基于沉浸边界法的二维拍动翼数值模拟 被引量：6

1

作者 潘定一 邓见 邵雪明 《空气动力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第4期419-424,共6页

运用沉浸边界法对二维拍动翼流场进行了数值模拟,系统地分析了最大俯仰角、拍动频率和升沉俯仰运动的相位差等参数对拍动翼流场的影响。结果显示:当达到一定条件时,尾流出现反卡门涡街,使机翼得到正的推力而产生逆流前行的趋势。在本文... 运用沉浸边界法对二维拍动翼流场进行了数值模拟,系统地分析了最大俯仰角、拍动频率和升沉俯仰运动的相位差等参数对拍动翼流场的影响。结果显示:当达到一定条件时,尾流出现反卡门涡街,使机翼得到正的推力而产生逆流前行的趋势。在本文的研究范围内发现,拍动翼的平均推力系数随最大俯仰角的增大先增大后减小,随着频率的增大而增大,同时,拍动翼的推进效率随最大俯仰角的增大而增大,随拍动频率的增大而减小,且当升沉俯仰运动的相位差在90°～100°之间时,存在着最大推进效率。本文所得结果为进一步研究鸟类飞行和鱼游等仿生力学提供了理论基础。 展开更多

关键词 沉浸边界法 仿生力学 反卡门涡街 拍动翼

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基于沉浸边界法的轴流泵内鱼体运动数值模拟 被引量：7

2

作者 杨丹丹 赵明翔 +2 位作者 叶维祥 SHEN Lian 罗先武 《水力发电学报》 CSCD 北大核心 2021年第7期95-104,共10页

为精细分析鱼类在水力机械流道中的运动特性,本文以轴流泵为例,采用沉浸边界(immersed boundary,IB)与流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)及大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合的方法,对泵内流场及鱼体通过泵流道的运... 为精细分析鱼类在水力机械流道中的运动特性,本文以轴流泵为例,采用沉浸边界(immersed boundary,IB)与流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)及大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合的方法,对泵内流场及鱼体通过泵流道的运动过程进行了数值模拟。结果表明,在相同雷诺数下计算得到的设计工况扬程系数与实验值误差仅为2.7%,验证了IB-FSI-LES方法适合于模拟轴流泵内部流动。与将鱼体视为流体示踪粒子的常规计算相比,采用IB-FSI-LES方法可以得到鱼体在泵内的复杂运动轨迹,捕捉鱼体与叶片发生碰撞时的运动突变以及叶轮内鱼体周围流场中涡结构的形成和脱落。研究结果可为水利水电工程中鱼类过机损伤精确评估及鱼类友好型水力机械优化设计提供科学依据。 展开更多

关键词 水力机械 沉浸边界法 流固耦合 鱼体运动 鱼类友好

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ECMO氧合器膜丝阵列多相流动数值模拟与分析 被引量：1

3

作者 简萌 张明奎 +1 位作者 黄健兵 罗先武 《清华大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期1820-1832,共13页

为分析体外膜肺氧合技术(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)氧合器内膜丝排列方式对血液流动和气体输运的影响,该文选取某商用氧合器的轴截面为简化模型,采用基于沉浸边界(immersed boundary,IB)法的自编软件进行了稳态血液流... 为分析体外膜肺氧合技术(extracorporeal membrane oxygenation,ECMO)氧合器内膜丝排列方式对血液流动和气体输运的影响,该文选取某商用氧合器的轴截面为简化模型,采用基于沉浸边界(immersed boundary,IB)法的自编软件进行了稳态血液流动与多气体组分耦合输运的数值模拟。通过与商业计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)软件Fluent计算结果、已有文献结果进行比较,验证了所采用的数值方法和自编软件具有适用性。计算结果表明:在一定的孔隙率下改变膜丝排列方式和膜丝倾斜角将影响轴向和径向渗透率,会明显改变血液流动和气体输运的性能;具有径向交错和大倾斜角的膜丝排列能避免出口段大尺度旋涡,降低血液损伤风险。进一步分析可知,ECMO气体输运性能主要受膜丝排列方式的影响,且增大倾斜角有利于提升交错阵列的气体输运效率。该文研究可为实际工程中广泛存在的三维孔隙尺度多相流动数值模拟提供一定参考,为ECMO结构优化、临床运行中参数调整提供科学依据。 展开更多

关键词 体外膜肺氧合技术(ECMO) 膜丝阵列 孔隙尺度 沉浸边界法 多组分气体耦合求解器

原文传递

旋转圆柱尾涡及受力计算方法研究 被引量：5

4

作者 郭春雨 宋妙妍 +2 位作者 常欣 王恋舟 薛嵘 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第12期1943-1950,共8页

为了研究旋转圆柱的三维流场和受力特性,本文采用沉浸边界-格子玻尔兹曼方法(IB-LBM),对均匀来流条件下旋转圆柱进行了数值模拟,分析了不同相对转速和雷诺数的影响。结果表明旋转作用使尾涡与流动方向之间产生一定夹角,相对转速的增大... 为了研究旋转圆柱的三维流场和受力特性,本文采用沉浸边界-格子玻尔兹曼方法(IB-LBM),对均匀来流条件下旋转圆柱进行了数值模拟,分析了不同相对转速和雷诺数的影响。结果表明旋转作用使尾涡与流动方向之间产生一定夹角,相对转速的增大致使停滞点向上移动,并且影响柱体周围流速的损失。相对转速在1~2存在临界点,临界点前后速度波动范围发生改变。雷诺数能改变正负涡的脱落状态,增加柱体尾涡的三维性,并对升阻力产生相反的影响。计算结果验证了IB-LBM在处理旋转问题时的可行性,当前结果与文献中的结果相吻合。 展开更多

关键词 旋转圆柱 漩涡脱落 三维效应 格子玻尔兹曼 沉浸边界法 升阻力系数 压力系数 功率谱

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ECMO氧合器血液流动数值模拟及损伤评估 被引量：1

5

作者 简萌 罗先武 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第4期977-986,共10页

为准确获得ECMO氧合器内血液流动细节,本文以交错排布的120根中空纤维束构成的简化氧合器为对象,采用基于沉浸边界法(IB)的自编程序对二维稳态血液层流进行数值模拟。结果表明,中空纤维束区域血液运动黏度变动范围在3.37~7.04×10^(... 为准确获得ECMO氧合器内血液流动细节,本文以交错排布的120根中空纤维束构成的简化氧合器为对象,采用基于沉浸边界法(IB)的自编程序对二维稳态血液层流进行数值模拟。结果表明,中空纤维束区域血液运动黏度变动范围在3.37~7.04×10^(-6)m^(2)/s,模拟时需要考虑血液的流变特性。通过对比IB自编程序与商业CFD软件Fluent的计算结果可知,最大壁面切应力和压降的最大相对误差分别为3.38%和2.9%,验证了IB自编程序计算氧合器微间隙流道内血液流动的准确性。与基于多孔介质假设的一维半经验公式相比,IB自编程序能够反映沿程粘性损失和惯性损失的变化,并可依据切应力累积值、溶血指数、血细胞停留时间三个指标对氧合器血液损伤风险进行综合评估。研究结果可为ECMO的性能预测、临床运行参数调节提供科学依据。 展开更多

关键词 膜式氧合器 沉浸边界法 中空纤维束 血液损伤

原文传递

沉浸边界法在湍流燃烧中的应用 被引量：3

6

作者 应展烽 范宝春 +1 位作者 陈志华 叶经方 《自然科学进展》 北大核心 2008年第10期1181-1185,共5页

沉浸边界法可以在直角坐标系中处理各种形状的边界问题.将此用于三维的圆柱火焰绕流问题的研究,其中,湍流模型采用大涡模拟(LES),化学反应速率采用EBU漩涡破碎模型.计算结果与实验结果比较相符,基本反映了湍流火焰的绕流特征,说明该方... 沉浸边界法可以在直角坐标系中处理各种形状的边界问题.将此用于三维的圆柱火焰绕流问题的研究,其中,湍流模型采用大涡模拟(LES),化学反应速率采用EBU漩涡破碎模型.计算结果与实验结果比较相符,基本反映了湍流火焰的绕流特征,说明该方法用于讨论湍流火焰的绕流问题是有效的. 展开更多

关键词 沉浸边界法 湍流燃烧 LES(大涡模拟)

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轴流泵内鱼体的运动行为与撞击损伤分析 被引量：2

7

作者 杨丹丹 赵明翔 +1 位作者 SHEN Lian 罗先武 《水电与抽水蓄能》 2021年第2期26-31,共6页

为了研究轴流泵中的鱼体运动行为及撞击损伤机理,采用大涡模拟与沉浸边界相结合的方法,并基于流固耦合方法进行了鱼体在轴流泵中运动的数值模拟。通过比较基于数值模拟预测的轴流泵外特性与试验值,验证了数值计算方法的可靠性。研究表... 为了研究轴流泵中的鱼体运动行为及撞击损伤机理,采用大涡模拟与沉浸边界相结合的方法,并基于流固耦合方法进行了鱼体在轴流泵中运动的数值模拟。通过比较基于数值模拟预测的轴流泵外特性与试验值,验证了数值计算方法的可靠性。研究表明鱼体与轴流泵流道的碰撞主要发生在叶轮进口。与文献中叶片撞击模型预估的数值相比,采用流固耦合方法计算得到的鱼体通过叶轮进口的时间更长,这说明鱼体的实际通过能力低于已有方法预测的结果;不同长度的鱼体通过轴流泵的运动轨迹与撞击概率均明显不同。随着鱼体长度的增大,鱼体的通过能力变差。此外,鱼体在叶轮进口处的通过能力与鱼体长度、碰撞后的运动姿态有关,且长度大的鱼易受到叶轮叶片撞击与导叶撞击的双重损伤。研究结果可为减少鱼类撞击概率,提高鱼类存活率的鱼类友好型水力机械优化设计提供科学依据。 展开更多

关键词 轴流泵 流固耦合 沉浸边界法 撞击损伤

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激波与障碍物作用加速衰减的数值研究 被引量：1

8

作者 沙莎 陈志华 姜孝海 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2014年第9期239-244,共6页

强激波在管道内传播时与障碍物作用会发生绕射和反射,同时还会生成膨胀波等复杂波系结构。初步研究表明,若障碍物形状合适,则可导致激波强度衰减,但其衰减程度与障碍物形状的关系则仍待进一步研究。该文利用高阶数值格式结合沉浸边界法(... 强激波在管道内传播时与障碍物作用会发生绕射和反射,同时还会生成膨胀波等复杂波系结构。初步研究表明,若障碍物形状合适,则可导致激波强度衰减,但其衰减程度与障碍物形状的关系则仍待进一步研究。该文利用高阶数值格式结合沉浸边界法(IBM)以及自适应网格加密(AMR)技术,对激波在管道内与不同迎风面角度的障碍物作用过程进行了数值模拟,对激波与障碍物作用衰减的机理进行了分析,并对三种障碍物对激波衰减的效果进行了对比分析,结果表明,迎风面斜率为负的障碍物相对于其他两种障碍物具有最佳激波衰减效果。另外,与目前隧道中常用的壁面为矩形障碍物的模型为算例进行了对比,结果表明,该三角形模型比矩形障碍物具有更显著的激波衰减效果。 展开更多

关键词 流体力学 激波衰减 数值模拟 WENO格式 沉浸边界法

原文传递

高精度PPM格式在湍流燃烧中的应用

9

作者 应展烽 范宝春 +1 位作者 陈志华 叶经方 《爆炸与冲击》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第1期1-6,共6页

利用处理三维可压缩粘性流体流动问题中的沉浸边界法,并结合基于PPM方法的高精度TVD格式,对三维方形管道中部的圆柱火焰绕流及惰性气体绕流问题进行了数值模拟。计算湍流时采用大涡模拟(LES),化学反应速率采用EBU漩涡破碎模型。通过计... 利用处理三维可压缩粘性流体流动问题中的沉浸边界法,并结合基于PPM方法的高精度TVD格式,对三维方形管道中部的圆柱火焰绕流及惰性气体绕流问题进行了数值模拟。计算湍流时采用大涡模拟(LES),化学反应速率采用EBU漩涡破碎模型。通过计算结果与实验结果的比较,发现高精度PPM格式能精确模拟两类圆柱绕流问题。计算中还发现,火焰圆柱绕流算例中,在火焰翻越圆柱前,由于燃烧的膨胀作用,使得火焰正面前的未燃气体流动并形成惰性气体绕流,这与无燃烧时的惰性气体绕流类似。但当火焰翻越圆柱过程中及完全翻越圆柱后,两种算例绕流流场出现明显变化。 展开更多

关键词 流体力学 高精度PPM格式 大涡模拟 湍流燃烧 沉浸边界法

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高速运动弹丸诱导的瞬态流场数值研究

10

作者 姜孝海 范宝春 李鸿志 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第9期1579-1584,共6页

采用基于任意拉格朗日欧拉(ALE)方程的动网格及嵌入网格法,结合二阶精度Roe格式和沉浸边界法,对弹丸由高压气体驱动从静止状态加速至超声速,射出膛口到完全飞离初始流场的整个过程进行了数值模拟.根据数值结果,详细讨论了初始流场、火... 采用基于任意拉格朗日欧拉(ALE)方程的动网格及嵌入网格法,结合二阶精度Roe格式和沉浸边界法,对弹丸由高压气体驱动从静止状态加速至超声速,射出膛口到完全飞离初始流场的整个过程进行了数值模拟.根据数值结果,详细讨论了初始流场、火药燃气流场的形成与发展以及与弹丸的耦合和相互作用过程. 展开更多

关键词 任意拉格朗日欧拉(ALE)方程 二阶Roe方法 沉浸边界法 膛口流场 动力学过程

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柔性丝线与下游圆柱相互作用的二维数值模拟研究

11

作者 周凯 陈维山 《工程力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第12期40-48,共9页

基于格子Boltzmann方法和沉浸边界法,首先对柔性丝线在均匀来流中的周期性摆动和圆柱绕流进行了二维数值模拟,并将模拟结果已有研究成果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为... 基于格子Boltzmann方法和沉浸边界法,首先对柔性丝线在均匀来流中的周期性摆动和圆柱绕流进行了二维数值模拟,并将模拟结果已有研究成果进行了对比分析。为提高计算效率和计算精度,采用了多块网格耦合算法,并在圆柱曲边界处采用了较为精确的边界处理方法。通过分析柔性丝线的升阻力系数和末端位移,研究了丝线与下游圆柱间距对丝线摆动和尾流特征的影响,并讨论了雷诺数和柔性丝线质量比对结果的影响。通过数值模拟结果得出:下游刚体的存在对柔性丝线有明显的减阻效果;在一定的参数范围内,由于粘滞作用和涡的相互作用,丝线末端的摆动幅值随间距增大相继出现了减小和变大的现象;雷诺数的增大可以增强丝线运动,而丝线质量比起到了不稳定作用。 展开更多

关键词 多块格子Boltzmann方法 沉浸边界法 流场特征 耦合运动 柔性丝线

原文传递

基于沉浸边界法的鱼体自主游动数值仿真

12

作者 胡亚南 陈维山 伍志军 《机械设计与制造》 北大核心 2013年第3期46-48,52,共4页

沉浸边界法是一种通过在流场中加入一个虚拟边界的方法实现壁面的无滑移效应的有限差分法,而虚拟边界是通过计算反馈力的方法得到。陈述了基于沉浸边界法的一种数值计算方法,并且利用这种数值方法对固定及简谐振动圆柱绕流进行了数值仿... 沉浸边界法是一种通过在流场中加入一个虚拟边界的方法实现壁面的无滑移效应的有限差分法,而虚拟边界是通过计算反馈力的方法得到。陈述了基于沉浸边界法的一种数值计算方法,并且利用这种数值方法对固定及简谐振动圆柱绕流进行了数值仿真,并将计算所得到的压力、涡量云图、流线以及阻力系数与文献进行对比,结果较为符合,验证了数值算法的可靠性;对于雷诺数Re=2500下摆动频率为2Hz的鱼体进行了自主游动数值仿真,得到稳定平均速度在1.35倍体长左右,推进效率η=76.4%。 展开更多

关键词 沉浸边界法 圆柱绕流 自主游动 鲹科模式

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