三维直角叉树切割网格Euler方程自适应算法

基于叉树数据结构,实现了一种用于三维直角叉树切割网格的自适应算法,包括对几何外形,以及对流场计算的自适应网格加密技术。在初始网格的生成过程中,根据相邻网格的物面法向向量间的差值,进行针对外形的自适应网格加密;在流场计算中,根据相邻网格间选定物理量梯度的变化,进行针对流场的自适应网格加密。详细地描述了三维直角叉树切割网格的生成过程,以及对任意网格的切割细分算法。在自适应过程中,分别采用了八叉树和全叉树的数据结构,八叉树是基本的数据结构,而全叉树的采用,使网格具有了各向异性的特征,从而大大的减少了自适应网格的数量。采用中心有限体积法,求解Euler方程,并运用上述方法,完成了对外形和流场的自适应网格加密算法,获得了较好的数值计算结果,证明了自适应算法的正确性,体现了直角叉树切割网格自适应技术的有效性和实用性。

基于直角叉树切割网格的复杂外形N-S方程数值模拟

对于粘性绕流的数值模拟,在直角叉树切割网格的基础上,结合三角形非结构网格和矩形结构化网格,利用其各自的优势和特点,提出了一种生成混合杂交网格的思路和方法。在物面附近生成了适合粘性流计算的大长宽比矩形网格,在远场分布直角叉树切割网格,快速离散计算空间。对于复杂的多体问题,采用三角形网格来连接各体网格,并运用网格合并的方法,保证了各网格之间的光滑过渡与连接,提高了网格的质量。针对复杂多段翼型绕流问题,在上述网格基础上,采用B－L代数湍流模型和中心有限体积法,完成了 Navier－Stokes方程(N-S方程)的数值模拟。计算结果表明,网格生成和流场计算都是正确的。

弹性楔形体各状态参数对入水运动性能的影响

为了分析砰击问题的各种状态参数对船舶入水运动性能的影响,文章采用一种新的CFD(Computational Fluid Dynamic)方法动态数值模拟了二维弹性楔形结构的自由入水过程。此方法利用液面捕捉法和直角切割网格系统解决入水过程中瞬时移动的自由液面和动边界问题,结合弹性板条梁结构的有限元理论将算法扩展应用于弹性结构的入水特性分析。其中,根据流场的直角切割网格和弹性结构的板条梁单元的特点,提出适合该文算法的流固耦合策略和边界数据传递方法。通过与实验数据进行比较,证明了文中算法求解弹性楔形体入水问题的正确性和合理性。最后,建立不同状态参数(结构材料属性、板厚和质量、底面斜升角和入水高度等)的弹性楔形结构自由入水模型,研究了各参数对自由入水的弹性楔形结构的整体运动性能和局部变形响应的影响。

圆柱在波浪中入水的数值模拟

为了研究波浪对圆柱入水过程的影响,采用二维CFD(Computational Fluid Dynamic)方法数值模拟了圆柱在规则波中的入水过程.该方法采用自由液面捕捉法和直角切割网格系统分别处理自由液面和物体动边界,结合推板造波和海绵阻尼消波原理而实现数值造消波,并分析波浪参数(波高、周期和圆柱入水时的波浪相位)对圆柱入水动力特性的影响.以在波浪中的起重船上悬吊圆柱入水作为工程应用实例进行数值模拟,研究不同工况下绳索的张力变化和重物的运动特性.

同步入水双圆柱相互作用的计算研究

为了研究多圆柱入水的相互影响,采用二维CFD方法数值模拟双圆柱同步常速入水物理过程。利用自由液面捕捉法来计算自由液面,将自由液面当作密度域的接触间断来处理,以非均匀密度的不可压缩Euler方程作为控制方程。采用直角切割网格作为离散网格系统和有限体积法进行数值离散,以人工压缩法来实现速度和压力的耦合求解,采用Roe的近似Riemann解算子计算流函数和一阶隐式的双时间推进法进行时间步进。以三个不同参数的双圆柱入水作为算例,将数值模拟得到的自由液面形状、圆柱压强分布和受力时间历程与单圆柱入水的结果进行了比较。