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 。

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.

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。

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。

一种改进的离散涡方法及其在涡激运动中的应用

海洋平台的涡激运动(VIM)会使与之连接的锚链和立管系统发生严重的疲劳破坏,缩短其疲劳寿命,是海洋工程领域的研究热点。离散涡模型(DVM)具有不受网格限制、在涡量集中区分辨率高、可用大时间步长模拟高雷诺数流场的特点。本文应用满足流函数方程的离散涡模型模拟了高雷诺数下二维圆柱绕流和涡激振动(VIV)问题,有效还原了涡激振动中的锁定现象,验证了模型的准确性。同时提出该模型对多体结构涡激运动求解的处理方式。利用该方法模拟了二维单柱Spar平台以及多柱半潜平台模型的涡激运动,通过对平台受力曲线、横荡与纵荡位移以及频率响应的分析,得出了平台涡激运动的普遍规律,为Spar和半潜平台的结构设计提供了参考。

可压缩流体运动的离散涡方法

通过比较分析，推导出等熵可压缩离散涡方法的基本控制方程，给出了可压缩离散涡方法中密度项及涡胀量的求解过程。并对可压缩流中与旋涡运动有关的几个问题进行了讨论。

用离散涡方法模拟喷嘴出口射流流场的数值模型

根据流体力学原理，用离散涡方法建立了在复平面上模拟喷嘴出口流场的一套完整模型。在此基础上，用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编写了计算机程序，模拟了喷嘴出口流场的速度分布，利用涡元矢量图对计算结果进行了分析，得出了射流在喷嘴出口分离流动及流场中旋涡形成及发展的规律。射流在有锐缘的地方会发生流动分离，形成的剪切边界层逐渐卷起，形成旋涡结构。在喷嘴出口与哨嘴出口处形成的旋涡结构，在势流流场和其它涡元的作用下逐渐向下游运动，并向两边扩散。由于粘性扩散及计算误差的影响。

带压缩性修正的离散涡方法在结冰数值模拟中的应用

离散涡方法(DVM)是一种无网格的涡运动算法,适用于解决易产生分离流的非定常问题,将其应用于结冰过程中的流场求解,在有效模拟分离流动的同时能避免冰形尖角对网格质量的影响。但离散涡方法基于不可压N-S方程,无法应用于预测可压缩流动下的结冰过程。本文在离散涡方法的基础上添加普朗特—格劳尔特压缩性修正,进行基于离散涡方法的可压缩流动下的数值模拟,并将其应用于翼型结冰预测;对流场分布、结冰冰形和结冰模型计算过程等仿真结果进行对比和分析。结果表明:引入压缩性修正后的离散涡方法能较好地模拟可压缩流动,与实验值相比,基于该方法得到的结冰数值模拟结果符合良好,对结冰数值模拟在工程上的应用提供了一定的参考。

基于扩散速度方法粘性流场的离散涡数值模拟

基于扩散速度方法粘性流场的离散涡数值模拟吴文权，李春，卜千里（上海机械学院上海２０００９３）关键词：扩散速度模型，粘性流场，离散涡方法。ＮＵＭＥＲＩＣＡＬＳＩＭＵＬＡＴＩＯＮＯＦＶＩＳＣＯＵＳＦＬＯＷＦＩＥＬＤＳＵＳＩＮＧＤＩＦＦＵＳＩＯＮＶＥＬＯＣ...

涡方法用于桥梁断面气动导数和颤振临界风速的数值计算

利用快速离散涡方法计算桥梁主梁断面的气动导数 ,来流为二维粘性不可压缩均匀流。使用边界元及新颍涡量边界条件的积分表示方法计算表面涡量 ,引入快速多极子展开及系数影响矩阵技术获得无网格方法 ,并由此快速计算涡元速度。使断面分别在扭转及竖向做强迫正弦振动 ,利用离散涡方法分别计算其气动力 ,并根据最小二乘法获取气动导数 ,采用 Sacalan的半逆解法确定颤振临界风速。以南京二桥闭口箱梁断面 (方案一 )为例 ,计算结果显示与实测结果有着合理的一致性。

涡方法分析并列圆柱的旋涡脱落现象

利用快速离散涡方法及流场可视化技术分析二维粘性不可压缩均匀流中并列圆柱体的旋涡脱落现象,识别作用在圆柱上的气动力及旋涡脱落频率。使用边界元方法及引入一个新颍的涡量边界条件计算表面涡量,利用系数影响矩阵技术获得无网格方法,采用自适应快速多极子算法快速计算涡元速度。数值算例再现了不同间距并列圆柱体的同步同相旋涡脱落、同步反相旋涡脱落、尾流的不对称性及间隙流的半稳定性等现象,数值结果与早期实验结果吻合得很好。

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．

钝体绕流的随机涡方法

在离散涡方法中应用随机微分方程理论来求解二维钝体绕流问题 ,通过对静止圆柱不同雷诺数下的绕流计算 ,得到冯卡门涡街和回流区对称轴线上径向速度分布以及升力系数和阻力系数 。

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.

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。

混合层流动的格子涡方法数值模拟

采用格子涡方法对二维平板混合层流动进行了数值模拟,重点考察了格子涡方法定量模拟混合层流动流场下游不同流向位置各湍流统计平均量的能力。模拟结果表明:除横向脉动速度均方根比实验值大外,混合层流动在下游不同流向位置的流向平均速度,流向脉动速度均方根和雷诺应力的模拟结果都与实验结果定量符合得很好。此外,模拟结果还很好地反应出混合层流动的自相似性质。从而表明,格子涡方法具有对空间发展混合层流动进行较精确的定量模拟的能力。

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。