系数和系统压强在正反向传热过程中均存在一定差异,从而形成了热整流效应;并且两端固-液界面差异性越大,热整流现象越明显。

空冷汽轮发电机转子风道中气体运动流场分析

针对转子高速转动的特点,分析了转子风道气体运动状态,建立了数值计算模型。分析结果表明,转子风道气体运动是由风扇和转子高速转动共同作用的结果,以吸入式空冷汽轮发电机通风结构为例,转子以3 000 r/min转速绕轴高速转动可以使风道中进风量由0.14 kg/s增加到0.21 kg/s,必须考虑转子转动对风道中气体运动的影响;粘性模型应选择无粘,相同条件下转子风道出口风速模型试验和数值模拟结果对比表明,数值模拟结果符合工程实际。转子风道中气体运动流场合理计算模型应为：以吸入式风扇和转子风道进口为进出口边界条件,流体边界条件考虑转子转动,墙边界条件中反映管壁表面粗糙度的相对粗糙度系数和常量分别取为ks＋=500~1000和Cks=1.0,粘性模型选择无粘,可用此计算模型对空冷汽轮发电机转子风道中气体运动流场进行分析。

发动机进气管中压力波动和气体运动的研究

在发火运转和不同转速、负荷下,测量了单缸柴油机进气管气流参数,并分析研究了这些参数的变化规律。此外,还得知进气马赫数Z不是转速的单值函数;在定转速而负荷不同时,它不是常数。

气体分子运动速度=2^(1/2)v关系式的简易推导方法

对 u =2

气体分子运动论→气体动理论

根据国家物理学名词审定委员会审定的《物理学名词》,阐述了为什么将“气体分子运动论”更名为“气体动理论”,并对“气体动理论”作了简要说明。

运动气体系统分布函数与热力学量洛伦兹变换

本文将狭义相对论质点动力学应用于整体作匀速运动的气体系统,导出实验室系L中的相应分布函数,通过计算得热力学量的狭义相对论变换关系.其中热量与温度的变换和Ott相同,但物理实质更深刻.

略论气体分子运动论的教学

气体分子运动论(气体动理论)是物理学史中第一个微观统计理论,主要研究气体的热学性质。或许是由于首次涉足分子世界,新的概念、新的研究方法、新的特征纷至沓来,层出不穷。在教学中,学生往往感到不得要领、很难适应,甚至格格不入,教师也感到照本宣科则索然无味,重新组织又不好把握,总之是难以讲出精采来。记得1961年郭沫若为宁波市文联题辞:'蚕吃桑而吐丝,蜂采花而酿蜜,牛食草而出奶,树吸肥而产漆。破其卷而取神,挹其精而去粕。熔宇宙之万有,凭呕心之创作。

空冷汽轮发电机定子风道中气体运动流场的数值模拟

以某吸入式空冷汽轮发电机定子结构为例,采用Fluent程序对定子风道中的气体运动流场进行了模拟,分析了气体运动状态对定子风道气体运动流场的影响,得出了气体运动粘性对气体运动流场有明显的影响。

一元气体运动学能量方程的归析

《工程流体力学》教材中一元气体运动学部分是油气储运工程"输气管道设计与管理"等专业课的必备基础知识,且常作为相关能源、动力类专业研究生入学专业课考试的重要考点。但由于学时所限,我校这部分内容在实际教学当中仅作自学部分处理,效果并不理想。事实上,这部分内容和《工程热力学》部分内容存在大量交叉重复,但又各有侧重。为此,以能量方程为例,将两种教材这部分内容加以比较分析,以期合理的安排教学内容。