竖直上升通道内微气泡湍流流动的数值模拟

为了提高气泡浓度分布预测精度,考虑流体和气泡之间的双向耦合作用,对竖直上升通道内含有微小气泡的湍流流动进行了数值模拟研究。采用直接数值模拟方法模拟流体流动,并用拉格朗日法跟踪气泡受流体和重力作用所产生的运动轨迹。气泡受力包括相间阻力、虚质量力、升力、壁面升力、压力梯度和重力等。数值模拟结果表明,通过加入壁面升力和采用双向耦合方法,可以较准确地预测气泡浓度分布和揭示气泡流动对流体湍流结构的影响。     

建筑物风环境三维定常数值仿真

针对建筑物的风环境问题，采用计算流体动力学CFD软件对两幢建筑物进行了数值模拟，得出了建筑物的风场分布，以及风载的分布规律，结果表明，气流在来流方向第一幢建筑物的顶部、两侧的前沿产生分离，建筑物之间产生强烈的漩涡，顶部的局部负压最大。     

ADAPTIVE EXPONENT SMOOTHING GRADIENT ALGORITHM

由于ＬＭＳ算法具有权调节时间延迟和低通滤波的特性，故提出一种新的自适应指数平滑梯度算法。研究表明，当信号是一个高斯平稳过程时，在参数域｛Ω１：α∈（０，１）｝×｛Ω２：β∈（０，∞）｝上，该算法渐进无偏收敛于维纳解。本文给出了算法收敛性能和性能失调的理论分析以及计算公式。计算机模拟的数值结果表明，该算法是有效的。     

不同下垫面资料对京津冀地区天气数值模拟影响的研究

本文通过引入高分辨率的土地利用数据与高分辨率的地形数据,利用WRF模式对京津冀地区进行了多次天气数值模拟,对比分析观测数据与数值模拟结果中的地面温度、相对湿度、风速风向及地表热通量等气象要素,以京津冀地区夏季晴天为例,初步分析了下垫面效应对天气数值模拟的影响。     

2009年4月25日—26日乌鲁木齐机场大风天气的数值分析

数值模式是天气预报不可缺少的工具。利用WRF数值模式对2009年4月25日—26日乌鲁木齐机场的大风天气进行了分析。结果表明：WRF模式预报的东南大风持续时间、最大风速及其出现时间与实况非常吻合,对天气预报有很好的指导意义。     

基于大涡模拟的NACA0012翼型流动分离研究

本文针对翼型流动分离问题，利用求解RANS方程和大涡模拟数值计算方法，通过常用的三种湍流模型的对比：k-epsilon、SST k-omega和BSL Reynolds Stress，最终选取SSTk-omega湍流模型对NACA0012翼型进行定常流动和非定常流动数值计算，得到翼型的升力系数特性曲线和翼型上下翼面的速度和压力云图。研究结果表明，大涡模拟能够捕捉流动分离区域中主要涡结构，在一个周期的不同时间步能够观测到分离涡从附着、发展、脱落到再附着的完整演化过程，对翼型流动控制的研究具有一定的参考，为飞行器的增升减阻设计提供了理论支持。     

CSP结构半导体激光器二维稳态数值模拟

采用二维有限差分法对一个GaAs／GaAlAsCSP结构半导体激光器在稳态条件下的电、光特性进行了数值模拟。在电模型的分析中，以静电势、电子浓度和空穴浓度为基本变量，采用Gummel方法迭代求解三个电方程。利用与电方程求解中同样的差分网格，运用有限差分法对光波动方程进行求解，其中模式传播常数采用广义横向谐振法和变分原理结合的方法求取。通过电、光方程的完全自洽迭代过程，得到了完整的光、电特性。在此基础上．对因制造工艺不完善带来器件特性的变化进行了分析。数值结果与有关文献的结果一致，验证了数值模拟的正确性。本文提出的二雏模拟器可用于半导体激光器的计算机辅助优化设计。     

水滴多尺寸分布对水滴撞击特性和结冰增长的影响

水滴直径是影响水滴撞击特性的重要参数,而撞击特性在很大程度上影响结冰冰形,因此,在结冰数值模拟中,如何合理选取水滴分布模型,对于保证计算精度有重要意义.本文基于求解雷诺时均N-S方程获得的流场结果,采用拉格朗日法计算水滴撞击特性,并采用Messinger模型进行结冰增长模拟,研究了水滴直径、水滴多尺寸分布对水滴撞击特性和结冰冰形的影响.结果表明,水滴的多尺寸分布对于结冰数值模拟结果具有重要影响,采用Langmuir D分布能够满足数值模拟精度要求.     

H-S管激励振荡流动的数值模拟及实验研究

Hartmann-Sprenger(H-S)管在一定条件下,可以使射流气体产生按一定频率激励的强烈振荡.对H-S管的振荡流动进行了数值模拟和实验研究.数值模拟结果显示出H-S管在吞吐模式下流场的周期变化,在对应的试验瞬态纹影图上,则观察到相应的吞吐射流气体,揭示了H-S管激励的工作机理.通过大量的实验研究,对小管径共振管的频率估算公式进行了修正,提高了振荡频率估算的准确度,为以后设计给定激励频率的射流喷嘴奠定了基础.     

微小矩形通道内流动与换热特性

采用试验和数值模拟方法研究了当量直径为0.633～1.079 mm的微小通道内的流动与换热特性.工质为 液体水,雷诺数Re为100~3 000.试验结果表明,该尺寸范围的通道内层流向紊流转变的临界雷诺数约为1700,层流表观阻力系数和努塞尔数的试验值与数值计算结果吻合良好.最后通过数值模拟对恒定泵功及恒定流 量条件下不同结构参数通道的换热进行了计算,给出了最佳换热结构.     

基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击特性计算

航空发动机摄入冰晶易发生内部结冰、造成发动机推力损失,严重时引发航空事故。冰晶结冰数值模拟是研究冰晶结冰的重要手段,而撞击收集系数计算是冰晶结冰数值模拟的关键环节。基于NNWICE平台开展冰晶结冰前期的阻力系数、运动轨迹和撞击收集系数的数值模拟与计算研究,实现了基于蒙特卡洛方法的冰晶撞击收集系数的准确计算;在此基础上发展了拉格朗日框架下冰晶粒子运动、传热传质耦合数值计算方法;通过完成二维NACA0012翼型的相关算例,对比分析了不同阻力模型和冰晶相变对撞击收集系数的影响。结果表明阻力模型对冰晶撞击收集系数影响较小,冰晶相变过程会对冰晶运动轨迹及撞击收集系数产生显著影响,为进一步发展冰晶结冰数值模拟计算方法奠定了基础。     

冰层中Lamb波传播特性的数值模拟和实验研究

作为最常用的超声导波之一,Lamb波具有能量集中、传播范围广、沿程衰减小等特点,可以拓展应用于结冰探测领域。为探明Lamb波在冰层中的传播规律,基于Lamb波探冰实验平台构建物理模型,以COMSOL Multiphysics软件为计算工具,数值模拟了不同厚度、不同长度冰层中的Lamb波传播情况。在此基础上,搭建了Lamb波探冰实验平台,开展了无冰铝板和覆冰铝板Lamb波传播实验。结合数值模拟和实验结果,明确了温度、冰层几何特性、液态水对Lamb波传播特性的影响规律。结果表明：温度越低,Lamb波传播群速度越快;在一定冰层厚度范围内,接收端压电片电压幅值衰减量随冰层厚度增大而增大;随着冰层长度增加,接收端Lamb波B1模态时间延迟量线性增大;液态水仅对Lamb波A0模态产生影响,对S0模态影响不大。实验和数值模拟结果具有较好的一致性,为Lamb波结冰探测技术提供了理论参考。     

基于热电制冷的机载电子设备冷却舱内自然对流特性研究

通过实验研究和数值模拟的方法探讨了热电制冷器（Thermoelectric cooler, TEC）的排布方式对机载电子设备冷却舱内空气自然对流特性的影响。结果表明：空气遇冷后，温度降低，密度变大，并以缓慢的速度开始下沉，其运动形式由变形运动逐渐过渡到旋转运动。在舱内顶部布置TECs更有利于流场的发展，但空气下沉到冷却舱底部时易产生振荡解，出现分岔流和二次流，流动进入混沌状态。通过6种设计案例的对比分析，给出了具有最小的温度不均匀系数和最低的平均空气温度的最佳机载电子设备冷却舱内TEC排布方式。     

304/Q345R复合板焊接温度场和应力场的数值模拟研究

基于三维数值模拟软件Visual—weld,建立数值模拟的材料属性、热源模型、数值模型、熔池参数,对304/Q345R复合板的焊接温度场和应力场进行了数值模拟。通过X射线衍射法、盲孔法试验对数值模拟的应力值进行验证。结果表明:最大纵向残余应力值要高于最大横向残余应力值;复层最大拉应力值出现在焊接热影响区,而基层侧的最大拉应力值出现在焊缝中心处,模拟结果与试验结果吻合良好。     

温度垂直递减率对飞机尾涡影响的数值模拟

为了更深入精确地研究航空器尾涡演变规律，保障航空器安全运行，本文采用数值模拟方法对不同温度垂直递减率下A330-300飞机尾流的耗散规律进行了研究。数值模拟选择SST (Shear stress transport) k-ω湍流模型，通过构建5种不同温度垂直递减率下的温度场，并在温度场内编译A330-300飞机尾流场实现不同温度垂直递减率下的演化。通过数值模拟结果与雷达探测数据的对比验证了数值模拟方法可靠性。计算结果表明，一般湍流强度下，不同的温度垂直递减率主要作用于尾涡衰减阶段，通过改变尾涡内外温度影响尾涡演化。温度垂直递减率越小，尾涡衰减区环量减小得越快；温度垂直递减率越大，尾涡下沉的速率越大，快速耗散后的涡核间距越大。     

水力脉冲射流特性室内实验和数值模拟

水力脉冲射流是提高深井机械钻速的一种经济有效的方法,在分析水力脉冲空化射流发生器调制脉冲射流机理的基础上,采用室内实验和数值模拟两种方法对水力脉冲空化射流发生器所产生的脉冲射流特性进行了研究.着重研究了入口流量和叶轮叶片结构对该工具产生的脉动压力振幅的影响.室内实验和数值模拟结果表明:在同一叶轮结构下,随着入口流量的增大,脉动压力振幅呈增大趋势.在同一排量下,采用3叶片叶轮结构的工具调制出脉冲射流的脉动压力振幅较大.因此建议在现场试验条件允许的情况下尽可能地增大泵的排量,并且重点对3叶片叶轮结构的工具进行现场试验研究.     

城市冠层方案对北京地区天气模拟影响的研究

快速的城市化进程极大改变了城市地区土地地貌,会导致陆气间能量交换,进而影响局地天气。本文通过使用WRF模式中内置的城市冠层方案来模拟北京地区城市化发展对天气的影响。模拟结果表明,使用更加真实的城市冠层方案能明显提高模式对该地区天气的模拟效果,较为真实地反映出北京地区的风场及温度场特征。     

k-ε(RNG)、LES模拟建筑物周围气流特征及湍流扩散的风洞试验验证

采用k-ε(RNG)与LES湍流模型在来流与建筑物迎风侧呈不同角度的情形下,模拟了位于立方体建筑物顶部污染源所排放污染物的流动和扩散规律,并与相应的风洞试验结果进行了比较.流场分析结果表明:数值模拟能够较好地模拟建筑物顶部回流、背风侧空腔区以及再附着点等.浓度场分析结果表明:来流与建筑物成45°时,建筑物顶部回流区与背风侧空腔区的数值模拟结果略低于风洞试验结果;来流与建筑物成90°时,建筑物顶部回流区数值模拟结果略高于风洞试验结果,而背风侧空腔区的数值模拟结果与风洞试验结果基本一致.综合分析表明:建筑物周围的流场影响浓度场的分布,LES、k-ε(RNG)模型都能够较好地模拟建筑物周围的流动和扩散规律,两种模型相比,LES模型与风洞试验吻合得更好.总之,风洞试验和数值模拟相结合能较好地研究建筑物对流动和扩散的影响.     

用凝固模拟方法预测铝合金铸件缩松的形成

用有限元法和六节点等参数单元对铝合金金属型铸造过程进行了温度场的数值模拟，对铸件不同典型部位进行了金相分析，结果表明，参数Ｇ／可有效地预测铝合金缩松形成倾向的大小，计算值与实测值基本一致。     

华北地区一次雷雨过程的分析和数值模拟

本文利用多种资料对华北地区一次雷雨天气过程进行了分析,并采用WRF中尺度数值模式对本次过程进行了模拟,同时对不同的起报时间、不同的嵌套方式等进行了敏感性试验。结果表明:(1)WRF模式较好地模拟出了雷雨发生的形势场、水汽条件和能量条件;(2)起报时间和嵌套方式对形势场预报影响不大;(3)三层双向嵌套和两层双向嵌套相比,对于降水偏大的情况有明显的改善。