管道热边界层理论的研究

研究了高粘性液体管道流动的热边界层理论。利用圆柱坐标粘性流运动基本微分方程,提出了管道热边界层方程,推导出边界层中的温度分布以及层流和紊流时热边界层厚度的常微分方程和解析解计算表达式,并通过Matlab编程实例,给出了热边界层厚度解析解与数值解的比较。计算结果表明:1)粘性的影响将使得热边界层的发展加快,随着粘性和流量的增大,其影响将更加显著;2)紊流时热边界层的发展比层流时要慢。     

管流速度边界层解析

采用动量积分方法推出了管道流动中的速度边界层方程,给出了管道层流和紊流时速度边界层和核心区中的速度分布、边界层厚度的解析结果,并与冯·卡门动量积分方程推出的结果进行了比较.得到了管道层流和紊流时速度边界层入口段长度的表达式,表明比现有教材中所给出的公式数值要小.证明了管流中速度边界层的发展要远远快于热边界层.因此在研究管道热边界层流动时假设速度边界层已充分发展是合理的.     

收缩管道装置层流热边界层理论及应用研究

研究了收缩管道装置层流热边界层理论及其应用。对于速度边界层提出了相似性解的解析结果,给出了速度分布、边界层厚度、摩擦阻力和水头损失的解析计算表达式。对于温度边界层利用管道热边界层方程,推出了温度分布、温度边界层厚度和热流量的计算关系式,并给出了设计应用实例。     

热边界层流动中管道的热损失

在高粘液体管道输送中,利用热边界层减阻需确定热流量的计算。热边界层流动中管道的各种热损失是总热流量的一部分。热损失有管内、管外及保温层三种形式。管外热损失是向周围的空气散发的,通过对流的形式发生。管内的热损失是导热或对流。保温层的热损失主要是导热。利用热边界层理论的成果,给出了各种传热系数和管道热损失的计算公式,并给出了多个计算实例。     

管道热边界层减阻理论的应用研究

全面研究了高粘性液体管道流动的热边界层减阻理论的应用。利用管道热边界层理论中关于边界层的温度分布及层流、紊流时热边界层厚度的计算表达式,推证了管壁热流量及定性温度的计算表达式,利用指数型的粘温特性方程,采用积分方法推出了管道热边界层流动中层流和紊流摩擦水头损失的计算公式,并给出了设计应用实例。计算结果表明,对于高粘液体短管输送,其流动一般均为边界层入口段,热边界层减阻的最佳范围大致是管长L≤5km,管径D≤200mm。     

交叉激波湍流边界层干扰问题数值模拟

基于BANS方程,采用有限体积法离散计算区域,对流项使用Harten TVD格式进行流场求解,湍流部分应用Menter SST两方程湍流模型,建立了隐式LU-SGS方法的三维CFD计算程序,数值模拟了来流马赫数4.96条件下的18°×18°对称双楔产生的交叉激波/湍流边界层干扰问题,计算了不同剖面沿展向压强分布以及流场的详细结构,并将计算结果与相关文献的实验与计算结果进行了比较.     

采用DES模型对6∶1椭球体进行水动力数值计算

采用基于非结构化网格的有限体积法离散控制方程和湍流模式,应用SIMPLE(semi-implicit method for pressure linked equations)方法处理速度-压力耦合,对流项和非定常项分别采用二阶迎风格式和二阶精度离散,隐式选代求解方程组.基于SA和SST的DES模型,得到了不同攻角下粘...     

相空间有限元方法在解二维中子输运方程中的应用

本文采用相空间有限元方法求解了柱形临界多群中子输运问题。其中对于方程中的坐标变量用分片连续线性多项式作为试探函数,对于方程中的角度变量用分片连续双线性多项式作为试探函数。整个求解空间区域和角度区域分别采用三角形和矩形单元划分,然后利用迦辽金方法得到一个以网格点处角通量为未知数的线性联立代数方程组,方程组中的系数矩阵的存储采用了压缩存储技术。最后用高斯消元法解此有限元方程组,表明相空间有限元方法计算收敛性较好、计算精度高。     

有限元法在管道水击计算中的应用探索

管道水击基本方程属于一阶双曲型偏微分方程,虽然目前水击主要采用特征线法进行计算,但有限元法也可以求解双曲型方程,据此尝试采用伽辽金加权余量法对管道水击进行有限元数值计算。根据管道水击的基本微分方程组,选取适当的速度、压力插值函数,建立管道水击的有限元模型,并通过实例分析,和特征线法相比较,证实有限元法在管道水击计算中是有应用前景的,有必要作进一步深入研究。     

基于迎风型有限体积法的非结构化网格流场格心数据高质量体绘制方法

在计算流体力学领域,对复杂流场进行数值模拟时常用非结构化网格划分空间,并广泛采用迎风型有限体积法求解流场.该方法将数值解存储在非结构化网格单元(控制体)中心,产生格心数据,并假设物理量在相邻单元邻接面上形成"间断".然而,在可视化此类数据时,目前的重构方法破坏了间断约束,导致"流间断"信息丢失,严重制约了绘制质量.为此...     

基于ANSYS的预应力CFRP布加固混凝土梁有限元分析

采用ANSYS有限元分析软件,对卸载或不卸载时预应力碳纤维(CFRP)布加固梁进行仿真分析,并在有限元分析中提出了施加预应力的方法(升温法),以及利用单元的生与死实现不卸载时加固的方法。通过实例对比分析表明,基于ANSYS的有限元分析结果与试验分析结果吻合较好,可在一定程度上有效替代试验分析方法,从而减少试验所需的时间和费用,对后续的CFRP布加固混凝土结构的研究工作具有一定的参考价值。     

低频域结构噪声问题数值解法

对形体不规则的物体 ,数值计算其结构噪声问题是获得解答的直接办法 .文中综述了结构噪声问题数值解法的基本思路 .首先介绍了数值求解的两个基本方法 :有限元法和边界元法的基本数学原理、操作方法及各自的局限性 ;其后描述了结构噪声耦合问题的数值计算公式的构造及运用不同数值方法构造求解公式的特点 ;针对边界元法构造的公式分析特征值问题的不足 ,给出了几种边界元法结构噪声特征值分析的方法 .文章结尾 ,提出了目前商业有限元软件分析噪声问题的不足及改进方向     

大气对流层气压公式推导的新方法及对国际气压方程的修正

论证了对流层气体分子平均质量的变化相对于温度的变化可以忽略,并利用对流层大气温度随海拔高度变化的规律,研究其压强随高度的变化规律,明确了其参数的意义.同时,在海拔超过10000 m时,国际气压方程出现了越来越明显的误差,提出了合理的修正方法,并发现其温度变化远小于近地面的情况.     

钝体高超声速气动加热与结构热传递耦合的数值计算

气动加热与结构热传递耦合问题在航天和工程应用领域非常重要。分别采用松耦合与紧耦合方法,数值模拟了高超声速二维圆管绕流的流场与结构传热耦合的非定常过程。在紧耦合方法中,流场部分采用基于Navier Stokes方程的有限体积法,将AUSM+格式与时间方向的显式多步Runge Kutta法结合;结构传热部分采用基于二维热传导方程的Galerkin有限元法。流场与结构区通过交界面的热流和温度边界条件实现耦合。计算结果分别与实验、文献做了对比,结构内部温度变化关系以及壁面的热流分布均较好地吻合。两种耦合方式的计算结果对比表明,对于流场特征时间远小于结构传热特征时间的问题,松耦合方法计算效率高,精度与紧耦合方法接近。     

发动机隔热缸套热强度有限元分析

针对低散热发动机存在的热负荷状况,分析了非稳态导热有限元计算的特点:运用经验公式求出了发动机燃烧室部件燃气侧的传热边界条件;运用有限元法对隔热部件进行了热强度分析。计算结果表明:热负荷和热应力增大是造成隔热件可靠性降低的主要因素之一。     

基于表面电荷法的像管静电场计算

与传统的有限差分法和有限元法相比,表面电荷法可降低单元剖分难度并能处理开放边界,更适于计算静电透镜的静电场。针对轴对称及非轴对称两类结构,采用样条函数及奇异形状函数改进电极表面的电荷密度估计,讨论了二维及三维表面电荷法的实现。与具有解析解的单位圆盘进行比较,分析了表面电荷法的电位计算精度,并用于轴对称及非轴对称像管计算。结果表明：对轴对称系统,在文中给定步长下,二维及三维表面电荷法与有限差分法计算相对误差不超过10^-3,且二维方法精度整体高于三维方法,二维、三维表面电荷法对3种像面位置的计算结果与有限差分法结果相比,最大误差不超过0.6mm;对非轴对称系统,3种方案下轴外电子运行轨迹的差异明显,非对称因素所产生的干涉场影响是不可忽略的。     

高超音速粘性流场数值计算中差分格式的对比分析

本文通过三维高超音速粘性流场的求解对三种常用的差分格式： Ｈａｒｔｅｎ 的 Ｔ Ｖ Ｄ 格式、修正后的 Ｏｓｈｅｒ Ｃｈａｋｒａｖａｒｔｈｙ 的 Ｔ Ｖ Ｄ 格式以及 Ｊａｎｅｓｏｎ 的当地极值递减 （ Ｌ Ｅ Ｄ） 格式对激波的分辨率、边界层计算的准确性和格式的计算效率等三个方面进行了较细致的对比分析， 为三维高超音速复杂流场的数值模拟打下基础。