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水动力学问题的弱可压缩模型求解方法研究

应用力学学报 2004年第1期21卷 121-124页

作者：王泽良陶建华中国水利水电科学研究院减灾所北京100038 天津大学力学系天津300072

从弱可压缩水动力学方程出发 ,采用坐标变换的方法处理自由表面 ,建立了能够模拟有自由表面流动问题的定常、非定常的三维水动力学模型和对流扩散模型 ,模型采用浮湍流模型进行封闭。

关键词：弱可压缩自由表面水动力学坐标变换对流扩散模型浮湍流模型

多相弱可压缩SPH与Godunov格式SPH算法研究

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多相弱可压缩SPH与Godunov格式SPH算法研究

作者：蔡志文大连理工大学

学位级别：硕士

多相流问题是船舶与海洋工程领域中经常遇到的问题,不同相位间界面追踪是解决多相流问题的关键之一。光滑粒子流体动力学(SPH)算法作为一种拉格朗日算法,不同相物质问的界面可以自动形成,而不需要引入其它耗散性的算法。因此,SPH算法对... 详细信息

多相流问题是船舶与海洋工程领域中经常遇到的问题,不同相位间界面追踪是解决多相流问题的关键之一。光滑粒子流体动力学(SPH)算法作为一种拉格朗日算法,不同相物质问的界面可以自动形成,而不需要引入其它耗散性的算法。因此,SPH算法对解决多相流有其独特的优势。本文将针对船舶与海洋工程领域中遇到的两类常见多相流对应的多相SPH算法进行研究分析。针对不可压缩流体的模拟,为了实现显式求解,SPH通常使用弱可压缩模型(WCSPH)。在处理多相流问题时,不同物质间界面上存在密度间断和压力梯度的间断;直接应用单相流的WCSPH模型会产生数值不稳定的问题。因此,研究者们提出了多种多相流SPH算法。本文对现有的一些弱可压缩或不可压缩多相SPH算法进行分析对比,并对其进行改进,从而在很大程度上抑制了原有算法在界面附近的压力的非物理传播。通过对静水、晃荡、溃坝和入水四个问题的数值仿真发现,改进后的算法较原算法在长时计算问题上具有更好的稳定性和计算精度,在短时计算问题上也表现出同样的适用性。在对改进后的算法进行张力稳定性进行研究后发现,本文提出的改进算法不会破坏原算法的稳定性条件。本文还总结了两种多相流问题中比较常见的张力失稳现象。多相黎曼问题是船舶工程领域中另一类常见的多相流问题,在水下爆炸等领域中有着广泛的工程背景。本文采用Sirotkin等提出的Godunov格式的SPH算法,通过空气,空气激波管问题、空气,氦气激波管问题、空气,水激波管问题及二维水下爆炸问题,将五种单相近似黎曼解(LLXF、ROE、HLLE、HLLC、DUCO)与Fechter等提出的两种相间近似黎曼解(LRS、RRS)及ROE组合,对比分析不同组合的计算效果。计算结果表明,大部分情况下LLXF和HLLE近似解所得结果较差。另外,RRS近似解会导致压力在交界面处不连续。

关键词：光滑粒子流体动力学多相流弱可压缩黎曼问题

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三维溃坝问题的数值模拟研究

水利学报 1996年第7期28卷 67-74页

作者：林明森陶建华国家海洋局第三海洋研究所天津大学水利系

采用求解三维弱可压流动模型及Ｋ－ε两方程湍流模型的方法，用有限差分法数值求解，研究了三维清坝引起的非定常复杂流场，文中给出一种简单而有效的处理自由面边界的方法，并详细地给出一个三维弱可压的流体动力学计算方法，数值计算... 详细信息

采用求解三维弱可压流动模型及Ｋ－ε两方程湍流模型的方法，用有限差分法数值求解，研究了三维清坝引起的非定常复杂流场，文中给出一种简单而有效的处理自由面边界的方法，并详细地给出一个三维弱可压的流体动力学计算方法，数值计算表明本文的方法能较好地给出自由面的变化规律及流场的非定常过程．

关键词：溃坝弱可压缩数值三维数学模型

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基于大涡模拟数值仿真的喷射泵喉管长度优化

中国农村水利水电 2007年第4期 60-62,65页

作者：文吉运于波陆宏圻朱正哲武汉大学动力与机械学院武汉430072

采用弱可压缩流体理论、大涡模拟数值方法、有限体积离散法、贴体坐标变换等理论和方法,研究了喷射泵内部流动状态。通过数值仿真,分别计算了具有不同喉管长度的喷射泵内部流场,并经过分析确定了喷射泵的最优喉管尺寸,计算数据和试验数... 详细信息

采用弱可压缩流体理论、大涡模拟数值方法、有限体积离散法、贴体坐标变换等理论和方法,研究了喷射泵内部流动状态。通过数值仿真,分别计算了具有不同喉管长度的喷射泵内部流场,并经过分析确定了喷射泵的最优喉管尺寸,计算数据和试验数据对比非常接近,证明了数值仿真结果是合理的、可信的。

关键词：喷射泵弱可压缩大涡模拟喉管优化

高水头水泵水轮机小开度工况异常流动问题研究

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高水头水泵水轮机小开度工况异常流动问题研究

作者：雷旭乐西安理工大学

学位级别：硕士

高水头水泵水轮机在水轮机工况小开度区运行时,水流在无叶区的压力脉动激增、转轮进出口产生流动分离、尾水管出现涡流区,严重影响了机组的安全稳定运行。因此,详细研究水泵水轮机在水轮机工况小开度区运行时的内部异常流动特征,提出改... 详细信息

高水头水泵水轮机在水轮机工况小开度区运行时,水流在无叶区的压力脉动激增、转轮进出口产生流动分离、尾水管出现涡流区,严重影响了机组的安全稳定运行。因此,详细研究水泵水轮机在水轮机工况小开度区运行时的内部异常流动特征,提出改善其运行性能的方法对电站以及电网系统的安全、稳定、经济运行具有重要的工程应用价值。本文以高水头抽水蓄能电站水泵水轮机为研究对象,将水体视为弱可压缩流体,对水轮机工况小开度区的流动特性进行系统数值分析,并通过转轮优化设计和顶盖补气两种方式改善机组在小开度区运行的稳定性。主要研究成果如下:(1)机组在水轮机工况小开度区运行时,在活动导叶和转轮之间的无叶区存在阻塞流道的环状流动区,转轮叶道内会产生流动分离,均可以使机组产生振动。通过对比考虑和不考虑水体的弱可压缩性的计算结果发现,考虑水体的弱可压缩性时,转轮与尾水管内水头损失增大,机组效率有小幅降低;转轮与活动导叶之间的无叶区出现流动阻塞:叶片压力面流动分离以及尾水管出现的螺旋涡带结构更剧烈,压力脉动幅值更大。因此,在研究高水头水泵水轮机的内部流动时,有必要考虑水体的弱可压缩性。(2)通过采用多工况多目标优化方法对高水头水泵水轮机转轮进行优化设计。优化后转轮与活动导叶之间无叶区的涡流面积减小,转轮叶道间流动分离现象明显改善,尾水管涡流强度减小。同时,水泵工况的性能也有明显的提升,转轮内最低压力的提高。可见,叶片的优化设计很好的改善了小流量工况下转轮内不良流态和空化性能。(3)对机组采用顶盖补气方法改善水轮机工况小开度区运行性能。通过对比不同补气量的补气效果,结果表明:当补气量为0.3%时效果最好,水轮机工况水力效率有所提升,在转轮出口处中心位置的压力变化梯度变小。无叶区出现的环状涡流以及转轮流道内的流动分离得到明显的改善,流道内流线更为流畅,导叶域压力脉动幅值明显降低。

关键词：水泵水轮机弱可压缩小开度工况水力优化补气

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大空间建筑有害气体输运过程研究方法的分析

建筑热能通风空调 2005年第2期24卷 19-23页

作者：彭小勇胡非李华顾炜莉邓进波谢东南华大学建筑工程与资源环境学院中国科学院大气物理所LAPC 国防科技大学航天与材料工程学院

大空间建筑中有害气体的扩散和输运过程为低速流动(马赫数M<<1),呈不可压缩或弱可压缩(WeaklyCompressible)特性,这类问题的实验研究和数值模拟均存在不少问题和困难。本文分析了此类问题研究方法的现状,系统地分析和比较了场模拟常用... 详细信息

大空间建筑中有害气体的扩散和输运过程为低速流动(马赫数M可压缩或弱可压缩(WeaklyCompressible)特性,这类问题的实验研究和数值模拟均存在不少问题和困难。本文分析了此类问题研究方法的现状,系统地分析和比较了场模拟常用数值方法的特点,以及不同湍流模式的适用性。分析表明采用LES的场模拟方法是研究此类问题行之有效的方法,亚格子尺度模型是此类方法应用需重点考虑的因素。

关键词：大空间建筑研究方法气体输运过程亚格子尺度模型有害气体弱可压缩不可压缩数值模拟实验研究数值方法湍流模式模拟方法方法应用马赫数场模拟适用性 LES 分析表

光滑粒子流体动力学方法中流体不可压缩性的研究及其应用

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光滑粒子流体动力学方法中流体不可压缩性的研究及其应用

基于弱可压光滑粒子动力学与不可压光滑粒子动力学的自然对流模拟对比研究

中国力学学会学术大会'2009

作者：熊红兵朱剑浙江大学航空航天学院力学系

光滑粒子流体动力学方法(SPH)是最近发展比较快的一种无网格的数值模拟方法,特别适合于研究多相流和大变形等复杂的流体问题。标准的SPH方法可以较好地求解可压缩流体问题,其中粒子的运动由压力梯度产生,而粒子的压力是通过状态方程由... 详细信息

光滑粒子流体动力学方法(SPH)是最近发展比较快的一种无网格的数值模拟方法,特别适合于研究多相流和大变形等复杂的流体问题。标准的SPH方法可以较好地求解可压缩流体问题,其中粒子的运动由压力梯度产生,而粒子的压力是通过状态方程由粒子的密度和内能

关键词：光滑粒子流体动力学方法(SPH) 弱可压缩不可压缩液滴碰撞

来源： cnki会议评论

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基于弱可压光滑粒子动力学与不可压光滑粒子动力学的自然对流模拟...