一种模拟不可压流的节点间断有限元格子波尔兹曼方法

基于节点间断有限元方法,本文提出了一种求解格子波尔兹曼方程(Lattice Boltzmann equation,LBE)的新方法,即节点间断有限元-格子波尔兹曼方法(Nodal discontinuous Galerkin-Lattice Boltzmann method,NDGLBM)。在该方法中,LBE的碰撞过程和迁移过程被拆分成了两步:碰撞过程用LBM多松弛时间(Multiple relaxation time,MRT)模型进行求解,迁移过程则写成对流方程并采用节点间断有限元方法进行求解。其中,空间离散采用了非结构网格,时间离散采用了四阶、五步龙格-库塔格式。为了验证NDG-LBM的可行性,文中模拟了顶盖驱动方腔流、静止单个圆柱绕流、旋转-静止双圆柱绕流以及高雷诺数NACA0012翼型绕流。计算所得的数值结果与其他文献中的结果吻合度很好。     

介观尺度下纤维导热预测及实验研究

在材料内部气压低于100Pa时,玻璃纤维、陶瓷纤维等芯材与泡沫类、粉末类芯材相比,其导热系数最小。为了研究纤维导热性能的影响因素,基于随机参数原理构造纤维的内部结构,结合格子波尔兹曼方法(LatticeBoltzmann method,LBM)分析了纤维直径、纤维长度及孔隙率对于导热系数的影响。然后将模拟结果与实验结果进行对比,结论表明两者吻合性良好,证明本文所采用的方法可以有效地预测纤维导热系数。     

基于LBM-LES方法风力机流场的数值模拟

本文基于先进的结合Lattice Boltzmann Method(LBM)与Large Eddy Simulation(LES)两者优点的LBM-LES方法,对典型的三叶片水平轴风力机自由旋转风轮复杂的湍流流场进行了数值模拟。风力机一般是在风的作用下做绕固定轴非定速旋转运动,传统的计算流体力学(CFD)方法对其复杂流场的研究存在一定的困难。LBM方法三维粒子速度模型为D3Q27,LES则采用了Wall-Adapting Local-Eddy亚格子模型对湍流进行模拟。数值结果表明:LBM-LES方法能够比较好地捕捉风力机复杂的非定常湍流流场细节及其特征。     

基于格子玻尔兹曼方法的圆柱阵列积灰数值模拟

为了研究圆柱阵列的除尘效率,以圆柱捕集颗粒物为例,基于Lattice-Boltzmann方法(LBM),探讨了不同类型圆柱阵列表面的积灰过程、形态及其在圆柱表面的堆积.首先使用LBM算法计算圆柱阵列绕流,接着从计算域入口处注入灰尘颗粒,并计算颗粒的运动轨迹、在圆柱表面的堆积.结果表明:颗粒物在圆柱表面的堆积对流体流动有...     

圆柱尾流与游鱼间相互作用的数值计算研究

为了预测鱼类游泳问题的流动演变,开发了一种基于浸入边界格子玻尔兹曼方法的流动求解器.采用基于隐式边界力校正框架的灵活迭代算法降低计算成本和内存.在确定边界节点的速度修正后动量力由简单的直接力公式描述,无需复杂的积分计算.使用所提出的流动求解器,分析了鱼引起的动态失速涡与非定常流动中的传入涡之间的流体动力学相互作用.数值...     

基于格子Boltzmann方法的可压缩翼型绕流模拟

采用能够恢复可压缩Navier-Stokes方程的耦合双分布(DDF)格子Boltzmann方法(LBM)模拟了贴体网格下的NACA0012翼型绕流.首先在Ma＝0.5,α＝0.0,Re＝5 000状态下通过模拟低雷诺数流动检验了该方法;然后分别在Ma＝0.5,0.85和1.2,α＝-0.05,1.0和0.0状态下进行了模拟,并在Ma＝0.85时通过加密网格得到了更好的结果.为了避免转捩问题采用了无粘边界条件进行模拟,但得到的压力系数与实验结果吻合良好,证明了该方法的可靠性并显示了其模拟可压缩的潜力.该方法在翼型绕流上的应用为湍流流动的数值模拟提供了基础.     

HLLC方法在三维非结构网格上的应用

以三维非结构网格的显式有限体积法为基础，采用格心方法以及基于近似黎曼解的二阶精度Godonov扩展方法求解三维Euler方程，使用HLLC(Harten，Lax，van Leer,Contact)近似黎曼解的方法计算网格单元边界处的守恒量通量。为了验证方法的可行性，利用三维解算器对NACA0012翼型绕流进行了数值计算，结果令人满意。在此基础上对某型弹的流场进行了数值模拟，取得了比较好的结果。     

复杂固体边界流场的三维 PIV 测试技术：任意三维边界识别算法

针对复杂固体边界三维流场的 PIV 测试应用，以及流固耦合实验研究中流场和固体结构特征的瞬态同步测试需求，发展了一种基于双相机布置形式的任意三维边界识别算法以精确获取三维表面几何信息；并以基于MLOS-SMART 三维粒子场重构的 Tomo-PIV 算法计算三维速度矢量场，可同步获取三维表面结构运动／变形信息和三维瞬态速度场。这一边界识别算法基于 SURF（加速稳健特征）模式识别算法进行三维曲面重构，可以确定流场中三维物体结构的边界特征。论文采用双相机布置方式获取了三种不同曲率的圆柱曲面图像，验证了所发展的三维边界识别算法的准确性。最后以圆柱绕流 Tomo-PIV 数字合成粒子图像序列为验证对象，采用所发展的边界识别算法和 Tomo-PIV 算法分别高质量地计算出圆柱曲面信息和三维速度场。     

基于旋转坐标系的高阶间断有限元方法非定常湍流数值模拟

基于高阶间断有限元方法(Discontinuous Galerkin method,DGM),对旋转非惯性系下耦合了修正的一方程S-A模型的RANS方程进行了离散求解。为了在稀疏网格上获得更贴近真实的物面形状,使用了多层高阶弯曲网格方法对物面进行拟合。非定常时间推进采用了隐式双时间步方法,每个时间步产生的线性系统采用预处理的方法,即广义最小残差方法(Generalized minimal residual method,GMRES)来求解。计算了旋转圆柱绕流以及经典翼型振荡算例的升力和力矩迟滞曲线,与实验结果以及前人的计算结果对比验证了本文方法的正确性和有效性。     

非结构网格的高超声速粘性MHD流场数值模拟

应用数值方法在非结构网格上对磁场干扰下的二维高超声速钝头体粘性绕流进行了数值模拟。控制方程为N-S方程耦合Maxwell方程的粘性MHD方程组,空间离散采用有限体积方法,对流项用AUSM格式计算,粘性项用中心格式求解,时间推进用显式5步Runge-Kutta格式,引用双曲型散度清除技术加强▽.B=0的条件。计算模型为二维钝头体,在高超声速来流条件下,分别对有、无均匀磁场干扰下的流动进行了数值模拟。计算结果表明,在均匀磁场干扰下,激波脱体距离显著增加,物体表面压力急剧下降。对比表明文中发展的计算方法可以准确地进行二维粘性MHD流场的数值模拟。     

Lattice Boltzmann Flux Solver： An Efficient Approach for Numerical Simulation of Fluid Flows

A lattice Boltzmann flux solver （LBFS） is presented for simulation of fluid flows. Like the conventional computational fluid dynamics （CFD） solvers, the new solver also applies the finite volume method to discretize the governing differential equations, but the numerical flux at the cell interface is not evaluated by the smooth function approximation or Riemann solvers. Instead, it is evaluated from local solution of lattice Boltzmann equation （LBE） at cell interface. Two versions of LBFS are presented in this paper. One is to locally apply one-dimensional compressible lattice Boltzmann （LB） model along the normal direction to the cell interface for simulation of compressible inviscid flows with shock waves. The other is to locally apply multi-dimensional LB model at cell interface for simulation of incompressible viscous and inviscid flows. The present solver removes the drawbacks of conventional lattice Boltzmann method （LBM） such as limitation to uniform mesh, tie-up of mesh spacing and time interval, limitation to viscous flows. Numerical examples show that the present solver can be well applied to simulate fluid flows with non-uniform mesh and curved boundary.     

多外载联合作用下圆板的非线性弯曲

分析了多外载联合作用下圆板的轴对称非线性弯曲问题。分析从极坐标系下圆板弯曲的Ｖｏｎ－Ｋａｒｍａｎ方程出发，运用微分求积方法（ＤＱ法）导出了控制方程的ＤＱ形式；边缘径向位移和边缘力矩由两个统一的方程来表示，通过改变方程中的约束刚度和边缘载荷系数，实现了对任意边界条件的模拟；对最终得到的非线性方程组，用Ｎｅｗｔｏｎ－Ｒａｐｈｓｏｎ方法进行了迭代求解。文中给出了圆板受横向均布力、板心横向集中力、边缘均布径向力、边缘均布弯矩等四种载荷两两联合作用下的计算结果曲线，讨论了不同联合载荷对回板非线性弯曲的影响。与文献结果比较表明，该方法能满足各种边界条件，具有较高的求解精度。     

采用格子Boltzmann方法对低雷诺数平面射流的流场分析(英文)

采用格子Boltzmann方法对雷诺数(基于射流出口宽度和出口最大速度)为42和65的二维不可压缩平面射流进行了数值模拟。研究结果表明,在射流的自相似区,射流中心轴线速度按-1/3指数规律衰减并且射流按2/3指数率扩展,与理论分析及实验结果吻合。在射流的远场区域,中心轴线上瞬态速度的时间历程与频谱分析展示出速度的周期变化特性,并且周期性分量引起的相互作用不应被忽略;相比较而言,速度的周期性分量在近场区不明显。     

Delta算子系统极点有圆形区域约束的鲁棒控制

研究Delta算子描述的不确定线性系统闭环极点有圆形区域约束的鲁棒控制,基于Lyapunov稳定性理论和线性矩阵不等式(LMI)方法,对Delta算子不确定系统进行状态反馈设计,导出满足闭环极点圆形区域约束的状态反馈控制律存在的充分条件,用一个线性矩阵不等式的可行解给出了状态反馈控制律的参数化表示．具体算例说明了试方法的有效性．     

一种新型冷却循环通道内水的热驱动数值分析

以数值模拟的方法研究了一种可以运用于电子器件冷却的新型冷却结构和理论，即利用彻体力场下封闭循环通道内流体的热驱动来强化换热，在需要冷却的地方，构造一个循环封闭通道，一端加热，一端冷却，通过封闭通道内流体的热驱动实现循环换热。主要研究了在定热流加条件下，改变通道的宽度对流体的流动和换热的影响，重点分析了流体在循环通道仙的热驱动流动和换热特性，研究结果表明，几何尺寸对流体的热驱动流动和换热影响很大，在通道高度一定的条件下，存在着最佳管径，时流体的换热效果最好，本文的研究内容对于高密度封 设计有着较好的参考价值。     

NUMERICAL STUDY OF TWO INTERFACE METHODS FOR COMPRESSIBLE MULTI-FLUID FLOWS

INTRODUCTIONThe direct numerical simulation of com-pressible multi- fluid flows is an important re-search topic with various key applications.Therelatively dominant difficulty of simulation lies intreatment of the moving material interface. Ingeneral,there are two basic approaches to treatcontact discontinuities.The first,front trackingmethod[1,2 ] ,explicitly characterize the interfacemotion by the motion of individual points on theinterface. The other approach is front capturingmethod[3…     

LARGE-EDDY SIMULATIONS OF TURBULENT CAVITY FLOWS WITH DYNAMIC SGS MODEL AND LBM ALGORITHM

INTRODUCTIONLarge- eddy simulation ( LES) method is apowerfull tool in numerical simulations of turbu-lence. On the other hand,lattice Boltzmannmethod( LBM) is a new method in computationalfluid dynamics ( CFD) ,especially when used inlarge scale parallel applications.Therefore it isuseful to build the dynamic SGS model intoLBM.In this paper the new method of dynamicSGS model with LBM is described in detail andsome results using the method to numericallysimulate the two and three…     

High-Order Discontinuous Galerkin Solution of Compressible Flows with a Hybrid Lattice Boltzmann Flux

A discontinuous Galerkin(DG)-based lattice Boltzmann method is employed to solve the Euler and Navier-Stokes equations.Instead of adopting the widely used local Lax-Friedrichs flux and Roe Flux etc.,a hybrid lattice Boltzmann flux solver(LBFS)is employed to evaluate the inviscid flux across the cell interfaces.The main advantage of the hybrid LBFS is its flexibility for capturing both strong shocks and thin boundary layers through introducing a function which varies from zero to one to control the artificial viscosity.Numerical results indicate that the hybrid lattice Boltzmann flux solver behaves very well combining with the high-order DG method when simulating both inviscid and viscous flows.     

运输机超低空空投重物动力学分析与Ｈ∞鲁棒控制设计

运输机超低空空投重型货物是一个对控制精度要求较高的复杂技术过程。本文针对飞机-货物间约束力的理想特性,采用拉格朗日分析力学的第二类方程,建立了机-货两体系统的耦合动力学方程,比起牛顿矢量力学方法,受力分析和建模过程简洁方便。在定义飞机及货物状态变量的基础上,将上述方程组转化为状态空间描述。为了有效抵抗货物移动对运输机姿态的影响,基于现代鲁棒控制理论,设计了状态反馈H∞最优控制律。最后,对空投过程进行了无控和闭环控制两种条件下的数值仿真对比。结果显示,本文设计的H∞最优控制能有效抑制货物移动对运输机姿态的影响,改善了飞行品质,且控制量在工程允许的范围内,该控制律是有效的。