运动激波与气泡串相互作用的多介质数值模拟

通过对激波和流体界面相互作用而诱导的大变形界面演化的数值模拟,验证了Level set 方法精确模拟多个流体界面的有效性.采用间断有限元Galerkin方法求解欧拉方程得到流场解,采用5阶WENO格式求解Level set方程追踪多流体界面,界面附近的边界条件由虚拟流体方法处理.对运动激波和两个气泡相互作用过程进行了数值模拟,得到了不同时刻的压力和密度等值线分布,并分析了计算域中两个气泡同是氦气泡,以及一个是氦气泡,一个是R22气泡情况下的计算结果.计算结果表明:利用多界面Level set方程可高质量地捕捉多个流体界面,处理3种多介质流场数值模拟问题.     

Stiffened状态方程下γ-model方法跟踪二维多介质流动

在Stiffened状态方程下，运用Level—set方程跟踪界面运动变化，把界面捕捉的等效方程、Level-set函数和欧拉方程组耦合，求解包含比热比和材料参数的耦合形式的流体力学方程组。计算方法采用二阶精度Wave-propagation算法，通过对气体-液体两种流体的一维Riemann问题、激波和气泡相互作用以及气液两种流体Richtmyer—Meshkov界面不稳定性问题进行数值模拟，抑制了不同介质界面两侧的非物理振荡。     

基于AFM胶体探针测量液固界面DLVO力及表面电势

表面电势是微纳流控芯片中流体流动的重要参数。本文介绍了基于AFM胶体探针技术测量液固界面DLVO力并进一步测量表面电势及表面电荷密度的方法。本文改进了胶体探针制作的技术手段，并提出用双探针法测量胶体探针的弹性系数。在0.1~1mM浓度范围内的NaCl溶液中，测量了硅、二氧化硅和氮化硅液固界面双电层内的DLVO力及表面电势。实验结果表明胶体探针技术可以很好地测量液固界面的DLVO力，尤其对静电力指数变化段非常敏感。通过DLVO力曲线可以间接测量表面电势、表面电荷密度等重要参数，是微纳流动及界面属性测量的有效手段。此外，在不同硅基材料表面的测量结果显示了硅烷醇基密度对表面电势起主导作用，可以通过选用不同硅烷醇基密度的材料来有效调控表面电势，从而在硅基材料制作的微流控芯片中调控电动流动的强弱。     

机械回路系统动力学分析的奇异值分解(SVD)缩聚法

本文在约束动力学系统的动力学分析中提出了奇异值分解(SVD)缩聚法,求解相应的微分代数方程组,推出了三套缩聚公式及相应的算法。SVD缩聚法计算简单,便于计算机执行,并克服了由于约束不连续而导致的数值积分的困难。     

基于电磁流体动力搅拌器的微流道混合研究

对于许多微流体装置来说,流体的混合是至关重要的.为了实现微流体混合控制,对基于电磁流体动力学原理的微流道主动混合控制方法进行了研究.该方法中使用了一个混合室,在动态洛伦兹力的作用下,混合室内流体往复周期的运动.流体速度的周期性变化使流体分界面折叠,从而使流体接触面增加.用CCD记录设备记录了流体的快速混合过程,并对流体的混合程度进行定量分析.     

基于可压缩流体的热线探针校准风洞研制

在可压缩流体中利用热线技术进行湍流度测量时,其输出不仅与脉动速度有关,也和流体温度、密度紧密相关。因此,需要建立与高速可压缩流体特征相似的校准装置,在使用前对热线探针进行准确校准。基于亚跨声速可压缩流体,对热线探针校准风洞的气动总体方案、关键结构设计、测控处系统研制等做了介绍和说明。风洞流场校测结果表明,模型区Ma最大偏差0.002,风洞速压可以降低至常规速压的50%以下,也可增至常规速压的1.7倍以上,温度和密度调节范围宽,流场均匀性好,满足热线探针校准需求。     

基于ALE／SUPG同步交替法求解流固耦合问题

该文基于预测一多步校正方法提出了流固耦合ALE／SUPG有限元同步交替求解法。流体动量方程采用SUPG有限元进行空间离散以消除对流项引起的数值振荡;时间域上的积分采用预测一多步校正（predictor—multicorrector）方法,对流体和结构同时进行预测;在多步校正的过程中对流体固体交替求解,从而在时间上达到同步推进。数值算例与Hughes,Chen等人的结果进行了比较,表明了该文方法的正确性。     

多孔介质传热传湿过程多层不连续问题的数值分析

提出了一种基于有限体积法预测非线性边界条件下多层多孔介质内的传热传湿过程的数值分析方法。求解过程中考虑了瞬态边界条件，从而避免了通常处理中边界条件设定为常数而给计算带来的误差，对于多层多孔介质每一层物性参数的非连续性，采用了有效的有限差分逼近处理。利用该处理对典型的三层墙体层与层界面处相对湿度的瞬态值进行了预测，计算结果与Liesen R J等的传递函数求解方法符合很好。     

平面湍性混合层流、射流四阶脉动速度关联的研究

本文用恒温热线风速仪和计算机采样及数据处理技术,结合 X 型探头的热线响应方程,对平面湍性混合层流、平面湍射流自模拟区内的四阶脉动速度关联量进行了测量;将所得的测量值与根据周培源教授提出的把四阶脉动速度关联用三个二阶脉动速度关联乘积的和来表示的假定而算得的相应值进行了比较,结果表明两者的吻合程度令人满意。说明在本文所述的剪切流场中,可通过简单而又有效的方法,求出四阶脉动速度关联值;在此基础上,可对三阶脉动速度关联方程进行封闭求解,提高对平均速度、雷诺应力等量的求解精度。     

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…     

磁性纳米颗粒对微槽道液体流动的混合增强作用

为了改进微流控芯片中液体混合效率,尝试在一种液体中加入磁性纳米颗粒,增强与另外一种液体混合.在外加磁场作用下,对Y型微槽道中磁性与非磁性液体流动混合进行了实验观测,所需混合长度较无磁场时缩短了约2个数量级.利用CFD软件进行数值模拟,验证了外磁场作用下纳米磁性液体对流动混合有着明显的强化作用.     

新型涡轮叶片冷却技术换热特性实验研究

通过实验研究了一种新型涡轮叶片冷却技术（Thermal driving in high centrifugal field,TDHCF）的换热特性。该技术主要利用高彻体力场下微小封闭循环通道内流体的热驱动运动来达到高效换热的目的。实验中分别采用了液态H2O和氟利昂R12为热驱动介质,分析了离心力场下热驱动运动的流动规律和换热特性,讨论了TDHCF技术的总平均换热效果KH随旋转速度和热流密度的变化规律。研究发现：离心力场下,采用不同的流体作为热驱动介质所形成的热驱动运动规律相同,温度分布也基本类似,均是随着转速和热流密度的增加,热驱动运动强度提高,平均换热系数随之变大。研究结果表明：旋转速度、热流密度以及热驱动介质的热物性均影响了TDHCF所最终能达到的换热效果,其中旋转速度的影响尤为显著;在热流密度或转速不变的情况下,以液态氟利昂R12为热驱动介质,TDHCF可以达到更高的强化换热效果。与常规的气冷技术相比,采用TDHCF可以有效地提高换热效果。     

椭圆截面喷管排气辐射热流数值分析

本文对直升机红外抑制器椭圆截面喷管排气的辐射热流进行数值分析,并预估排气温度分布速度和燃气成分分布对辐射热流的影响。为了正确计算辐射热流,本文采用六热流辐射模型来考虑尾焰对周围环境传热的影响。紊流模型采用修正的双方程k—ε模型。由于喷管出口截面为椭圆形,因此排气为三元自由射流,控制方程为抛物型偏微分方程,可采用前进积分求解。计算结果与试验结果基本一致,说明本计算方法是可行的。     

岩心微流动的核磁共振可视化研究

岩心微流动可视化是研究化学驱油微观机理的一项重要流体实验新方法,重点介绍采用低场核磁共振成像技术研究天然岩心中流体分布可视化的新进展。提出和分析了国产低场核磁共振成像岩心驱替装置面临的图像不清、材料干扰等问题,通过合理选材、优化参数,从硬件和软件2方面进行了改进与优化,消除了干扰因素。开展了天然岩心的驱替实验,采集了油水的实时 NMR信号与 MRI 成像信号,以及不同驱替阶段油水的 NMR-T2谱,得到分辨率较高的油水分布图像。结果显示残余油随着驱替PV数的增加而减少,具有初期减少明显而后趋缓的特点,并发现岩心中存在端部油残滞现象,其范围距端部4mm左右。研究了通过获得的油水分布图像计算含油饱和度的方法,其结果与传统方法一致,误差在10%以内,这也说明了油水分布图像的可靠性。这不仅为计算饱和度提供了一种新方法,而且该方法的另一个优势是可以分析任意局部位置的油水饱和度。研究结果表明,在研究岩心微流动过程中流体分布的可视化方面,核磁共振成像技术是值得深入研究的新方法。     

激波绕楔形物体的流场分析

使用数值计算方法和数值干涉技术并结合实验干涉图片,分析了激波过拐角绕楔形物体运动的流场.并采用数值彩色干涉技术,将数值计算结果转换为彩色条纹编码的数值干涉图,并与实验干涉图比较,可以辨识过激波发生跳跃后的干涉条纹的位移数,从而确定实验干涉照片的密度场.数值计算采用显式二阶迎风TVD格式.采用数值干涉技术将计算密度场转化成数值干涉图与实验干涉图进行了比较,检验了数值结果的可靠性.数值计算结果显示了包括激波、接触间断和旋涡在内的详细的流场结构,与实验相比,更为细致地刻画了流场演变过程的细节.通过数值计算结果观察到激波传播到旋涡中心附近并没有发生明显耗散,旋涡上半部的激波得到减速,下半部分的激波得到加速.     

瞬时爆轰TNT装药爆炸计算方法

对高精度TNT装药爆炸进行了理论计算,在使用二阶显式差分格式的基础上,详细地描述了使用样条函数进行激波装配、波形处理的全过程,收到了预期的效果     

Roe格式在多组元燃烧流场数值模拟中的应用

对Roe通量分裂格式进行了详细讨论,并将其推广应用到基于非结构网格的高超声速多组元燃烧流场的数值模拟中。控制方程采用三维多组元Euler方程,重点针对Roe格式开展研究;考虑到燃烧流场求解过程中出现的刚性问题,对化学反应源项采用点隐式方法处理。对超声速条件下钝头体激波诱导燃烧流场进行了数值模拟,比较分析了3种经典化学动力学模型对流场结构的影响,获得与数值模拟、试验数据相符的结果。结果表明发展的方法可以用于多组元燃烧流场的数值分析,且化学动力学模型的选取直接影响激波诱导燃烧流场中诱导区厚度。     

Y形进气道流场数值研究

Y形进气道在两侧进气布局的单发轻型战斗机和教练机上应用较为普遍。由于流动的复杂．不易对其内部的流动进行实测．为此本文基于Favre平均的N-S方程和B／L代数湍流模型．采用了Jameson格式和矩阵人工粘性耗散，对某型亚声速飞机的Y形进气道流场进行了数值模拟。提出了一种解决网格块之间插值问题的处理方法．研究了进气道两侧管道气流的掺混作用及二次涡．得出了进气道内外流场的马赫数、压力和速度分布，以及进气道的性能随反压和攻角的变化曲线。研究结果可为进气道的设计提供一定的参考。     

粘性流体大幅晃动的ALE有限元模拟

采用有限元法数值求解了具有自由液面大幅移动边界的Navier－Stokes方程。对流体区域采用了任意的拉洛朗一欧拉（ALE）运动学描述，网格结点可以任意移动而不依赖于流体的运动，结合了拉格朗目描述易于处理移动边界与区域变形的优点和欧拉描述可克服单元缠结的优点，提出了简单合理的网格更新方法，能精确地跟踪运动的自由液面。为了更精确地处理强对流项的作用，采用了迎风流线Petrov－Galerkin（SUPG）加权余量法建立有限元方程。算例表明本方法对贮箱内流体的非稳态大幅晃动过程的数值模拟非常成功。     

Simulation on Helicopter Scissors Tail-Rotor Noise Based on N-S Equations and F1AFormulas

Aiming at the noise of helicopter scissors tail-rotor,an advanced numerical method is established by combining computational fluid dynamics(CFD)model with Farassat 1 A(F1 A)formula.In this method,Navier-tokes(N-S)equations are used as governing equations,and the flow field is solved at quasi-steady and unsteady states in hover and forward fight,respectively,based on two different types of embedded grid systems.A simple and effective solution approach is provided for the generation difficulty of donor cells caused by the close gap among scissors tail-rotor blades.Using the CFD calculation results as input,the thickness noise,loading noise and total noise of tail-rotor are calculated by F1 Aformula.By the method,numerical examples on rotor flowfield and noise are performed and the results are compared with available data.Then,aerodynamic and acoustic characteristics of scissors tail-rotor are emphatically calculated in both hover and forward flight.Furthermore,the research on the effects of blade-tip shape parameters on scissors tail-rotor noise is carried out.Also,the scissors tail-rotor is compared with the conventional tail-rotor,and the results show that in hover,the noise of a scissors tail-rotor is not always the smaller one.