基于光滑粒子流体动力学方法的液滴蒸发问题数值模拟研究

基于光滑粒子流体动力学方法（Smoothed Particle Hydrodynamics，SPH），开展了SPH新算法在蒸发燃烧领域的研究。建立了适用于SPH方法的蒸发数值模型，推导了基于傅立叶热传导公式和菲克扩散定律的SPH离散方程；借鉴VOF方法（Volume of Fluid）的思想，提出了SPH粒子的液相质量分数的概念，以有效表征蒸发过程中的相变问题。采用SPH方法对高温环境中单个液滴的蒸发过程进行数值模拟，结果符合D2定律，与理论模型相一致；在强迫对流环境中，液滴的蒸发过程受到对流作用及表面张力的影响，蒸发速率加快；进一步对双液滴在静止、对流环境中的蒸发过程进行数值模拟研究。结果表明，液滴的间距、滴径对多个液滴的蒸发过程影响至关重要，液滴间距至少在两倍的液滴直径以上，相互之间的影响才可以近似忽略。通过本文研究，拓宽了SPH方法在蒸发相变领域的应用范围，研究结果也能够为进一步的燃烧问题研究奠定基础。     

楔形体入波浪水面数值模拟

数值模拟分析楔形体入波浪水面流体力学现象和运动姿态变化历程,为水上飞机在波浪水面起降提供技术和理论支持。基于有限体积法求解非定常雷诺平均Navier-Stokes（URANS）方程和SST k-ω湍流模型,结合整体动网格法的速度入口造波方法、阻尼消波法和流体体积（VOF）液面捕捉技术构造数值波浪水池,耦合三/六自由度模型,实现楔形体入线性规则波和不规则波的数值模拟。在楔形体入静水面算例验证的基础上,详细研究二维楔形体在线性规则波波峰、波谷、平衡位置-上行速度和下行速度处入水过程的受力特性和运动姿态变化。结果表明：速度入口造波方法的波浪数值解与理论解析解较吻合,偏差为1%;在二维楔形体入规则波过程中,楔形体所受垂向力和垂向速度变化趋势相同,对横向位移影响较小,其数值变化少于0.01;在平衡位置入水过程中,模型的滚转角和横向速度变化明显,其数值变化约为波峰、波谷位置处的8倍和10倍。分析原因：平衡位置处波浪内流速度变化较快,模型所受波浪力冲量较大,且楔形体两侧斜边与波浪的相互作用力也参与到模型的运动中。数值模拟二维楔形体在线性不规则波5个随机时间点入水及三维楔形体在波峰、平衡位置-上行速度处入水过程,其变化规律及形成原因与入规则波相似。     

粒子分离器叶片涂层冲蚀磨损的数值模拟

以叶片涂层为对象,研究其冲蚀过程中损伤的演化过程.首先进行了流场计算.其次通过对单个固体颗粒冲蚀过程的模拟,提出了"碰撞有效影响区域"的概念,使得多个固体颗粒连续冲蚀数值模拟得以实现.接下来通过模拟"碰撞有效影响区域"内材料受到固体颗粒连续冲蚀的过程获得材料的抗冲蚀磨损性能.最后,将流场数据和涂层抗冲蚀磨损性能参数相结合来模拟叶片涂层的冲蚀过程,指出了涂层的薄弱区域并进行了寿命预测.      

基于边界造波法的波浪数值模拟

<正>海上风力机塔架的波浪力计算是一项比较复杂的工作,其与风力机安装点的波浪、水深、及塔架的几何形状等密切相关。研究近海风力机在波浪作用下的载荷分析模型,并通过适当的计算方法得到正确的波浪载荷,是进行海上风力机载荷分析的前提。传统的物理实验和理论分析一直是这类问题的主要研究手段,随着计算流体力学的发展,数值仿真越来越多地应用于海上风力机风波联合作用下载荷计算。波浪的数值模拟是分析波浪与塔架相互