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Simulation of Turbulent Flows Using a Finite-Volume Based Lattice Boltzmann Flow Solver
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作者 Goktan Guzel Ilteris Koc 《Communications in Computational Physics》 SCIE 2015年第1期213-232,共20页
In this study,the Lattice Boltzmann Method(LBM)is implemented through a finite-volume approach to perform 2-D,incompressible,and turbulent fluid flow analyses on structured grids.Even though the approach followed in t... In this study,the Lattice Boltzmann Method(LBM)is implemented through a finite-volume approach to perform 2-D,incompressible,and turbulent fluid flow analyses on structured grids.Even though the approach followed in this study necessitates more computational effort compared to the standard LBM(the so called stream and collide scheme),using the finite-volume method,the known limitations of the stream and collide scheme on lattice to be uniform and Courant-Friedrichs-Lewy(CFL)number to be one are removed.Moreover,the curved boundaries in the computational domain are handled more accurately with less effort.These improvements pave the way for the possibility of solving fluid flow problems with the LBM using coarser grids that are refined only where it is necessary and the boundary layers might be resolved better. 展开更多
关键词 Lattice Boltzmann Method finite-volume approach turbulent flows
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Saint-Venant方程组全隐式标量耗散有限体积法
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作者 夏庆福 余弘婧 +2 位作者 朱锐 章少辉 郭新蕾 《中国水利水电科学研究院学报》 北大核心 2018年第1期23-28,共6页
基于Saint-Venant方程组的守恒形式,重构了各物理变量在单元格边界的黎曼状态值,实现了各变量在计算区域内的二阶精度分布。在此基础上,构造了对流通量项的具有标量耗散特征的有限体积法,并在地表水位相对高程梯度离散式中引入额外空间... 基于Saint-Venant方程组的守恒形式,重构了各物理变量在单元格边界的黎曼状态值,实现了各变量在计算区域内的二阶精度分布。在此基础上,构造了对流通量项的具有标量耗散特征的有限体积法,并在地表水位相对高程梯度离散式中引入额外空间离散项,该项在有水区域为零,并在无水区域能与地表水位相对高程梯度项相互抵消,从而正确描述地表水位相对高程梯度的真实作用。采用双时间步法对Saint-Venant方程组的空间离散式进行全隐式离散,实现了无条件稳定求解。选取了2个典型算例,采用数量呈倍数递减的3种时间步长进行数值模拟,通过与解析解和实测结果进行对比,验证了数值解法的模拟效果和收敛性。结果表明,建立的数值解法能以优良的拟合度模拟不同断面几何约束下的溃坝过程,模拟结果表现出了良好的收敛性。 展开更多
关键词 非恒定流 全隐式 标量耗散 有限体积法
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水洞收缩段流场的数值模拟及优选 被引量:12
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作者 吴宗成 陈晏清 万曦 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1998年第3期315-318,共4页
介绍了一种水洞非对称收缩段的数值模拟方法和程序,计算采用有限体积预估修正格式求解非定常欧拉方程.结合具体水洞设计对几种典型收缩曲线的三维流场进行了计算和分析,给出了沿轴向的压力分布,出口截面速度分布及分布的均匀性,选... 介绍了一种水洞非对称收缩段的数值模拟方法和程序,计算采用有限体积预估修正格式求解非定常欧拉方程.结合具体水洞设计对几种典型收缩曲线的三维流场进行了计算和分析,给出了沿轴向的压力分布,出口截面速度分布及分布的均匀性,选出最佳曲线,为水洞的设计提供依据.结果表明:本文的计算方法和程序对于水洞或风洞的三元收缩段,是有价值的分析和辅助设计手段. 展开更多
关键词 水洞 数值模拟 最佳收缩曲线 优选 流场
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混流式转轮中流场的大涡模拟 被引量:1
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作者 张昌兵 杨永全 +1 位作者 鞠小明 桂林 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第6期675-681,共7页
建立了基于微可压缩流体理论的相对运动的大涡模拟方法,并对混流式转轮流场进行了三维非恒定粘性数值模拟,计算方法采用了有限体积法和预测-校正方法,对固体边壁的处理使用了"壁函数"法。得到了混流式转轮的三维速度场和压力... 建立了基于微可压缩流体理论的相对运动的大涡模拟方法,并对混流式转轮流场进行了三维非恒定粘性数值模拟,计算方法采用了有限体积法和预测-校正方法,对固体边壁的处理使用了"壁函数"法。得到了混流式转轮的三维速度场和压力分布,与k ε模型计算结果进行比较表明,所建立的相对运动的大涡模拟方法对转轮性能预测更加精确、合理,对转轮改型设计具有十分重要的参考价值。 展开更多
关键词 大涡模拟 有限体积法 水轮机 转轮 流场
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单片网衣周围流场特性的数值模拟 被引量:10
5
作者 赵云鹏 刘兴 董国海 《中国科技论文在线》 CAS 2010年第7期557-562,共6页
对单片网衣进行了数值模拟,采用GAMBIT软件建立网衣周围流场数值模型,然后利用基于有限体积法的数值计算方法求解控制方程,借助于商业计算流体动力学软件FLUENT对其进行数值模拟计算,模拟过程中把网衣看成多孔透水板,使用多孔介质模型... 对单片网衣进行了数值模拟,采用GAMBIT软件建立网衣周围流场数值模型,然后利用基于有限体积法的数值计算方法求解控制方程,借助于商业计算流体动力学软件FLUENT对其进行数值模拟计算,模拟过程中把网衣看成多孔透水板,使用多孔介质模型来求解,多孔介质的抵抗力系数根据实际实验中网衣的受力推导得出。数值模拟中分析了在不同流速和不同冲角组合情况下的单片网衣周围的流场,并与实验结果进行对比,在冲角为30°~90°之间,流速折减率、网衣的阻力系数和升力系数都与实验结果吻合很好,平均误差在9.3%之内。因此,对比结果表明,FLUENT中的多孔透水介质模型可以适用于单片网衣周围流场特性的数值模拟。 展开更多
关键词 有限体积法 多孔介质模型 流速折减率 阻力 升力
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水轮机全三维粘性大涡模拟数学模型研究 被引量:5
6
作者 张昌兵 喻华全 李伟 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第3期24-28,共5页
采用大涡模拟技术,建立了绝对坐标系和相对坐标系下的联合计算数学模型,控制方程的离散在空间上采用有限体积法,时间上采用了具有二阶精度的“预测-校正”法,固壁边界使用“部分滑移”条件,使用该模型对高水头、高转速混流式水轮机流动... 采用大涡模拟技术,建立了绝对坐标系和相对坐标系下的联合计算数学模型,控制方程的离散在空间上采用有限体积法,时间上采用了具有二阶精度的“预测-校正”法,固壁边界使用“部分滑移”条件,使用该模型对高水头、高转速混流式水轮机流动特性进行计算。结果表明,转轮计算流场分布与实际情况吻合,在部分负荷工况下,叶片出水边存在脱流现象,造成叶片出水边表面出现负压。尾水管直锥段和弯肘段在部分负荷工况下存在较强的旋流,在轴心线附近存在回流现象,并成功地模拟了尾水管中的涡带现象,与实际观测结果一致,该涡带频率为机组旋转频率的三分之一左右,振幅较大,属于低频大幅值性质,是引起机组振动的根源之一。 展开更多
关键词 水轮机 尾水管涡带 大涡模拟 有限体积法
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3-D NUMERICAL SIMULATION OF FLOW THROUGH AN ORIFICE SPILLWAY TUNNEL 被引量:6
7
作者 Zhang Chang bing, Yang Yong quan Hydraulics and Hydroelectric Engineering College, Sichuan University, Chengdu 610065, China 《Journal of Hydrodynamics》 SCIE EI CSCD 2002年第3期83-90,共8页
A Large Eddy Simulation (LES) approach based on the weakly compressible hydrodynamic equation with a single plase fluid model for the cavitation flow has been developed and employed in simulating 3 D unsteady viscou... A Large Eddy Simulation (LES) approach based on the weakly compressible hydrodynamic equation with a single plase fluid model for the cavitation flow has been developed and employed in simulating 3 D unsteady viscous flow through an orifice type spillwy tunnel. The finite volume approach in space and the predictor corrector method in time have been used to the numerical discretization, and the 'Law of wall' is applied at the solid boundary. The velocity, pressure fields and the cavitation phenomenon are obtained, the computational results show that 3 D LES approach can give more realistic flow field prediction of the orifice type spillway tunnel. 展开更多
关键词 orifice spillway tunnel large eddy simulation weakly compressible flow finite volume approach cavitation inception
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应用切割单元法对海底管道局部冲刷数值模拟 被引量:7
8
作者 陈兵 张桦 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2012年第1期66-74,共9页
采用SIMPLEC算法的有限体积法,求解非定常流动的N-S方程,采用k-ω紊流模型,通过模拟均匀无粘性推移质的冲刷和淤积,得到海底管道由搁置在海床上的状态变为悬跨状态这一过程的管道周围局部海床冲刷情况,建立了海底管道局部冲刷的二维数... 采用SIMPLEC算法的有限体积法,求解非定常流动的N-S方程,采用k-ω紊流模型,通过模拟均匀无粘性推移质的冲刷和淤积,得到海底管道由搁置在海床上的状态变为悬跨状态这一过程的管道周围局部海床冲刷情况,建立了海底管道局部冲刷的二维数值模型。海底管道从搁置在底床上到冲刷悬空的过程中,管道周围的空间产生了拓扑变化,这给采用贴体网格并在计算过程中进行网格重构的传统方法带来了很大困难,而采用切割单元法,把物体轮廓从静止的背景直角坐标结构化网格中切割出去,计算过程中不需要传统意义的网格重构过程。数值模型预测的海底管道周围局部冲刷结果与Mao的物理模型实验实测结果及Liang和Cheng等的数值模拟结果符合较好,验证了模型的准确性。 展开更多
关键词 局部冲刷 海底管道 有限体积法 切割单元法 k-ω紊流模型
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对称型导叶在不同攻角下的水力特性数值分析 被引量:6
9
作者 张昌兵 杨永全 《四川大学学报(工程科学版)》 EI CAS CSCD 2002年第6期28-31,共4页
采用大涡模拟方法对对称型导叶进行了数值模拟。数值离散时 ,将时间与空间分开进行处理 ,空间上的离散采用有限体积法 ,而时间上的离散则用三阶龙格 -库塔法 ,对固壁边界的处理使用了“壁函数”法。计算结果表明导叶正压面压力系数随着... 采用大涡模拟方法对对称型导叶进行了数值模拟。数值离散时 ,将时间与空间分开进行处理 ,空间上的离散采用有限体积法 ,而时间上的离散则用三阶龙格 -库塔法 ,对固壁边界的处理使用了“壁函数”法。计算结果表明导叶正压面压力系数随着攻角的增加而增大 ,而负压面的压力系数随攻角的增加而减小 ,并且在负压面上随着攻角的增加逐渐出现回流现象 ,在大攻角时 ,出现漩涡脱落现象。因此 ,建议导叶攻角范围应在 10°以内。 展开更多
关键词 对称型导叶 水力特性 数值分析 大涡模拟法 有限体积法 攻角 反击式水轮机
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水质大涡模拟数学模型研究 被引量:3
10
作者 张昌兵 熊朝坤 +2 位作者 桂林 刘华 莫政宇 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期431-435,共5页
建立了基于弱可压缩流基础上的水质大涡模拟数学模型及污染物质扩散系数与平均运动的关系。数值计算采用有限体积法和预测校正法,固壁边界条件采用"部分滑移条件"。并应用该模型对重庆嘉陵江、长江两江交汇段的流场,污染物质... 建立了基于弱可压缩流基础上的水质大涡模拟数学模型及污染物质扩散系数与平均运动的关系。数值计算采用有限体积法和预测校正法,固壁边界条件采用"部分滑移条件"。并应用该模型对重庆嘉陵江、长江两江交汇段的流场,污染物质浓度分布进行了计算,计算结果与实测值比较吻合。研究表明,横向扩散与流动状态有关,当支流流量相对较小时,横向扩散较弱,形成岸边污染带,当支流流量相对较大时,横向扩散较强,污染带向江心移动。 展开更多
关键词 水质 大涡模拟 有限体积法 污染带 扩散系数
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用CFD/FW-H混合方法计算圆柱/翼型的气动噪声 被引量:5
11
作者 白俊强 余培汛 +1 位作者 郭博志 黄江涛 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期847-851,共5页
气动噪声预测的关键在于提高流场的预测精度,特别是对涡流扰动的细节描述。文章采用的是计算流体力学(CFD)与"声比拟"相结合的方法,通过2个步骤模拟流动的声学远场。第1步,在包含所有声源的近场区域内,通过使用DES方法获得控... 气动噪声预测的关键在于提高流场的预测精度,特别是对涡流扰动的细节描述。文章采用的是计算流体力学(CFD)与"声比拟"相结合的方法,通过2个步骤模拟流动的声学远场。第1步,在包含所有声源的近场区域内,通过使用DES方法获得控制面处的非定常流场参数;第2步,采用基于可穿透数据面的FW-H方法模拟声学远场。该方法与传统的半经验方法相比,具有计算量小,计算精确,易于工程实现,可以计算非线性噪声。文中对比了URANS和DES 2种方法所算的气动噪声结果。在频域上计算了观测点处的声压级随斯托劳哈数和频率的变化,其结果与国外试验结果对比取得了较好的一致性。 展开更多
关键词 DES 可穿透数据面的FW-H方法 圆柱/翼型 气动噪声 URANS
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串列叶栅静子粘性全三维流场的数值模拟 被引量:4
12
作者 魏玲 葛宁 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第2期209-212,共4页
该文发展一种数值模拟串列叶栅静子内部流场的方法。应用有限体积法及Baldwin Lomax紊流模型数值求解与时间相关的三维可压缩的薄层Navier Stokes方程组。对法国Turmo Ⅲc小型航空发动机静子串列叶栅流场作了计算与分析。在中径处,前、... 该文发展一种数值模拟串列叶栅静子内部流场的方法。应用有限体积法及Baldwin Lomax紊流模型数值求解与时间相关的三维可压缩的薄层Navier Stokes方程组。对法国Turmo Ⅲc小型航空发动机静子串列叶栅流场作了计算与分析。在中径处,前、后排叶片吸力面上的附面层很薄,尾迹宽度比较窄。由于前、后排尾迹同端壁附面层相互干扰,机匣及轮毂附近尾迹较宽。应用法国ONERA某静子平面串列叶栅作为验证算例,计算与试验结果一致。 展开更多
关键词 串列叶栅 数值模拟 有限体积法 Baldwin-Lomax紊流模型 NAVIER-STOKES方程组
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三维横向流体诱发直管振动的数值研究 被引量:3
13
作者 冯志鹏 张毅雄 臧峰刚 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2014年第4期588-594,10,共8页
基于计算流体力学和计算结构动力学,并考虑流体-结构两个物理场之间的相互作用,利用有限体积法及LES方法离散非稳态、粘性、不可压缩湍流流场;采用有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格控制技术,建立了横向流体作用下传热管流致振... 基于计算流体力学和计算结构动力学,并考虑流体-结构两个物理场之间的相互作用,利用有限体积法及LES方法离散非稳态、粘性、不可压缩湍流流场;采用有限元方法离散结构动力学方程,结合动网格控制技术,建立了横向流体作用下传热管流致振动计算的三维仿真模型。首先,基于建立的模型得到了横流作用下传热管的振动响应,并通过与已有的文献数据进行比较发现,两者趋势一致、数值上吻合较好,证明了本文模型的合理性;其次,在较宽的折减速度和频率比范围内,研究了直管的响应、流体力系数、涡脱落频率,并通过管表面压力分布、尾流区的时均速度等分析了时均流场特性;第三,研究了两种折减速度的归一化方法,指出对于三维弹性管的流体诱发振动问题,采用通用的折合速度来表示响应图能清晰地表征其响应特征;最后,比较分析了弹性支撑刚性管与弹性管的流体诱发振动特性。结果表明,对于三维弹性管的流体诱发振动计算应考虑结构的弹性变形与流体流动间的相互作用。 展开更多
关键词 流体诱发振动 大涡模拟 有限体积法 有限元法
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基于有限体积法的稳态热传导结构拓扑优化 被引量:3
14
作者 赵清海 陈潇凯 林逸 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期1117-1121,共5页
针对散热结构拓扑优化设计的研究现状,提出一种基于有限体积法的稳态热传导结构的拓扑优化设计,构建两种区域离散策略,即内节点法和外节点法.借助变密度法拓扑优化理论,建立以散热弱度为目标函数的稳态热传导结构的拓扑优化数学模型,研... 针对散热结构拓扑优化设计的研究现状,提出一种基于有限体积法的稳态热传导结构的拓扑优化设计,构建两种区域离散策略,即内节点法和外节点法.借助变密度法拓扑优化理论,建立以散热弱度为目标函数的稳态热传导结构的拓扑优化数学模型,研究在第一、二和三类边界条件下的优化问题.算例计算结果表明,基于不同区域离散格式外节点法和内节点的拓扑优化设计均能有效改善结构的散热效果,且能获得良好的拓扑优化构型,对微热源的影响也能识别最佳的散热路径. 展开更多
关键词 拓扑优化 热传导 有限体积法 变密度法
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等离子沉积直接成形传热传质与晶粒生长多尺度数值模拟 被引量:1
15
作者 孔凡荣 张海鸥 王桂兰 《金属学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2009年第4期415-421,共7页
运用有限容积法(FVM)对等离子沉积直接成形(PDM)过程中的沉积层温度场、熔池液相流动场进行了数值模拟.采用水平集方法追踪液/气界面演变过程,采用焓孔隙率法处理固/液相变过程,并采用Monte Carlo(MC)方法模拟沉积温度载荷作用下成形件... 运用有限容积法(FVM)对等离子沉积直接成形(PDM)过程中的沉积层温度场、熔池液相流动场进行了数值模拟.采用水平集方法追踪液/气界面演变过程,采用焓孔隙率法处理固/液相变过程,并采用Monte Carlo(MC)方法模拟沉积温度载荷作用下成形件热影响区(HAZ)组织的晶粒长大过程.基于所提出的FVM-MC法耦合的宏/微观统一模型模拟了镍基高温合金K163薄壁零件PDM过程中沉积层HAZ晶粒的生长过程,预测了在重复热冲击作用下热影响区晶粒长大与转变过程.模拟结果表明,热冲击频率与温度幅值直接决定热成形件的组织形态;热扫描速度影响熔池液相流动与温度场分布,从而间接决定了成形件的最终晶粒尺寸与分布.随着热扫描速度的增加,成形件晶粒趋于细化.在保证粉末充分熔融条件下,提高热扫描速度可以细化HAZ的晶粒尺寸. 展开更多
关键词 等离子沉积直接成形(PDM) MONTE CARLO方法 有限容积法 水平集方法 镍基高温合金
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高超声速三维热化学非平衡电离流动计算研究
16
作者 谢中强 欧阳水吾 《计算物理》 CSCD 北大核心 1998年第6期73-78,共6页
研究发展了一种计算高超声速三维热化学非平衡电离流动的数值方法。真实气体热力学状态是通过平动—转动温度和电子—振动温度来模拟。对零攻角轴对称钝锥体和有攻角钝锥体的高超声速电离流动,采用隐式有限体积法NND格式,数值求解... 研究发展了一种计算高超声速三维热化学非平衡电离流动的数值方法。真实气体热力学状态是通过平动—转动温度和电子—振动温度来模拟。对零攻角轴对称钝锥体和有攻角钝锥体的高超声速电离流动,采用隐式有限体积法NND格式,数值求解NS方程。 展开更多
关键词 热化学非平衡 有限体积法 NND格式 NS方程 三维高超声速流
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多区域湍流燃烧大涡模拟
17
作者 赵庆良 张飞驰 +3 位作者 张琳 HENNING Bockhorn 许伟刚 柳林 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期324-331,共8页
为了提高湍流大涡模拟方法在计算复杂工业燃烧设备中反应流体的效率和精度,提出了可以对结构复杂燃烧设备喷嘴内部无反应区域只求解基本流体控制方程,对喷嘴下游燃料反应区域加入燃烧模型进行分区域计算的多区域求解方法,并采用该方法... 为了提高湍流大涡模拟方法在计算复杂工业燃烧设备中反应流体的效率和精度,提出了可以对结构复杂燃烧设备喷嘴内部无反应区域只求解基本流体控制方程,对喷嘴下游燃料反应区域加入燃烧模型进行分区域计算的多区域求解方法,并采用该方法和传统单区域求解方法分别对甲烷-空气预混合湍流燃烧进行大涡模拟.研究结果表明:多区域和单区域求解方法计算所得的轴向和径向时均速度、脉动速度以及OH质量分数一致;不过,多区域求解方法在计算速度上有明显优势,当CPU数量不超过64个时,计算速度可提升14.7%~20.6%;多区域和单区域方法的数值模拟结果与实验值进行了对比,三者吻合较好. 展开更多
关键词 有限体积法 湍流燃烧 数值模拟 亚网格尺度模型 多区域求解方法 并行计算
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