面向船海水动力应用的势粘流耦合方法研究综述

将势流方法和CFD方法相结合的势粘流耦合方法,在船舶与海洋工程领域的波浪演化、波浪与结构物相互作用等问题中逐渐受到关注。势粘流耦合方法在保证计算精度的同时可以有效降低数值模拟的计算成本,使得实尺度的流固耦合精细模拟成为可能。本文对面向船舶与海洋工程水动力应用的势粘流耦合方法的发展和研究现状进行了总结,通过区域分解和方程分解两类耦合方法展开论述,分析其优势与面临的挑战。

紫胶树脂的粘流—热硬化转变研究

为明确紫胶树脂受热后发生的粘流转变过程,以及粘流转变后其特征指标的变化,进而确定紫胶树脂热硬化时间和温度的对应关系,采用热台显微镜观测法监测了紫胶树脂的粘流转变过程,利用差示扫描量热法计算了粘流转变过程热力学参数,测定了粘流转变后的热硬化时间、冷乙醇可溶物和红外光谱中特征峰的变化情况;采用国标紫胶树脂热硬化时间的测定方法测定了不同温度下的热硬化时间,并进行了方程拟合。结果表明,升温速率快,紫胶树脂的粘流转变峰值温度越高,分子的传热效率越低,传热会产生滞后,并且拟合得到了紫胶树脂热硬化时间与温度的关系方程,并进行了显著性检验,发现紫胶树脂的热硬化时间随加热温度的升高而降低,其变化趋势按照所拟合方程所示的指数关系递减。

三维坑湍流分离流动的粘流/无粘流干扰计算

本文对坑的三维分离流动做了低速粘流与无粘流的相互作用计算。对三维边界层反方法进行了分析和讨论。用数值试验的方法验证了在H和α作为已知量的情况下,三维边界层反方法的积分方程是双曲型的,并提出了一种近似数值特征线法进行求解。无粘流采用低速位流面元法。计算表明所用方法可计算出三维效应很强(即横向变化很大)的三维边界层分离流动。

柚皮果胶的提取方法比较及其粘流性能研究

比较了从江永柚皮中提取果胶的不同方法。研究了柚皮果胶溶液的粘流性能,测定了果胶的特性粘度并由此计算出果胶的分子量。结果表明:盐酸逆流萃取法为从柚皮中提取果胶的较好方法,果胶溶液的粘流活化能约为17.14kJ/mol(依赖于果胶浓度大小),采用逆流萃取法提取的果胶特性粘度为4.492ml/g,果胶分子量为7.17×104。

几种不同PE和PP树脂的粘流活化能研究

测试了几种常用PE和PP树脂在一系列温度下的流变曲线,研究剪切速率对粘流活化能的影响。结果发现,相同剪切速率下,PP、LDPE、LLDPE的粘流活化能相对较高,HDPE树脂的粘流活化能相对较低,说明PP、LDPE和LLDPE对温度的敏感性较高,即升温有利于LDPE和LLDPE的加工;PP树脂的粘流活化能随剪切速率的增加而减小的幅度较大,表现出切力敏感性;剪切速率对PE树脂的粘流活化能的影响较小,在较宽的剪切速率范围内,温度对其流变性能的影响更明显。

船舶粘流计算软件“OShip”开发

论文系统阐述了船舶粘流计算软件"OShip"的数值处理及其功能实现方法,软件基于重叠网格技术,采用RANS方程模拟船舶粘性兴波流场,实现对船舶水动力性能的精细预报。通过静态和动态计算实例验证了其对船舶快速性、操纵性、耐波性以及螺旋桨敞水性能的计算效率和精度。该软件功能全面、操作简便,是精细预报船舶水动力性能的有效工具。

草浆高浓黑液的流变性与粘流温度效应

利用RheometricsRFSII流体粘弹仪测量了蔗渣浆黑液多聚物体系的剪切应力、表观粘度与剪切速率的关系。由实验得出了蔗渣浆高浓黑液在工程剪切速率范围 (1 0 1 ～ 1 0 3 s- 1 )内属剪切稀化流体 ,浓度和温度越高 ,黑液的剪切稀化现象越显著。此外 ,利用Brookfield粘度仪测定了黑液的剪切粘度与温度的关系 ,得出蔗渣浆黑液的粘度与温度的关系符合指数递减规律。粘度越大 ,黑液粘度对温度的依赖性越强。

煤系针状焦生产中混合油的粘流特性与分子结构间关联性的FTIR解析

煤系针状焦生产过程中,延迟焦化工艺流程中混合油的性能在一个生焦周期内不断发生波动,如何稳定混合油的性能是确保针状焦质量均匀的一个关键因素。而混合油性能的差异主要体现在粘流特性的变化方面,导致这种差异的根源是混合油分子结构发生了变化。为了进一步定量分析混合油性质变化的根本原因,本文以一个生焦周期内不同进料时间的混合油为研究对象,利用傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析仪和旋转粘度仪为检测手段。从红外光谱波数范围700~900,1550~1650,2800~3000和3000~3100 cm^-1四个区域入手,引入6种分子结构参数。详细分析探讨了一个生焦周期内混合油分子结构的变化趋势与粘流特性的关联性。FTIR谱图分析显示混合油主要是以带有部分脂肪侧链的缩合芳香环结构组成的。随着生焦过程的进行,混合油分子中脂肪侧链的支链化程度(I1)不断降低、芳香度(I2)有所增加。而芳环的缩合度参数I3以及芳环上的取代情况(I4,I5,I6)的变化较小,这说明混合油的缩合程度随生焦时间的增加变化不大。混合油中多组分复杂芳香类物质的共存,导致了分子间易发生缔合,使得混合油的初始表观粘度值很大。混合油的粘流活化能Eη随着生焦时间的延长而呈现出增加的趋势。理论上缩合芳环和烷基侧链对粘流性质的影响最大,但是将I1,I2,I3与Eη进行分析时发现回归曲线的拟合优度R2仅可达到0.71。实际上,混合油本身支链化程度(I1)低,支链长度短,忽略I1对粘流活化能的影响时,对I2,I3与Eη进行数据处理获得的回归曲线的拟合优度R2反而降低。综合考虑所有的分子结构参数与Eη进行回归分析时,回归曲线的拟合优度R2可以达到0.98,混合油的分子结构参数与粘流特性之间的关系模型为:Eη=703.59-55.88I1-7.83I2+5.73I3-1866.70I4-694.85I5-83.16I6。由此可见,粘流特性是混合油这一复杂体系中所有分子结构特征的宏观表现。

NND格式的推广及在粘流计算中的应用

本文把ＮＮＤ格式推广到了特征变量、守恒变量和原始变量形式。通过引入通量差分分裂方法，由守恒变量形式的ＮＮＤ格式得到了Ｒｏｅ的近似Ｒｉｅｍａｎｎ解法，并讨论了限制器的作用。在隐式ＮＮＤ格式中引入了一种分解算法，提高了计算效率。本文的数值计算表明，ＮＮＤ格式对复杂波系干扰、边界层分离与再附等流动现象均有较高的分辨率。

GMRES算法在二维定常无粘流计算中的应用

发展了GMRES算法的两种不同预处理方法求解二维无粘流体动力学方程组。在保证计算效率的基础上 ,采用了一种减小内存需求的途径。用两个算例对GMRES算法以及两种不同的预处理方法进行分析 ,同时与DDADI方法进行比较。通过对NACA0 0 12有攻角超临界流动以及GAMM通道超音流的计算 ,表明两种预处理下的GMRES算法都具有收敛速度快的优点 ,LUS GS预处理方法略优于ILU预处理方法。

聚砜超滤膜铸膜液中良溶剂效应的粘流性表征

聚砜超滤膜铸膜液中,良溶剂的影响是决定超滤膜的主要因素之一。我们测定了聚砜在六种良溶剂里的特性粘数,聚矾浓度为9—24g/mol时不同良溶剂铸膜液的粘度,温度在30—80℃时聚砜浓度为15g/mol不同良溶剂的粘流活化能和不同种类有机添加剂对聚砜——DMAC体系引起粘流活化能的变化。经综合分析得出:相同条件下的铸膜液粘度可表征良溶剂间的差别,良溶剂的极性是产生这一差别的根源,筛选出的极性质子性溶剂吗啉是制备聚砜超滤膜较好的良溶剂。

势粘流单向耦合的直立圆柱波浪爬升模拟

针对单固定直立圆柱的波浪爬升问题,本文采用势粘流单向耦合技术对波浪爬升过程中波面高度与圆柱水平、垂向波浪力进行了数值预报。采用STAR-CCM+求解器对数值结果进行了网格收敛性分析,研究了圆柱壁面附近的网格参数。通过比较不同波陡波浪下的波浪爬升高度,一、二阶波面在圆柱周围的空间分布,以及流场绕射演化过程图,分析了非线性波浪绕射的特征;比较了不同波况下波浪爬升过程中圆柱体受力。结果表明:在波陡为1/10的强非线工况下迎浪位置的波面最大值可达到2倍的波幅。短波下圆柱周围波面的二阶效应明显,而长波下二阶量接近于零。本文采用的势粘流单向耦合方法对于波面和波浪力的预报结果与试验吻合良好,并且计算所需要的网格数要小于计算流体力学方法。

跨音速粘流的计算

概述了一种采用粘流/无粘流相互作用原理计算跨音速粘流的方法。采用熵修正激波算子计及跨越激波时的熵增,形成的非等熵位势方法可比传统的位势方法更准确地计算无粘流动。提出了一种流向速度型,结合其它辅助关系式导出了三维湍流边界层积分方程反方法。用此方法可求得粘流解。利用半反耦合方式耦合了无粘流和粘流解。数值算例表明,计算结果与实验结果吻合;且对计算机的要求较低。

粘流-无粘干扰流动(IF)理论

对不可压缩层流二维干扰流动,本文提出一个干扰流动(IF)理论。IF理论要点为:1)干扰流动沿主流的法向被分为三层即粘性层、干扰层和无粘层,引进了法向动量交换为主导过程的干扰层概念。2)利用力学守恒律、三层匹配关系及文中引进的干扰模型,把三层的空间尺度及惯性-粘性诸力的数置级表示为单参数m的函数,m<1/2·3)导出描述各层流动的控制方程、导出描述全城流动的控制方程为简化Navie-Stokes(SNS)方程。IF理论适用于不存在分离的附着干扰流动以及存在分离的大范围干扰流动,经典边界层(CBL)理论和流动分离局部区域Triple-Deck(TD)理论分别是本文理论在参数m=O和1/4时的两个特例,本文理论容易推广到可压缩、三维及湍流流动。

涡轮导叶轴向弯曲对其气动性能影响的研究（三维粘流数值分析）

近年来计算流体力学在叶轮机械中得到了应用．在三维计算方法方面有了很大的进．与之同时，从学院式的研究到工业上应用的过渡巳经开始．中国科学院工程热物理研究所在最近二十年内致力于发展各种叶轮机械三维流动的计算方法．本文的目的是介绍作者的方法和应用它来研究分析一个典型的大长径比涡轮导向器中气流流动的物理现象．本文给出了一些研究结果和建议．

关于分区模拟无粘流内边界守恒算法的相容性

本文讨论用分区方法计算可压缩无粘流动的内边界通量守恒算法。分析指出插值型通量守恒算法不保证相容性条件，计算表明这种不相容性能引起数值解出现明显误差，或破坏其稳定性、收敛性。为此。

高弹粘流在三维变厚度狭缝流道中流动的数值模拟

用有限块法对高弹粘流在三维变厚度狭缝流道中的流动进行数值模拟．求出流体流量在流道中的分布规律；通过对实际板材挤出模鱼尾型流道中设置阻流块对流动影响的计算，证实有限块法是简易可行的，从而为挤出模的计算机辅助设计提供了一个重要手段．

粘流与无粘流的相互作用计算

本文总结了粘流/无粘流的各种计算方法和结果。重点在于介绍定常流动中的弱相互作用。首先叙述了弱相互作用的数学模型。给出了不可压流动和跨音速流动中粘流/无粘流相互作用的某些正耦合的计算结果。讨论了在分离区附近边界层正方法失效的原因。然后介绍了边界层反方法和适用于带分离的流动中半反方法耦合的粘流/无粘流的相互作用方法。文中也简单地总结了三维情况的应用和强相互作用。

粘流态沥青粘度分析

从微观角度分析了粘流态沥青粘度的影响因素 ,然后采用 Brookfield旋转粘度仪对改性及非改性沥青进行粘度试验 ,分析沥青在改性前后粘度的变化特征 ,从而揭示了沥青的改性机理 。

基于混合网格的DLR-F6模型跨声速阻力预测粘流计算

该文详细介绍了针对第二届AIAA阻力预测会议公布的标准模型及其网格进行的基于混合网格的纳维尔-斯托克斯粘流计算考题,我们将自主开发的WoF90程序的计算结果与DLR的TAU程序以及FOI的EDGE程序的计算结果进行了对比分析,发现三种程序的升力系数普遍比实验结果偏高,但偏高的程度大致相同,阻力计算的精度范围大体一致。结果确认了300万网格点的计算结果尚不足以得到网格收敛的效果,阻力预测需要更大规模的网格。