两自由度运动圆柱绕流的离散涡方法模拟

应用离散涡数值方法(Discrete Vortex Method,DVM)对弹性支承的二维圆柱绕流的涡激振动(VIV)问题进行数值模拟,研究单自由度横向运动系统、两自由度系统横向和流向耦合运动这两种模型的计算结果,得到了不同质量比、不同折合速度下的尾涡形状、受力系数和圆柱响应曲线,并分别提取了单自由度和两自由度两种模型所得到的横向振幅进行对比。总结出受质量比和自由度数影响的圆柱响应的变化规律,证实了锁定lock-in现象的发生过程。通过与实验结果的对比,验证了计算结果较为合理和可靠,说明离散涡方法是研究涡激振动问题的有效手段,并且它能够适应高雷诺数下的计算,并且认为圆柱的流向运动对涡激振动起着促进作用,在数值模拟中是应当予以重视的。计算过程采用FORTRAN语言编程实现。

离散涡方法及其工程应用

离散涡方法已成为计算流体力学中倍受人们青睐的一种数值方法 .本文简述了该方法的理论基础以及我们对该方法中若干关键问题的处理原则 ;初步介绍了近十余年来 。

液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒扩散分布的离散涡数值研究

基于离散涡方法求得的非定常水流场和颗粒的Lagrange运动方程，数值模拟了稀疏液固两相圆柱绕流尾迹内颗粒的扩散分布．获得了流动的涡谱与3种不同St数颗粒（St=0．25，1．0，4．0）在流场中的分布．通过引入扩散函数来定量表示颗粒在流场中的纵向扩散强度，并计算得到了不同St数颗粒的扩散函数随时间的变化．数值结果揭示出了液固两相圆柱绕流尾迹中的颗粒扩散分布与颗粒的St数和尾涡结构密切相关：1）中小St数（St=0．25．4．0）颗粒在运动过程中不能进入涡核区，而在旋涡结构的外沿聚集，且颗粒的St数愈大，其越远离涡核区域；2）在圆柱绕流尾迹区域内，中小St数（St=0．25．4．0）颗粒的纵向扩散强度随其St数的增大而减小．

二维浅水流动的离散涡方法

根据二维浅水流动中旋涡既可产生于流动边界层,也可在主流场中自生自灭的特点,建立起Eulerian-Lagrangian框架下的二维浅水流动离散涡方法;利用该方法数值仿真了高雷诺数下的二维浅水方柱绕流,得到了流动的速度场、涡谱,计算结果中明显可见流动分离、旋涡以及旋涡随时间的发展演化,即模拟出流动所具有的非定常不稳定等非线性特征.

圆柱绕流的离散涡数值模拟

首先用面元法模拟了圆柱绕流的势流解,得到了多个圆柱不同配置下的流线图,在此基础上按照一定分离规则引入点涡,就可以用离散涡方法很好地模拟多圆柱绕流,先后得到了流场的流型、涡量等值线图、速度矢量图和阻力升力系数,结果表明单圆柱和双圆柱后的流场有相当大的差别,后者的流型、速度矢量分布都发生了很大的变化,阻力和升力系数也显著增大。

颗粒加入方式对平面射流中颗粒弥散影响的离散涡模拟

用离散涡方法对平面射流进行数值模拟,得到了与实验定量符合的速度场,采用单向耦合的Lagrangian方法模拟了流场中颗粒的弥散.颗粒进入流场的初始径向位置由满足不同概率分布的随机数决定.结果表明:对St 1的颗粒,初始径向位置的概率分布对其弥散的影响不显著;对St^o(1)和St 1的颗粒,弥散显著受到初始径向位置概率分布的影响,其弥散函数在上抛物线形概率分布时最大,均匀分布时次之,截尾高斯分布时最小.

气固两相平板混合层流动的离散涡模拟

对气固两相平板混合层流动 ,采用离散涡方法模拟气相场 ,轨道法跟踪颗粒的运动。计算结果表明 :气相和颗粒相在不同流向位置的平均流向速度、雷诺正应力和剪应力与实验结果符合得很好。

平面自由剪切层三维离散涡丝的数值模拟

本文用离散涡丝方法对平面自由剪切层进行数值模拟，给出了初始展向涡丝随空间发展所形成的成对反转流向涡以及涡卷起和涡丝合并的图案，分析了流向涡产生的根源，得到了剪切层的速度剖面，给出了不同速度差与对流速度比之下涡丝的演变特点。

椭圆涡环相互作用的离散涡数值模拟

本文发展了三维离散涡模型研究了单个椭圆涡环以及两个沿同一轴线运动涡环的相互作用。首先用两个相向运动圆涡环的碰撞过程与实验的对比验证了模型的有效性,随后研究了单个椭圆涡环的运动,得到了其长短轴交替互换周期的表达式。最后以此为基础分别研究了沿同一轴线两个椭圆涡环的相向碰撞和交替穿越过程,发现碰撞后生成的新涡环变大而形状与涡环的初始形状相似,而在两个椭圆涡环的相随运动中其长短轴交替互换则始终贯穿于交替穿越过程。

二维圆柱绕流的离散涡数值模拟

圆柱绕流在工程中广泛存在,通过引入离散涡方法理论,阐述了数值模拟的基本思路和具体过程。从满足物面条件的方式出发,构建了2种便于计算实现离散涡模型,数值模拟了大雷诺数条件下的二维圆柱绕流流场。模拟结果与试验和其他数值结果吻合较好,表明2种模型在处理此类问题时的经济和适用性。利用镜像法模拟所得结果较流函数方法更加精确,说明还需要对流函数模型进行更为精确的描述。

基于桥梁抗风性能研究的离散涡方法的应用

以分离流和旋涡运动为主要特征的钝体绕流研究是现代流体力学发展的一个挑战性问题,其中应用十分广泛但也是最为困难的一个研究领域是用CFD方法研究流体和结构的动力相互作用。本文采用离散涡方法,结合南京长江公路三桥初步设计阶段斜拉桥方案主桥抗风性能研究的实际,阐明离散涡方法是桥梁气动弹性问题研究中的有效手段。

可压缩流动离散涡方法

推导了可压缩流动旋涡动力学基本方程，并分析了其基本性质。如同不可压流动，在可压缩流动中旋涡同样具有场与物质两重特征。得出了可压缩流中的旋涡诱导速度公式，对Ｂｉｏｔ－Ｓａｖａｒｔ方程进行了可压缩修正。基于Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ框架下的粒子方法，求解可压缩流中的胀量项，从而用离散涡模型求解了非定常、不稳定、可压缩流场。数值实验验证了提议的计算方法有效性。并分析了可压缩流动中旋涡运动的特征，与不可压流动的差别。

立管涡激振动的离散涡数值模拟

通过离散涡方法求解立管所受涡激升力,并与立管动力响应方程相耦合来对涡激振动问题进行时域内的数值模拟。通过在均匀来流和剪切来流下的模拟,所得的结论与其他文献中的结论比较吻合,较好地揭示了立管涡激振动的特征。

二维圆柱绕流的离散涡法计算

采用离散涡方法(Discrete Vortex Method,DVM)研究弹性支承的二维圆柱绕流问题,成功的模拟出涡激振动(VIV)这一现象,与实验对比得到了较好的结果。并且在前人研究成果的基础上,对离散涡方法的精度加以改进,证实了这一方法在研究涡激振动问题上的可靠性和易行性,以及适应高雷诺数下计算的优点。

非定常不稳定气固两相流动的离散涡数值仿真Ⅰ.模型方程与数值方法

构建起旋涡框架下的气固两相流动数学模型与数值计算方法 :应用离散涡方法 (DVM)计算具有剧烈分离的非定常不稳定气流场 ,采用Lagrange方法模拟颗粒在流场中的运动 ;气流场的求解和颗粒运动求解 ,两者在时间上相互耦合 。

平面射流拟序结构的离散涡模拟

采用离散涡方法对平面射流流场进行了数值模拟。显示了平面射流中的大尺度涡结构的卷起、旋转和合并过程,模拟结果揭示了平面射流中的大尺度拟序结构的时空演化特征和发展变化规律。得到了定点的瞬时速度和流场的时均速度分布,时均速度场的计算结果和实验值吻合,瞬时速度分布揭示了平面射流拟序结构的非定常、不稳定的非线性特征。

离散涡法模拟建筑物绕流流场

应用离散涡数值方法对高雷诺数下建筑物绕流流场进行了数值模拟，得到了不同相对位置、相对距离的建筑物在不同来流方向的分离流场和涡量分布，总结出受建筑物影响的流函数变化规律，取得了较为合理和可靠的计算结果。

离散涡方法在翼型结冰快速预测中的应用

本文对离散涡方法加以改进,并将改进后的离散涡方法与Messinger结冰模型结合,用于对二维翼型绕流及其结冰过程的数值模拟,兼顾了结冰数值模拟中精度与效率的需求,有望在民机型号研制与试飞中得到良好应用。

两相平板混合层流动的双向耦合离散涡法数值模拟

提出了一种新的双向耦合离散涡方法,其能方便地将颗粒对流场的作用结合进离散涡模拟中,同时又不破坏离散涡方法固有的优点。采用这种方法对两相平板混合层流动进行了数值模拟。模拟结果表明,在颗粒作用存在的情况下,混合层流动仍能保持良好的自相似性,其动量厚度沿流向仍呈线性发展,说明颗粒不影响大涡结构间配对与合并的随机性。同时,颗粒对混合层流动高速端自由流有阻滞作用,并会使连续相湍流衰减。

二维钝体绕流的离散涡数值模拟

离散涡方法是一种无网格计算流体力学方法 ,和有限差分法、有限单元法以及有限体积法相比 ,可以更好地应用于计算风工程问题。本文根据高雷诺数流动假设 ,建立了高雷诺数无粘性离散涡流动模型。通过计算静止方柱的绕流问题 ,得到了不同时刻的流场分布图以及斯托哈尔数。