圆球绕流场的尾涡分析和升阻力研究

采用自编的分块算法程序模拟了雷诺数在20～1000之间的圆球绕流场.在Re=25时捕捉到流动分离,与试验结果一致.对Re=250时稳态非对称尾流区内流体的输运情况进行研究,证实圆球绕流场中纵向对称面的存在.对于非稳态流动,主要研究了阻力和横向力的时间变化规律,并分析了频谱特征.计算发现横向合力主要在横截面上两个很窄的区间内偏移.经过几种不同涡定义方法的优劣测试,本文采用Hunt等人介绍的Q-定义方法对非稳态绕流场的尾涡结构进行了直观描述.     

粘性不可压缩流动三维复杂流场分块耦合求解

提出了一个粘性不可压缩流动三维复杂流场的分块耦合求解方法。可解决科学和工程计算中的各种稳态和瞬态粘性不可压缩流动计算问题。     

涡量流函数二维空穴环流计算

本文用涡量流函数方法,ADI差分格式计算了方形空穴内环流运动。用(ψ~k,ω~k)→(ψ~k 1/2,ω~k)→(ψ~(k 1),ω~k)→(ψ~(k 1/2),ω~(k 1/2)→(ψ~(k 1),ω~(k 1))及(ψ~k,ω~k)→(ψ~(k 1/2),ω~k)→(ψ~(k 1/2),ω~(k 1/2))→(ψ~(k 1/2),ω~(k 1/2))→(ψ~(k 1),ω~(k 1))二种迭代格式都得到收敛解。取收敛精度为ψ,ψ的“1”模相对误差10~(-4)。 另外采用Benjamin所推荐的变换函数以改善边界附近的计算。     

二维粘性不可压缩流场的分块耦合求解方法

本文用分块耦合的方法，并采用S.Abdallah^[1,2]和M.L.Mansour^[3]的在非交错网络上隐式求解原始变量的Navier-Stokes方程的提法和离散格式，成功地解决了二维复杂流场的数值求解问题，获得了空腔流、T型叉管流、NACA0020翼型绕流和方块钝体绕流的稳态解，并进行了讨论。此方法还可推广到三维复杂流场的计算问题。     

虚拟体法数值模拟双圆柱强迫振荡系统

用虚拟体方法研究了均匀流及尾流中圆柱横向振荡的流动特征.单圆柱结果与相关试验吻合,得到了"锁定"区域,发现涡量跳跃现象.对小间距双圆柱的数值模拟发现,在"锁定"区域附近随激励频率的增加流场特征会出现若干显著的变化,包括涡量的跳跃,涡模态的改变,正负涡量带的形成和消失.在大间距情况下发现下游圆柱的振荡对上游尾涡脱落没有明显的影响,下游圆柱尾流场没有发现"锁定"现象.     

垂直交叉双圆柱绕流数值模拟及涡结构分析

用分块耦合方法数值模拟了垂直交叉双圆柱绕流,两圆柱间距为圆柱直径的5倍,所取雷诺数为200.在交叉结构的中心流场比较复杂,用λ2方法准确地描述了其中的三维涡结构,发现上游圆柱规则的卡门涡街被下游圆柱截断成复杂的缠绕结构.与串列双圆柱相比,垂直交叉双圆柱绕流上下圆柱的升阻力特性、Strouhal数等都呈现出许多不同的特点,下游圆柱升力振幅小于上游圆柱,阻力平均值大于上游圆柱.本文旨在模拟出这种特定间距下的流场涡结构以及圆柱升阻力特性.     

垂直交叉双圆柱绕流强迫振动数值模拟

采用虚拟体法数值模拟了平面单圆柱绕流强迫振动,以及空间垂直交叉双圆柱绕流下游圆柱强迫振动流场。验证了单圆柱强迫振动中的锁定状态以及相位突变现象,从而证实了该数值方法模拟振动流场的可靠性。研究了在雷诺数Re=150、间距为5倍圆柱直径、下游圆柱按正弦曲线振动时,对尾流场的影响。下游圆柱两端尾流场在振动的作用下,涡的横向间距增大,而中心尾流场由于受上游圆柱尾流的影响而保持原先的状态。下游圆柱在锁定区的振动使尾流场变得稳定,表现在流向二次涡结构的减少,以及尾流场的速度场频谱趋向单一化。     

利用分区ALE算法数值模拟圆柱湍流涡致振动

用分区算法结合任意拉格朗日-欧拉法(ALE)数值模拟了圆柱湍流涡致振动.求解基于非交错网格系统,压力求解采用压力泊松方程提法,湍流模型采用标准k-ε模型和重整化群(RNG)k-ε模型.计算取中等雷诺数Re=5000、10000、15000、25000、50000等,质量系数M=10.阻尼系数ζ=0.00331,自振频率fn=0.18315、0.1628.计算结果表明:湍流涡致振动下圆柱时均阻力系数大于孤立圆柱绕流,而升力系数(振幅)值都小于孤立圆柱绕流.随着雷诺数增大,湍流粘性系数随之增大,但湍动能和湍流耗散率变化趋势不明显.对孤立圆柱绕流,研究结果与前人实验结果基本相符.     

双圆柱绕流诱发振动的数值模拟(Part I横向振动)

采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法数值模拟圆柱在尾流中的流体诱发振动特性。重点分析了圆柱的动力学响应特性,包括升阻力、位移振幅、拍和锁定等现象;另外也详细分析了圆柱的尾涡结构。研究结果表明,在串列下,大质量比时,圆柱的振动会受到抑制,小质量比时,圆柱的振动则会被放大;较之孤立柱的情形,圆柱共振发生在低于且接近于1.0的频率比带内且不易随质量比的变化发生偏移;小质量比下圆柱振幅及共振带都要比大质量比下的大得多;不同频率比和间距比下,圆柱的动力学特性存在明显的差异,相应的涡脱落模态呈现出2P、P+S和2S模态甚至是2P+S模态,各种模态之间互相竞争促进流固耦合的不断变化发展,导致涡间距和涡街宽度的变化。     

大尺寸自旋气泡绕流的数值解和气泡的稳态形状

对紧贴下表面的大尺寸自旋气泡绕流问题,本文提出了用涡量流函数差分方法来数值求解。由于几何曲率半径和平衡正压力所要求的半径有差别,气泡形状要缓慢地变化。利用逐次气泡形状的迭代法,求得了最终的稳态气泡形状。