定常多相位与非定常计算方法在双吸离心泵数值模拟中的应用

为了比较定常多相位与非定常计算方法在双吸离心泵中的应用情况,文章对150S50双吸离心泵内部湍流流场进行了模拟计算。数值模拟采用Realizable κ-ε湍流模型,在7种工况下分别用定常多相位和非定常2种方法进行了模拟计算。在数值模拟的基础上计算出扬程、轴功率、效率。研究表明：用非定常模拟所得计算结果与试验值更为接近。     

调节阀内三维流动与启闭过程的数值模拟及分析

运用计算流体力学方法（CFD）对调节阀的定常与非定常水力特性进行了数值模拟．定常模拟得到各种开度下的三维流场分布以及压降与流量的特性曲线，特性曲线与试验结果相吻合．非定常计算模拟了阀门开启和关闭过程中流动特性的变化，得到流量和阀芯轴向力随时间变化曲线，并对启闭速度的影响进行了分析．     

离心泵内部流场性能优化

为了提高离心泵的工作效率，课题组根据设计要求对其进行水力计算，利用CFturbo软件对离心泵进行三维造型设计，将模型导入ANSYS ICEM进行网格划分，利用FLUENT求解器对不同流量工况进行数值模拟计算，比较不同工况下的流场分布。此外，通过数值模拟方法对水泵进行扬程、轴功率和效率等性能参数计算，并将结果与CFturbo的预测值进行对比，结果显示二者的性能曲线趋势基本一致，运用遗传算法对离心泵的水力性能进行优化，对比优化前后的性能曲线，结果表明优化后离心泵的工作效率得到提高。     

考虑体力的轴对称弹性问题杂交基本解有限元法

针对含体力轴对称弹性问题中精确解求解困难、传统有限元网格畸变免疫性差以及复杂问题网格密度大等问题，课题组提出了一种杂交Trefftz基本解有限元计算格式。在数值求解过程中，体力项的存在，会导致单元刚度方程涉及域积分，从而使杂交基本解有限元法只含边界积分的优势消失且计算效率降低。为保持该有限元法的优势和计算效率，可将问题的全解分为齐次解和特解2部分求解，来达到消除域积分的目的。[JP2]对不同计算方法下得到结果进行对比，表明该方法准确、高效，对网格畸变有良好的免疫性。该有限元模型能更好地适用于对含体力轴对称弹性问题的数值求解。     

MIMD多机系统的异步并行拟牛顿法

基于ＭＩＭＤ（多指令流多数据流）多处理机并行系统，提出了求解非线性方程组的异步并行拟牛顿法，给出了算法的实现过程，收敛性及收敛效率估计。该算法的工作量比常用串行牛顿法少，具有超线性收敛和数值稳定性，理论分析与计算结果表明，异步并行拟牛顿法有较好的并行性。     

流体诱发换热器管束弹性不稳定性的数值模拟

针对常规换热器频发的振动破坏现象，课题组基于动网格技术和双向流固耦合方法，建立了流体诱发管束振动的三维数值模型。采用数值模拟对实验难以 获得的管束振动轨迹进行了补充；研究了管束发生流体弹性不稳定性时主振方向的变化；分析了管子位置的分布对振动的影响；探究了管束的排列方式和节径比 对流体弹性不稳定性的影响。结果显示：流体弹性不稳定性先发生在曳力方向，后发生在升力方向；位于边缘的管子的振幅大于中间管子的振幅；在4种排列方 式的管束中，发生流体弹性不稳定性从难到易依次为正方形、正三角形、转置正方形、转置正三角形；在一定的范围内，节径比越小，越易于发生流体弹性不稳 定性。课题组对换热器管束在模拟方面的研究可对工程应用起到一定的指导作用。     

超重力分离装置填料内流场的CFD模拟研究

为了优化超重力分离装置，课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体力学软件FLUENT对超重力分离装置填料内部的流体流动进行数值模拟，分析了转速、填料外径和丝网尺寸对流场的影响。结果表明：液相速度分布与气相速度分布一致，液相速度主要受气相的影响，与液相入口速度无关；同一转速下填料区气相速度由内向外逐渐增大，各位置的气相速度随转速的增大而增大；气相最大速度与转速和外径有关，与丝网的尺寸无关。数值模拟的结果对超重机的设计与优化有一定的借鉴意义。     

动静叶相互干涉的三维非定常流场数值模拟

将双时间步法应用于叶栅级的全三维黏性非定常数值求解，讨论了分区算法中内边界条件的给定问题，本算法可保证分区边界上具有与内点相同的精度，具有很好的数值稳定性，且通量基本守恒，将该方法应用于具有弯曲导叶的涡轮级的计算可得到典型的非定常流谱，揭示了动静叶之间的相互干涉对叶片气动性能的影响，数值计算结果表明本文给出的算法是合理有效的。     

方管中颗粒随黏弹性流体迁移的力学特性

为研究黏弹性流体中颗粒迁移的力学成因,对方管Poiseuille流动中悬浮颗粒的迁移进行数值研究。选用Giesekus模型的黏弹性流体和球形刚性颗粒作为研究对象,忽略流体的惯性效应以研究流体弹性效应和剪切变稀效应对颗粒受力的影响。控制方程采用有限元法和伽辽金 最小二乘法(GLS)方法进行求解,并取得了较好的收敛性。颗粒运动模型采用基于“相对运动模型的准定常算法”,对通道中颗粒的横向升力的分布特征进行研究。研究结果表明：颗粒在不同横向位置上所受的横向升力决定了颗粒在实际流动中的迁移方向,且受到流体弹性和剪切变稀的影响。     

冷却风机性能试验的仿真计算方法研究

针对冷却风机在设计优化过程中存在试验成本高和效率低等缺点，课题组提出了基于CFD的风机性能试验仿真方法。冷却风机性能试验仿真以CATIA建模软件和FLUENT流体仿真软件为基础，通过CFD计算，实现对冷却风机气动性能参数的分析与研究。仿真的湍流模型采用RNG κ ε模型，旋转模型采用MRF多重参考坐标系模型，求解方法选用SIMPLE算法。通过仿真数据与试验数据的对比，得出各性能参数的仿真误差均在9%以下，仿真精度在可接受范围内。研究结果表明：冷却风机性能试验仿真的条件设置和计算方法可以满足一般工程应用；仿真模型具有一定的应用价值，可以利用其研究冷却风机的气动性能。     

顶部送风方腔内混合对流换热的数值研究

采用非稳态数学模型对具有对称和非对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流流场与温度场进行了数值求解.数值计算中控制参数Ra取为固定值106,Re在1 000~3 000范围内变化.数值结果显示,随Re的增大,具有对称结构问题的数值解会分别出现定常解、周期性振荡解和非周期性振荡解;而对于非对称结构问题,数值解的最大网格Pe虽然大于对称结构问题的最大网格Pe,数值解是定常的,并未发生解的振荡.因此,判明具有对称结构的顶部送风二维方腔内混合对流问题数值解的振荡是客观存在的物理振荡,而非数值方法不稳定所引起的数值振荡.     

弹性波散射的逐次超松驰法

研究非均匀各向同性介质弹性波散射的逐次超松驰计算方法。首先通过波动方程的积分方程形式给出其数值计算的超松弛迭代格式，并在迭代过程中通过最小化目标函数逐步修正超松驰因子以加快迭代收敛的速度。圆柱形散射体散射场数值解与解析解的比较，证明了该方法的正确性。数值结果同时表明，该方法收敛速度比Born方法快得多，并可应用于复杂形状散射体散射场的计算。     

基于有限体积法的离散裂缝模型两相流动模拟

正确认识裂缝性油藏流体流动规律是其高效开发的基础，离散裂缝模型因其对裂缝予以显式降维处理，能够大大提高计算效率而逐渐成为当前研究的热点。有限体积法在控制体单元上具有明确的物理意义，能够严格保证局部质量守恒，适用于流场性质不连续的情况。基于Delaunay 三角网的对偶网格构建有限体积控制单元，推导了离散裂缝模型油水两相流动控制方程的有限体积数值计算格式，实现了离散裂缝模型油水两相数值模拟，通过算例验证了该方法的正确性与高效性。研究表明：该方法能够严格保证局部质量守恒，计算过程中收敛性较好，适用于离散裂缝油藏的数值模拟，与单孔隙介质模型计算结果具有很好的一致性，计算效率提高2.5∼3.0 倍。     

肋板绕流场可视化测试与数值研究

用粒子图像测速仪(PIV)设备对不同高度下肋板的非定常绕流场进行了全场测试，揭示了肋板尾流场旋涡随时间推进所经历的非线性演化过程．同时将瞬时流谱与不同时间间隔下的时均流谱及流场数值计算结果相比较，分析了它们之间的差别．并且通过对不同肋板高度的时均流场的分析，得出了其尾旋涡尺度与肋板高度之间的非线性变化规律．     

U形管内浆体输送特性研究

为了探究通过U形管路输送不同质量分数颗粒的浆体流变特性，课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体动力学软件FLUENT对水平U形管内浆体的流动进行了数值模拟，获得了入口段、出口段及弯头等5个截面处颗粒的速度和体积分数分布情况，并且通过计算分析了速度、颗粒质量分数和管径对弯管压降的影响。研究结果表明：在弯头处二次流的存在，导致弯头局部流动情况变得复杂，使得截面内侧颗粒体积分数高于外侧；管道沿线的压降受流速和颗粒质量分数的影响很大，随着颗粒质量分数的增加，剪切应力和剪切黏度的增加导致压降增大。课题组的研究有助于了解颗粒质量分数和流速对浆体流变的影响。     

基于流体分析的发酵釜搅拌器强度计算

大型搅拌釜的搅拌器强度计算难度较大,且高黏流体介质的搅拌功率和搅拌效果难以预测。针对大型发酵釜的 搅拌器设计问题,采用CFD和FEA技术相结合的方法,对发酵釜的搅拌效果和搅拌器强度进行了分析和预测,结果表 明,该分析方法考虑了搅拌器工作过程中流体压力对叶片的作用,对大型搅拌器,尤其是搅拌介质为高黏流体的搅拌器 强度校核和功率预测能够获得较为准确的结果,同时可获得详细的流场信息及各项特性参数。该分析方法可为大型搅 拌器的设计和优化提供参考。     

考虑黏性及压缩效应的旋涡运动特性

采用扩散速度法处理黏性作用项的离散涡法，数值模拟了旋涡在黏性不可压流场中的运动；推导了可压缩流中的旋涡运动方程，对不可压缩流中的Biot-Savart方程进行了可压缩修正，进而用离散涡方法求解出非定常、不稳定、可压缩流场中的旋涡运动。分析了胀量及黏性扩散作用对旋涡运动的影响，通过大量长时间行为的数值试验得出了一系列结果。结果表明：为了真实地反映旋涡在实际流体中的运动规律，必须考虑黏性及压缩性的影响。     

抗不良杠杆量测的稳定收敛状态估计方法

不良杠杆量测使得传统的含有不良数据辨识的状态估计方法失效,严重降低了状态估计的精度,为了能够自动排除不良杠杆量测的干扰,同时保证状态估计计算的数值稳定性和收敛性,提出了抗不良杠杆量测的稳定收敛状态估计方法。在利用等价权原理并统一量测残差尺度的基础上,提出了采用标准化残差的指数型权函数,并基于此得到抗差状态估计模型。该模型能够根据量测残差自动修正量测权重,具有较强地抵抗不良杠杆量测的能力,能有效保证算法的数值稳定性和收敛速度。分别采用3节点和IEEE118节点算例对该方法的特点进行了验证。     

窄间隙摆动电弧数值模拟

为了探究窄间隙摆动电弧焊接过程中窄间隙坡口对电弧形态的影响，课题组以实际焊接工艺为依据，利用磁流体动力学理论建立了窄间隙焊接电弧燃烧侧壁的三维对称数学模型。通过对FLUENT自定义函数（UDF）二次开发，实现了对窄间隙焊接电弧的数值计算，且计算的电弧形态与试验结果吻合良好;获得了窄间隙焊接电弧的流场及温度场分布规律。计算结果表明：远离侧壁处电弧的磁感应强度大于靠近侧壁处电弧的磁感应强度；引起了等离子流场、压力场及温度场向侧壁偏转；由于窄间隙焊缝形貌影响，电弧底部等离子体沿熔池切线向焊缝凹面底部运动，并影响熔池上方电流密度及温度场的分布。     

减小进口气流角对高压轴流风机性能的影响

轴流式通风机作为使用较为广泛的流体输送机械,在现代工业领域中扮演着相当重要的角色。通过FLUENT软 件数值模拟轴流风机的三维流场,研究减小进口气流角对高压轴流风机性能的影响。在利用变环量风机设计方法所得 到的叶片基础上,适当减小叶片各截面的进口气流角可以提高高压轴流风机的效率。