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一种几何VOF方法在液舱晃荡流动模拟中的应用 被引量:7
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作者 李金龙 尤云祥 陈科 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第8期943-951,共9页
isoAdvector是一种新的几何VOF(Volume of Fluid)方法,虽然克服了传统几何VOF方法难以适用于三维空间任意多面体网格的缺点,但不能直接用来模拟涉及动网格技术的液舱晃荡.为此,引入了运动通量修正,并提出了面-界面交线运动修正,使得修... isoAdvector是一种新的几何VOF(Volume of Fluid)方法,虽然克服了传统几何VOF方法难以适用于三维空间任意多面体网格的缺点,但不能直接用来模拟涉及动网格技术的液舱晃荡.为此,引入了运动通量修正,并提出了面-界面交线运动修正,使得修正后的isoAdvector方法可以应用到液舱晃荡的模拟中.基于不同的VOF方法对非共振、共振受迫晃荡和单次冲击波面进行数值模拟,并将模拟结果与试验结果以及解析解进行了比较.结果表明:相对于代数VOF方法,采用修正后的isoAdvector方法获得的自由液面位置和整体水动力载荷精度更高;捕捉的波面没有褶皱,能够较好地模拟波面的翻卷和破碎.此外,提出了界面厚度的估计方法,分析了自由液面波高精度提高的原因. 展开更多
关键词 液舱晃荡 界面 几何流体体积 面-界面交线
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一种基于几何重构的Youngs-VOF耦合水平集追踪方法 被引量:6
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作者 张嫚嫚 孙姣 陈文义 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第3期775-786,共12页
针对界面追踪方法中拉格朗日方法和欧拉–拉格朗日方法计算效率低、不适用大变形、不能应用于三维数值计算模型等问题,研究了一种效率高、界面清晰、适用于三维模型的计算气液两相界面迁移特性的欧拉运动界面追踪方法,该方法将'米&#... 针对界面追踪方法中拉格朗日方法和欧拉–拉格朗日方法计算效率低、不适用大变形、不能应用于三维数值计算模型等问题,研究了一种效率高、界面清晰、适用于三维模型的计算气液两相界面迁移特性的欧拉运动界面追踪方法,该方法将'米'状相邻单元Youngs方法用于运动界面重构,将Youngs-VOF和水平集通过几何方法耦合,提高运动界面精度,克服了VOF和水平集方法存在的缺陷,避免了利用高阶导数本身的稳定性去求解水平集对流方程和距离函数方程.'米'状相邻单元Youngs方法避免了数值耗散、数值色散性以及非线性效应引起的捕捉界面模糊的情况. Youngs-VOF耦合水平集方法既保证了计算界面时的稳定性,与拉格朗日方法相比又提高了计算效率.利用Youngs-VOF耦合水平集方法与VOF方法对单个气泡在水中上升过程数值计算与实验对比并对经典剪切流场中圆形运动界面模型的数值计算,验证了Youngs-VOF耦合水平集方法的有效性并比VOF方法捕捉界面更清晰、锐利;通过对溃坝–自由表面流动过程数值计算并与实验进行对比,验证了Youngs-VOF耦合水平集方法的稳定性以及对三维数值模型的适用性. 展开更多
关键词 运动界面重构 改进的Youngs方法 水平集方法 vof方法 几何重构
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Spatial-Variant Geometric Phase of Hybrid-Polarized Vector Optical Fields
3
作者 Yu Si Ling-Jun Kong +5 位作者 Yu Zhang Zhi-Cheng Ren Yue Pan Chenghou Tu Yongnan Li Hui-Tian Wang 《Chinese Physics Letters》 SCIE CAS CSCD 2017年第4期50-54,共5页
We investigate a novel spatial geometric phase of hybrid-polarized vector fields consisting of linear, elliptical and circular polarizations by Young's two-slit interferometer instead of the widely used Mach-Zehnder ... We investigate a novel spatial geometric phase of hybrid-polarized vector fields consisting of linear, elliptical and circular polarizations by Young's two-slit interferometer instead of the widely used Mach-Zehnder interferometer. This spatial geometric phase can be manipulated by engineering the spatial configuration of hybrid polarizations, and is directly related to the topological charge, the local states of polarization and the rotational symmetry of hybrid-polarized vector optical fields. The unique feature of geometric phase has implications in quantum information science as well as other physical systems such as electron vortex beams. 展开更多
关键词 Spatial-Variant geometric Phase of Hybrid-Polarized Vector Optical Fields vof HP
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琴键堰水力特性数值模拟 被引量:8
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作者 胡晗 杨伟 侯冬梅 《长江科学院院报》 CSCD 北大核心 2019年第4期60-66,共7页
为了探究琴键堰水力特性,采用VOF模型模拟了琴键堰运行时的三维流场,采用Lempérière的试验结果验证了VOF模型数值模拟方法的可靠性。通过不同几何结构的琴键堰进行的正交数值试验,确定了影响琴键堰泄流效率的主要几何参数;并... 为了探究琴键堰水力特性,采用VOF模型模拟了琴键堰运行时的三维流场,采用Lempérière的试验结果验证了VOF模型数值模拟方法的可靠性。通过不同几何结构的琴键堰进行的正交数值试验,确定了影响琴键堰泄流效率的主要几何参数;并针对这些几何参数,进行了数值仿真计算和理论分析,推导了琴键堰的新流量计算公式,经验证,该公式最大相对误差为6.7%,平均相对误差为3.7%。研究成果可为琴键堰的设计和工程应用提供可靠理论依据。 展开更多
关键词 琴键堰 水力特性 数值模拟 vof模型 正交数值试验 泄流效率 几何参数 泄流计算公式
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基于OpenFOAM几何流体体积方法的波浪数值模拟 被引量:10
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作者 田康 张尧 +2 位作者 李金龙 张新曙 尤云祥 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第1期1-10,共10页
波浪数值模拟一直是船舶海洋工程领域非常重要的研究课题.该研究基于开源计算流体力学分析平台OpenFOAM对Stokes五阶波进行模拟.由于几何流体体积(VOF)方法中的几何重构处理能够实现对自由液面更精准的捕捉,所以该研究采用了OpenFOAM内... 波浪数值模拟一直是船舶海洋工程领域非常重要的研究课题.该研究基于开源计算流体力学分析平台OpenFOAM对Stokes五阶波进行模拟.由于几何流体体积(VOF)方法中的几何重构处理能够实现对自由液面更精准的捕捉,所以该研究采用了OpenFOAM内置几何VOF方法——isoAdvector方法,进行自由液面捕捉,通过二次开发引入松弛区方法进行消波处理.对几何VOF方法下网格密度及库朗数进行了收敛性分析,发现可用较大库朗数获得较好的波浪模拟结果;在不同波陡和波频情况下,对几何VOF方法和代数VOF方法模拟波浪的波高及相位进行分析,并与Stokes五阶波理论值进行了对比,研究表明几何VOF方法能更好地对波高进行模拟.最后探讨了松弛区方法中消波区长度及权重分布对消波效果的影响,结果显示大于2倍波长的消波区长度配合指数权重分布可达到最佳消波效果. 展开更多
关键词 OPENFOAM 几何流体体积(vof) Stokes五阶波 松弛区方法
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基于双向流固耦合模型的溃坝水流数值模拟 被引量:1
6
作者 王春正 孙亮 +1 位作者 黄玲玲 陈丽芬 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第26期11090-11097,共8页
弹性结构在运动流体的作用下会产生动力响应,对结构本身的安全性和耐久性都提出了更高的要求。使用开源计算流体力学软件OpenFOAM和开源计算固体力学软件CalculiX建立双向流固耦合模型,对溃坝水流冲击刚性结构和弹性结构的过程进行了数... 弹性结构在运动流体的作用下会产生动力响应,对结构本身的安全性和耐久性都提出了更高的要求。使用开源计算流体力学软件OpenFOAM和开源计算固体力学软件CalculiX建立双向流固耦合模型,对溃坝水流冲击刚性结构和弹性结构的过程进行了数值模拟。首先对比了代数流体体积法和几何流体体积法在分析溃坝水流冲击刚性结构时的精度,结果表明几何流体体积法能够更为准确地模拟剧烈变化的自由液面。进一步采用几何流体体积法对溃坝水流冲击弹性结构的双向耦合问题进行了分析,弹性结构的动力响应和自由液面的分析结果与前人的数值结果吻合良好,表明目前的数值模型可以应用到实际工程的流固耦合分析中。 展开更多
关键词 流固耦合 溃坝水流 几何流体体积法 代数流体体积法
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基于机器学习的二维流体VOF方法
7
作者 孟巍 梅桂林 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2024年第3期244-253,共10页
以网格顶点和网格中心的流体体积分数为输入,利用深度学习神经网络(DNN)进行两相界面的快速几何重构,改进了一种几何VOF方法——isoAdvector算法。在原始isoAdvector算法生成训练集并进行预处理的基础上,通过神经网络隐藏层中神经元个... 以网格顶点和网格中心的流体体积分数为输入,利用深度学习神经网络(DNN)进行两相界面的快速几何重构,改进了一种几何VOF方法——isoAdvector算法。在原始isoAdvector算法生成训练集并进行预处理的基础上,通过神经网络隐藏层中神经元个数和激活函数对预测结果的影响来确定适当的神经网络;并根据质量守恒修正神经网络预测结果,完成两相界面的几何重构。在OpenFOAM框架下,嵌入神经网络修正改进后的isoAdvector算法。二维溃坝数值模拟结果表明:改进算法与原始算法计算精度相当,计算效率有所提升。 展开更多
关键词 自由液面捕捉 几何vof方法 深度神经网络 isoAdvector算法 OPENFOAM
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波浪与反弧面直墙防波堤相互作用的砰击载荷数值预报研究
8
作者 薛瑛杰 赵伟文 万德成 《中国造船》 EI CSCD 北大核心 2024年第1期223-236,共14页
采用基于开源平台Open FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对实尺度下波浪与反弧面直墙防波堤相互作用开展了数值研究。采用主动造波-消波方法生成不规则波,采用基于分段线性界面模型的几何流体体积法捕捉自由面。数值模拟时在距造波... 采用基于开源平台Open FOAM开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对实尺度下波浪与反弧面直墙防波堤相互作用开展了数值研究。采用主动造波-消波方法生成不规则波,采用基于分段线性界面模型的几何流体体积法捕捉自由面。数值模拟时在距造波点不同位置处设置了波高测点,在防波堤表面布置了多个压力测点,并将各测点得到的波高及砰击压力时历数据与试验进行对比。研究表明,受入射波、反射波和空气涡流场的影响,靠近防波堤位置处的波面线将会形成两个明显的峰区。在砰击发生后,防波堤表面的砰击压力将随流体运动向顶部与底部转移,在圆弧段顶部产生高频压力振荡。同时发现防波堤顶端的反弧墙将上涌流体转化为水平射流,极大地改变了气相涡量场结构,能缓解溢流问题。 展开更多
关键词 反弧面直墙防波堤 砰击载荷 几何流体体积法 破碎波
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Numerical investigation of the influence of companion drops on drop-on-demand ink jetting 被引量:3
9
作者 Hai-yun ZHANG Jin WANG Guo-dong LU 《Journal of Zhejiang University-Science A(Applied Physics & Engineering)》 SCIE EI CAS CSCD 2012年第8期584-595,共12页
In this study we characterized and investigated the specific phenomenon of "companion drops" in the drop-ondemand(DOD) ink jetting process.A series of simulations based on a piezoelectric DOD printhead syste... In this study we characterized and investigated the specific phenomenon of "companion drops" in the drop-ondemand(DOD) ink jetting process.A series of simulations based on a piezoelectric DOD printhead system is presented,adapting the volume-of-fluid(VOF) interface-capturing method to track the boundary evolution and model the interfacial physics.The results illustrate the causality between the generation of companion drops and droplet deviation behavior,as well as their close correlations with ink jetting straightness and printing accuracy.The characteristics of companion drops are summarized and compared with those of satellite drops.Also,a theoretical mechanism for the generation of companion drops is presented,and their effects and behaviors are analyzed and discussed.Finally,the effects of critical factors on the generation of companion drops are investigated and characterized based on variations in the printable pressure range.Recommendations are given for the suppression of companion drops and for the improvement of printing accuracy. 展开更多
关键词 Drop-on-demand (DOD) ink jetting Droplet deviation Companion drops Computational fluid dynamics (CFD) volume-of-fluid vof method
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