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波浪破碎的一种混合湍流模拟模式

力学学报 2019年第6期51卷 1712-1719页

作者：詹杰民李熠华中山大学应用力学与工程系

近岸波浪的变形与破碎,一方面影响水体与泥沙运输,另一方面对消波护岸具有指导意义.本文提出一种三维混合湍流模拟模式方法,将求解区域分为造波区、波浪传播区和消波区.造波区采用层流模式,通过基于Fluent的二次开发的UDF方法在边界进... 详细信息

近岸波浪的变形与破碎,一方面影响水体与泥沙运输,另一方面对消波护岸具有指导意义.本文提出一种三维混合湍流模拟模式方法,将求解区域分为造波区、波浪传播区和消波区.造波区采用层流模式,通过基于Fluent的二次开发的UDF方法在边界进行速度造波.这种方法在给定入口速度的条件下,根据已知波高进行精准插值,从而控制水的体积分数.在波浪传播区域,采用大涡模拟进行模拟研究,在消波区,采用RANS模型并利用多孔介质消波法进行消波.模型通过VOF方法捕捉波浪破碎过程中的自由面变化.本文对波高为5.5 cm的规则波(M1)、波高为13.5cm的规则波(M3)、有效波高为7.75cm的TMA谱单向不规则波(U1)和有效波高为19cm的TMA谱多向不规则波(B5)展开了模拟研究,并与前人的相关实验结果作比较,各条件下模拟结果与实验结果吻合.模拟结果说明本文提出的模型能够准确模拟出波浪传播过程中的折射和绕射现象,并且能够捕捉的波浪破碎过程中的自由面变化,为三维波浪的传播与破碎的数值模拟提供一种模拟方法.

关键词：波浪破碎湍流数值模拟混合模式大涡模拟

含外激励van der Pol-Mathieu方程的非线性动力学特性分析

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力学学报 2021年第2期53卷 496-510,I0003页

作者：黄建亮王腾陈树辉中山大学应用力学与工程系广州510275

本文针对含有自激励,参数激励和外激励等三种激励联合作用下van der Pol-Mathieu方程的周期响应和准周期运动进行分析,发现其准周期运动的频谱中含有均匀边频带这一新的特性.首先,采用传统的增量谐波平衡法(IHB法)分析了van der Pol-Mat... 详细信息

本文针对含有自激励,参数激励和外激励等三种激励联合作用下van der Pol-Mathieu方程的周期响应和准周期运动进行分析,发现其准周期运动的频谱中含有均匀边频带这一新的特性.首先,采用传统的增量谐波平衡法(IHB法)分析了van der Pol-Mathieu方程的周期响应,得到了其非线性频率响应曲线;再利用Floquet理论对周期解进行稳定性分析,得到了两种类型的分岔及它们的位置.然后,基于van der Pol-Mathieu方程准周期运动的频谱中边频带相邻频率之间是等距的且含有两个不可约的基频的特性(其中一个基频是已知的,另一个基频事先是未知的),推导了相应的两时间尺度IHB法,精确计算出van der Pol-Mathieu方程的准周期运动的另一个未知基频和所有的频率成份及其对应的幅值,尤其在临界点附近处的准周期运动响应.得到的准周期运动结果和利用四阶龙格-库塔(RK)数值法得到的结果高度吻合.最后,研究发现了含外激励van der Pol-Mathieu方程在不同激励频率时的一些丰富而有趣的非线性动力学现象.

关键词： van der Pol-Mathieu方程两时间尺度增量谐波平衡法分岔准周期运动边频带

小初始挠度两端固支屈曲梁的非线性动力学分析

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振动与冲击 2020年第6期39卷 161-166页

作者：肖龙江黄建亮中山大学应用力学与工程系广州510275

两端固支屈曲梁是同时包含二、三次非线性项的系统。该研究在小初始挠度屈曲下,受基础激励力变化时系统的非线性动力学特性。利用Galerkin方法对屈曲梁的振动方程进行离散,采用变外激励力增量谐波平衡(IHB)法追踪屈曲梁的动力响应,并用F... 详细信息

两端固支屈曲梁是同时包含二、三次非线性项的系统。该研究在小初始挠度屈曲下,受基础激励力变化时系统的非线性动力学特性。利用Galerkin方法对屈曲梁的振动方程进行离散,采用变外激励力增量谐波平衡(IHB)法追踪屈曲梁的动力响应,并用Floquent理论对系统的周期解进行稳定性和分岔分析。研究发现,在小初始挠度屈曲下,梁的反对称模态并未被激发;而随着外激励力的变化,系统会发生倍周期分岔和鞍结分岔,导致解的突变。应用IHB法得到的计算结果与应用四阶Runge-Kutta法得到的数值结果吻合。

关键词：屈曲梁非线性动力学增量谐波平衡(IHB)法分岔混沌

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潜航器微气泡减阻数值模拟方法研究

海洋工程 2023年第4期41卷 1-11页

作者：詹杰民陆尚平李熠华李雨田胡文清中山大学应用力学与工程系广东广州510275

近年来微气泡减阻技术应用于水面舰船的相关研究取得重要进展,许多舰船已经采用了此类技术。然而该技术在潜航器上的应用整体上仍处于理论分析和试验测试阶段。以回转体潜航器简化模型为研究对象,利用多孔介质来简化喷气小孔,并结合不... 详细信息

近年来微气泡减阻技术应用于水面舰船的相关研究取得重要进展,许多舰船已经采用了此类技术。然而该技术在潜航器上的应用整体上仍处于理论分析和试验测试阶段。以回转体潜航器简化模型为研究对象,利用多孔介质来简化喷气小孔,并结合不可压缩水体和可压缩理想气体的流体体积(VOF)方法,建立了Realizableε-k湍流计算模式。通过拖曳试验验证了多孔介质等效喷气小孔的合理性和数值模式的准确性,结合试验和数值结果探究了微气泡减阻技术对潜航器航行阻力的影响。数值结果显示,气泡对潜航器尾流低速区的改变使尾部压力分布产生变化从而导致压差阻力增高。同时气泡可以显著降低其覆盖区域的黏性阻力。并且随着来流速度的提高,气泡覆盖范围扩大,黏性减阻率持续增加。进一步地,建立了加长改进模型,数值模拟结果表明,微气泡减阻技术不仅能大幅减小黏性阻力,还能有效减小模型总阻力。

关键词：微气泡减阻潜航器拖曳试验 Realizableε-k湍流模式多孔介质

1∶1内共振条件下受基础激励屈曲梁的非线性振动和分岔分析

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振动工程学报 2020年第4期33卷 698-708页

作者：黄建亮肖龙江中山大学应用力学与工程系广东广州510275

研究两端固定屈曲梁这种同时含有2,3次非线性项的系统受基础简谐激励作用下的非线性振动响应及分岔演化过程。对屈曲梁的运动微分方程,利用Galerkin方法分离时间和空间变量,应用增量谐波平衡(IHB)法自动追踪屈曲梁的非线性振动响应的周... 详细信息

研究两端固定屈曲梁这种同时含有2,3次非线性项的系统受基础简谐激励作用下的非线性振动响应及分岔演化过程。对屈曲梁的运动微分方程,利用Galerkin方法分离时间和空间变量,应用增量谐波平衡(IHB)法自动追踪屈曲梁的非线性振动响应的周期解和倍周期解,并用Floquet理论分析其解的稳定性。研究表明屈曲梁对称模态的固有频率随屈曲程度而变化,反对称模态的固有频率保持不变。研究发现基础简谐激励作用下,不同屈曲程度时存在两种截然不同的非线性现象:1)在非共振时,反对称模态未能被激发,系统经过发生倍周期分岔通向混沌运动;2)在1∶1内共振条件下,反对称模态在一定的频率区间里会被激发,系统发生Hopf分岔导致具有等间距边频带的准周期运动,最后至混沌运动。利用IHB法得到结果与用Runge-Kutta法得到的数值结果一致。

关键词：非线性振动屈曲梁分岔增量谐波平衡法准周期运动

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不同护面形式下复式海堤的波浪爬高试验研究

水运工程 2022年第11期 37-42,61页

作者：曾灿升詹杰民胡文清中山大学应用力学与工程系广东广州510275

复式海堤作为重要的护岸基础设施,能够保护海岸免受潮流和波浪侵蚀。通过物理模型试验,研究不同块体护面复式海堤对波浪爬坡高度的影响,发现:1)三向孔块体护面下的爬坡高度最小,单向孔块体护面下次之,光滑护面下最大。2)对于同一块体护... 详细信息

复式海堤作为重要的护岸基础设施,能够保护海岸免受潮流和波浪侵蚀。通过物理模型试验,研究不同块体护面复式海堤对波浪爬坡高度的影响,发现:1)三向孔块体护面下的爬坡高度最小,单向孔块体护面下次之,光滑护面下最大。2)对于同一块体护面,随着入射波波高或周期的增大,爬坡高度总体上逐渐增大。3)采用Wave Overtopping of Sea Defences Structures and Related Structure Assessment Manual(简称EurOtop)规范中波浪爬高经验公式推算不同块体护面的糙渗系数,评估不同块体护面消减波浪爬高的性能,三向孔块体结构在实际海岸工程中具有较好的应用价值。

关键词：复式海堤护面块体糙渗系数波浪爬坡

雷诺数为15000方腔环流的基准解和周期性分析

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计算物理 2020年第4期37卷 413-421页

作者：詹杰民扁诗奇罗莹莹胡文清龚也君中山大学应用力学与工程系广东广州510275

采用边界拟合法,结合基于结构网格的四叉树加密方法生成的高质量非均匀网格,研究雷诺数为15000方腔环流周期性演化.利用傅里叶分析和相空间轨迹等方法研究流场演化的周期性行为以及流场动能的空间分布,确定周期性流动的基频和相对应的周... 详细信息

采用边界拟合法,结合基于结构网格的四叉树加密方法生成的高质量非均匀网格,研究雷诺数为15000方腔环流周期性演化.利用傅里叶分析和相空间轨迹等方法研究流场演化的周期性行为以及流场动能的空间分布,确定周期性流动的基频和相对应的周期.研究发现:流场周期演化过程中,在主涡低频背景下,靠近方腔壁面、左上角、左下角以及右下角的高阶次涡具有高频演化规律.给出流场处于两种特征状态时的流场基准解.

关键词：方腔环流周期演化边界拟合法能量分布基准解

湍流Rayleigh-Bénard热对流温度剖面中对数律研究

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中国科学：物理学、力学、天文学 2017年第6期47卷 68-73页

作者：黄茂静包芸中山大学应用力学与工程系广州510275

本文采用湍流热对流的并行直接数值模拟(Parallel Direct Method of Direct Numerical Simulation,PDM-DNS),计算了系列Ra数的二维方腔Rayleigh-Bénard热对流.选取典型Ra=10^(10),Pr=4.3,讨论了流动平均场的近底板区域温度分布.温度边界层沿横向可分为三个区域:羽流发射区、冲击区和大尺度环流剪切区.在羽流发射区温度剖面存在对数律,冲击区和大尺度环流剪切区没有明显的对数律特征.横向平均得到的温度剖面也存在对数律.研究系列Ra数的横向平均温度剖面,得到温度变化满足A×log(y)+B的关系,温度剖面对数律振幅–A和Ra数呈现标度关系–A^Ra^(–0.145),与实验中发现的关系基本一致.

关键词： Rayleigh—Bμnard热对流湍流温度剖面对数律 PDM.DNS

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求解病态线性方程组的预处理精细积分法

应用数学和力学 2018年第4期39卷 462-469页

作者：富明慧李勇息中山大学应用力学与工程系广州510275

为降低病态线性方程组系数矩阵的条件数,根据矩阵行(列)均衡的思想,提出行(列)的1-范数均衡法,并扩展为范数均衡法.然后,将范数均衡法与精细积分法相结合,给出求解病态线性方程组的范数均衡预处理精细积分法.数值结果表明,经过范数均衡... 详细信息

为降低病态线性方程组系数矩阵的条件数,根据矩阵行(列)均衡的思想,提出行(列)的1-范数均衡法,并扩展为范数均衡法.然后,将范数均衡法与精细积分法相结合,给出求解病态线性方程组的范数均衡预处理精细积分法.数值结果表明,经过范数均衡预处理后精细积分法求解病态方程的精度(有效数字增加5个以上)和效率(迭代次数降低15次左右)均能得到显著提高,适用范围在一定程度上也有所扩展.在上述方法中,以1-范数均衡预处理精细积分法效果最为显著.

关键词：范数均衡预处理精细积分法病态线性方程组