一种分子运动和碰撞双重网格DSMC方法研究

基于非结构网格与直角网格相结合的策略,提出一种分子运动和碰撞双重网格DSMC实现方法。通过分子的位置坐标信息,实现运动网格与碰撞网格信息交互,从而结合非结构网格的贴体性和直角网格易于控制子网格数量的优点,同时提出并实现了基于MCS自适应的动态子网格技术以有效限制分子平均碰撞距离,提高了DSMC方法的通用性和计算精度。通过对超声速圆柱绕流和扩张管道的数值模拟,验证该方法的有效性和高精度性。数值结果表明,本文提出的基于分子运动和碰撞双重网格的DSMC方法提高了流场的分辨率,且通过基于MCS自适应的动态子网格技术,有效地降低了流场的平均碰撞距离,提高了碰撞质量和计算精度。

一种基于新型动态混合重叠网格的数值模拟方法

外挂导弹发射时导弹处于载机复杂干扰流场中,会导致空气动力的非定常、非线性特性。此时运用常规风洞实验数据插值作为工程气动数据基础在一定程度上存在误差。本文提出一种基于计算流体力学(CFD)的非定常数值模拟方法,将飞行力学方程与空气动力学方程耦合求解,更精确地模拟真实的飞行状态。所采用的新型动态混合重叠网格相比于以往重叠网格具有生成简便、针对运动过程可自适应调整等优点。以标准投弹算例作为验证算例,结果体现了本文网格和数值模拟方法的工程应用价值。

自适应网格揉皱薄片的撕裂模拟

模拟常见的纸张撕裂现象是薄片形变模拟算法中的一种重要应用.这里提出了一种基于薄片揉皱模型的撕裂模拟算法.该算法使用揉皱张量场模型作为撕裂形变模拟的输入数据来引导裂缝的生长,在每一步迭代中准确地更新一个反映薄片内各点处的张量场并执行动态的重网格化,制作出了真实的纸张裂缝与三维褶皱效果.该算法能在数秒内得到最终模拟结果,实验证明该算法可以逼真地生成揉皱纸张受到外力作用下的撕裂效果图.

横向射流中煤油雾化特性的数值研究

为了研究燃油射流雾化过程中的破碎形态及发展轨迹,实现燃油雾化过程的精确数值仿真,本文对直射式喷嘴喷入横向气流中的雾化特性进行数值模拟。计算采用耦合的多相流模型VOF和离散相模型DPM,研究煤油的一次雾化中射流破碎形态及发展过程,二次雾化过程中油滴的索泰尔平均直径(SMD)空间分布特性。应用动态网格自适应技术,精确捕捉到液体结构和射流表面的波动。数值计算结果表明,射流破碎过程中主要发生的是液柱破碎和表面剪切破碎;韦伯数对破碎模态的影响较大,液-气动量比对射流轨迹影响较大;在不同气动进口条件下,燃油射流轨迹以及液滴空间分布特性与经典经验关系式以及试验数据具有较好的一致性。

二元海水液滴对心碰撞过程数值模拟

为研究海水循环冷却系统中液滴碰撞的基本规律及碰撞结果预测模型,采用流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法捕捉两相交界面,利用动态网格自适应技术提高求解精度,对二元海水液滴的对心碰撞过程进行直接数值分析与模拟.首先对氮气中正十四烷液滴的碰撞实验进行数值模拟,验证了数值模型的可靠性.开展了常温常压下等尺寸二元海水液滴对心碰撞数值研究,分析了液滴碰撞过程流场结构及流动机理,研究了不同液滴直径和不同海水浓度对碰撞过程的影响规律,得到了聚合和自反分离两种碰撞结果类型以及二者的临界Weber数.总结出不同Ohnesorge数下海水液滴碰撞结果诺模图.

快速动态自适应小波配点法

动态自适应多尺度小波配点法(AWCM)能有效地模拟具有间歇性的物理现象,此方法是近几年发展起来的非常新颖的数值计算方法。为了增强该方法识别与跟踪解的奇异性的能力,并提高数值计算稳定性与计算效率,将精细时程积分算法与之相结合形成了快速动态自适应多尺度小波配点法。为了实现这一算法,给出了构造动态自适应网格配点集的新方法,构建了以小波(或尺度函数)系数为变量的时程推进公式。通过求解一维Burgers方程,证明了方法具有更加良好的数值计算性质。

随机过程数值仿真的精度实验与分析

为了考核随机过程数值仿真中采用的混沌多项式展开,小波动态自适应网格等的可靠性和近似程度,本文构造了一个具有解析解的随机过程,随后进行数值仿真。比较了数值仿真结果与解析解,证明两者是相互一致的。说明所采用的数值仿真方法是成立和近似度是可以接受的。所进行比较的随机过程解析解是相对比较简单的,当对更复杂的情况需要进一步数值实验验证。在文中并讨论了影响数值仿真精度和增加数值仿真工作难度的因素。

真空管道超级列车激波簇结构研究

真空管道列车高速飞行时产生的激波簇对于车辆结构气动外形设计具有重要的指导作用。鉴于真空管道超级列车现有试验设备及方法的局限性,根据可压缩N-S方程和SST k-w湍流模型,基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)流体分析软件,结合动网格和动态自适应网格两种方法,对超级列车在高真空度管道中高速运动时产生的流场结构进行数值仿真,主要研究列车以1 250 km/h的速度在阻塞比为0.2、环境压力为10.132 5 Pa(0.000 1 atm)的管道中飞行时所产生的一系列激波簇结构及管内流场变化规律。研究结果表明,管内列车在管内飞行时产生弓形激波、正激波、反射激波、Lamda激波、菱形激波等激波簇结构;头车附近区域会出现弓形激波、反射激波向正激波转化的过程,中间车附近区域会出现反射激波、菱形激波产生、发展与消失的过程,尾车附近区域会出现Lamda激波、反射激波、菱形激波、正激波的发展过程。