类蜂窝结构对腔体流动分岔的影响研究

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作者 管永科 郭世鹏 +1 位作者 桑为民 安博 《力学学报》 北大核心 2025年第3期569-577,共9页

流动分岔对于厘清流场物理特性意义非凡,对于工程实际中遇到的流动问题分析和相关应用有着非常重要的指导意义.作为流体力学中的经典问题,腔体流动在很多重要领域都被广泛应用,具备极高的研究价值.对于腔体内流流动而言,腔体几何构型对... 流动分岔对于厘清流场物理特性意义非凡,对于工程实际中遇到的流动问题分析和相关应用有着非常重要的指导意义.作为流体力学中的经典问题,腔体流动在很多重要领域都被广泛应用,具备极高的研究价值.对于腔体内流流动而言,腔体几何构型对于流动分岔的类型和临界雷诺数影响较大.针对目前国内外研究现状,部分几何构型对于流动分岔的影响规律尚未明晰.文章通过基于直角网格的LBM算法和流场稳定性分析理论,针对类蜂窝构型的腔体内流开展数值模拟和流动现象机理分析研究,揭示了类蜂窝结构对于内流流场流动分岔的影响机制.对比之前的研究,着重探究类蜂窝构型对于Hopf、Neimark-Sacker以及Turbulence-triggering流动分岔的影响以及该构型内流动演化模式和涡系发展特征,从物理层面分析流动现象的形成机理.研究结果表明,虽然类蜂窝构型不会影响流动分岔的类型以及流场演化模式,但是对于流动分岔的临界值影响较大.可以有效推迟流动失稳和湍流出现,极大地提升了内流流场的稳定性.此外,该流场内的涡系结构及演化规律异常稳定. 展开更多

关键词 顶盖驱动腔体内流 类蜂窝结构 流场稳定性 格子玻尔兹曼方法 流动分岔

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基于格子Boltzmann方法模拟方腔顶盖驱动流 被引量：5

2

作者 韩善灵 朱平 林忠钦 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第1期64-66,73,共4页

格子Boltzmann方法是使用时间和空间完全离散的细观模型来模拟流体宏观行为的一种新方法,模型的平均行为符合宏观的Navier-Stokes方程。给出了格子Boltzmann方法详细的求解过程,提出了一种简化的固壁边界条件处理方法。用格子Boltzmann... 格子Boltzmann方法是使用时间和空间完全离散的细观模型来模拟流体宏观行为的一种新方法,模型的平均行为符合宏观的Navier-Stokes方程。给出了格子Boltzmann方法详细的求解过程,提出了一种简化的固壁边界条件处理方法。用格子Boltzmann方法对方腔顶盖驱动流进行了数值模拟,并对模拟结果进行了分析和讨论。通过与前人已有的试验及数值研究结果对比,验证了格子Boltzmann方法的正确性。 展开更多

关键词 格子BOLTZMANN方法 方腔顶盖驱动流 边界条件 数值模拟

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MRT-LBM三重网格局部加密算法研究 被引量：5

3

作者 曲延鹏 张坤 陈颂英 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期441-448,共8页

应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时,可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区,相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续,不同区域的... 应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时,可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区,相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续,不同区域的分布函数通过过渡区边界点进行传递,运算程序采用碰撞-迁移算法,给出了数据的初始化过程和加密的网格结构.通过对含非对称放置的粒子Couette流动,分别采用标准Boltzmann、全场加密、局部二重加密和三重加密的4种网格进行计算.数值计算结果表明,三重网格加密算法减少了计算结果的波动.对方腔流顶盖下方左右奇异角落处应用三重局部网格加密,结果显示,对雷诺数1 000的方腔流动,沿腔中心线的速度分布与经典文献结果对比效果良好,压力轮廓图的噪声明显降低,应力振荡明显减少.模拟结果证实了所建立的局部加密方法的有效性. 展开更多

关键词 格子BOLTZMANN方法 多松弛时间模型 局部网格加密 COUETTE流动 方腔流动

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任意精度的三点紧致显格式及其在CFD中的应用 被引量：6

4

作者 林建国 谢志华 +1 位作者 周俊陶 林建忠（推荐） 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2007年第7期843-852,共10页

通过在泰勒级数展开中运用逐阶迭代的方法,推导出了空间任意精度的三点紧致显格式的表达式,又由Fourier分析法得到了格式的数值弥散和耗散特性.与以往的高精度紧致差分格式不同,提出的格式不用隐式求解代数方程组并且可以达到任意精度.... 通过在泰勒级数展开中运用逐阶迭代的方法,推导出了空间任意精度的三点紧致显格式的表达式,又由Fourier分析法得到了格式的数值弥散和耗散特性.与以往的高精度紧致差分格式不同,提出的格式不用隐式求解代数方程组并且可以达到任意精度.通过方波问题和顶盖方腔流的算例表明,格式在稀疏网格下可以得到很高的精度,不仅能节省计算量,而且易于编程,有很高的计算效率. 展开更多

关键词 任意精度 紧致 三节点 显格式 方腔流

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不可压缩粘性流动的CBS有限元解法 被引量：3

5

作者 孙旭 张家忠 +1 位作者 周志宏 徐忠 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第5期862-867,共6页

对于二维不可压缩粘性流动,首先通过坐标变换的方式得到了的不含对流项的NS方程,并给出了CBS有限元方法求解的一般过程。结合一类同时含有压力和速度的出口边界条件,对方腔顶盖驱动流、后向台阶绕流和圆柱绕流进行了计算。所得结果与基... 对于二维不可压缩粘性流动,首先通过坐标变换的方式得到了的不含对流项的NS方程,并给出了CBS有限元方法求解的一般过程。结合一类同时含有压力和速度的出口边界条件,对方腔顶盖驱动流、后向台阶绕流和圆柱绕流进行了计算。所得结果与基准解符合良好,验证了CBS算法对于定常、非定常粘性不可压缩流动问题的可行性和所用出口边界条件的无反射特性。特别的,对于圆柱绕流,Re=100时非定常升、阻力系数及漩涡脱落等非定常都得到了较好地模拟,为一进步研究自激振动等更加复杂的非定常流动问题奠定了基础。 展开更多

关键词 CBS 有限元 方腔顶盖驱动流 后向台阶绕流 圆柱绕流

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非稳态流动的隐式最小二乘等几何方法 被引量：2

6

作者 陈德祥 刘帅 +1 位作者 徐自力 胡哺松 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期639-643,共5页

对非稳态粘性不可压流动问题提出了一种隐式最小二乘等几何计算方法。该方法先用隐式的向后多步差分格式对Navier-Stokes方程进行时间离散,再用Newton法线性化对流项,最后在每个时间步上用最小二乘等几何方法进行求解。根据该算法编制... 对非稳态粘性不可压流动问题提出了一种隐式最小二乘等几何计算方法。该方法先用隐式的向后多步差分格式对Navier-Stokes方程进行时间离散,再用Newton法线性化对流项,最后在每个时间步上用最小二乘等几何方法进行求解。根据该算法编制了计算程序,通过构造解析解的方法验证了程序的正确性,用该程序求解了雷诺数为5000时的非稳态二维顶盖驱动流问题,计算结果捕捉到了流动过程中涡的演化过程,表明本文方法可用于非稳态流动的求解。 展开更多

关键词 非稳态流动 NAVIER-STOKES 方程 最小二乘等几何方法 隐式差分格式 顶盖驱动流

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镜像对称顶盖驱动方腔内流过渡流临界特性研究 被引量：4

7

作者 安博 孟欣雨 桑为民 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第9期2409-2418,共10页

流场过渡流临界特性是指流场因流动状态改变而引起的流场物理特性变化.如流动从定常演化为非定常周期性时,流动处于过渡状态的物理性质.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对认清流动现象的形成机理有重要意义.本文在... 流场过渡流临界特性是指流场因流动状态改变而引起的流场物理特性变化.如流动从定常演化为非定常周期性时,流动处于过渡状态的物理性质.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对认清流动现象的形成机理有重要意义.本文在之前腔体内流流场过渡流临界特性研究的基础上,针对镜像对称顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场稳定性分析研究,捕捉各流动分岔点,如Hopf流动分岔点和Neimark-Sacker流动分岔点等,并揭示其对流场特性的影响;分析流场演化模式,随着雷诺数增大从定常状态依次演化为非定常周期性流动、准周期性流动和湍流;揭示各种流动现象的形成机理,如流动滞后、对称性破坏、能量级串等;分析流场拓扑结构,阐明流场镜像对称性和流场稳定性的关系.本文研究成果有助于揭示该流场的物理特性,进一步完善了内流流场特性的研究.研究发现,针对本文镜像对称方腔顶盖驱动内流,流场稳定性的破坏总是以Hopf流动分岔点的出现而发生并且伴随着流场对称性的破坏;流场演化模式符合经典的Ruelle-Takens模式;流动从定常状态演化至非定常周期性流动时存在流动滞后现象. 展开更多

关键词 镜像对称顶盖驱动方腔 过渡流临界特性 流场稳定性 流场对称性 流动分岔点

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高雷诺数顶盖驱动方腔流实验 被引量：3

8

作者 张金凤 常璐 马平亚 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第2期250-256,共7页

为得到高雷诺数（1×10^5-1×10^6）条件下顶盖驱动方腔水流流场和速度分布,设计了边长为0.2 m和0.5 m的立方腔,并利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）对方腔流流场进行测量,分析方腔流流场特性和边壁对流... 为得到高雷诺数（1×10^5-1×10^6）条件下顶盖驱动方腔水流流场和速度分布,设计了边长为0.2 m和0.5 m的立方腔,并利用粒子图像测速技术（Particle Image Velocimetry,PIV）对方腔流流场进行测量,分析方腔流流场特性和边壁对流场影响规律。结果表明：雷诺数达到5×10^5时方腔流中主涡旋发生变形,雷诺数从5×10^5增大到1×10^6过程中,中间的初级涡旋（Primary eddy,PE）继续变形,并分裂成两个涡旋;随着雷诺数的增大,顺流次级涡旋（Downstream Secondary Eddy Region,DSE）区域面积缩小,雷诺数为5×10^5时DSE区域可看到成型的涡旋,当雷诺数为1×10^6时,DSE区域继续缩小,在同样条件下看不到成型的涡旋;雷诺数增大的过程中各边壁的边界层变薄,边壁对方腔流流场特性影响明显。 展开更多

关键词 顶盖驱动方腔流 雷诺数 粒子图像测速 流场 顺流次级涡旋

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深纵比对方腔过渡流临界特性的影响研究 被引量：1

9

作者 安博 孟欣雨 +1 位作者 郭世鹏 桑为民 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第6期1247-1256,共10页

流场过渡流临界特性是指流场因流动分岔而引起的流动状态和流场物理特性变化.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对解释复杂流动现象意义重大.文章针对不同深纵比(R∈[0.1,2.0])的顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场... 流场过渡流临界特性是指流场因流动分岔而引起的流动状态和流场物理特性变化.它从根本上决定了流动演化模式和流场特性等物理规律,对解释复杂流动现象意义重大.文章针对不同深纵比(R∈[0.1,2.0])的顶盖驱动方腔内流开展数值模拟和流场稳定性分析研究.预测Hopf,Neimark-Sacker和period-doubling流动分岔及湍流始现的临界雷诺数;分析流场演化模式,发现对应不同的深纵比,有些流动遵循经典的Ruelle-Takens模式,有些流动则会由周期性流动跃变至湍流;捕捉和分析各种流动现象,如流场稳定性丧失、能量级串、流场拓扑结构变化规律等.研究成果对于揭示深纵比这一几何参数对腔体内流过渡流临界特性的影响规律意义重大,进一步完善了内流流场特性的研究.研究发现,Moffatt效应不仅存在于拥有尖锐夹角的内部流动中,也出现于挤压拉伸的狭长空间;无论是深腔还是浅腔,流场稳定性最初的破坏总是以Hopf流动分岔的出现而开始;就浅腔(R<1.0)而言,随着深纵比逐渐增加,Hopf流动分岔的临界雷诺数越来越小,流动更容易变为非定常状态,说明流场稳定性变得越来越容易被破坏;就深腔(R>1.0)而言,相较于经典方腔驱动内流(R=1.0),流场稳定性更容易丧失;沿纵向的几何外形拉伸并不是提升流场稳定性的强制约束. 展开更多

关键词 顶盖驱动方腔流动 过渡流临界特性 流场稳定性 深纵比 流动分岔

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改进的基于特征线的N-S方程算子分裂有限元法

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作者 水庆象 王大国 沈连山 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2016年第4期381-392,共12页

基于特征线的Navier-Stokes(N-S)方程算子分裂有限元法(CBOS有限元法)的核心是在每一个时间层上,采用算子分裂法将N-S方程的对流项和扩散项分开求解;对流项的求解过程借鉴了简单显式特征线时间离散,显式求解。该文在原CBOS有限元法基础... 基于特征线的Navier-Stokes(N-S)方程算子分裂有限元法(CBOS有限元法)的核心是在每一个时间层上,采用算子分裂法将N-S方程的对流项和扩散项分开求解;对流项的求解过程借鉴了简单显式特征线时间离散,显式求解。该文在原CBOS有限元法基础上推导了一种更加精确的对流项显式离散方法。通过自编程序对方腔流进行数值模拟,表明该算法具有更高的计算精度。低雷诺数下圆柱绕流计算所得的阻力系数、升力系数、斯特劳哈数等与已有数据较为接近,表明该文中算法能较准确地模拟圆柱绕流的流场特性;最后,文中分析了Re=200时圆柱绕流在一个周期内所受升力变化与对应流场中压力和流线演化的关系。 展开更多

关键词 N-S方程 CBOS有限元法 方腔流 圆柱绕流

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求解不可压缩流动的一种新算法

11

作者 张常贤 高歌 闫文辉 《科学技术与工程》 2011年第31期7594-7600,共7页

在Jameson有限体积法的基础上发展了一种模拟不可压流动的数值方法。该算法用四步Runge-Kutta时间推进法直接求解非线性的动量方程,充分利用了良好的非线性收敛特性,并从连续方程出发推导了求解压力的方程,解决了压力与速度的耦合问题... 在Jameson有限体积法的基础上发展了一种模拟不可压流动的数值方法。该算法用四步Runge-Kutta时间推进法直接求解非线性的动量方程,充分利用了良好的非线性收敛特性,并从连续方程出发推导了求解压力的方程,解决了压力与速度的耦合问题。最后用该方法在同位网格上,对二维平板边界层流、二维顶盖驱动方腔层流及二维扩压器管道湍流进行了数值模拟。计算结果与理论值、标准解及试验数据进行了比较分析,从而证实了该方法对模拟不可压流动的适用性,并显示出了编程简单、易于推广、计算效率高等优点。 展开更多

关键词 数值模拟 不可压缩流动 顶盖驱动方腔流 扩压管道流动

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二维不可压缩Navier-Stokes方程的并行谱有限元法求解 被引量：2

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作者 胡园园 谢江 张武 《计算机应用》 CSCD 北大核心 2017年第1期42-47,共6页

针对不可压缩Navier-Stokes(N-S)方程求解过程中的有限元法存在计算网格量大、收敛速度慢的缺点,提出了基于面积坐标的三角网格剖分谱有限元法(TSFEM)并进一步给出了利用OpenMP对其并行化的方法。该算法结合谱方法和有限元法思想,选取... 针对不可压缩Navier-Stokes(N-S)方程求解过程中的有限元法存在计算网格量大、收敛速度慢的缺点,提出了基于面积坐标的三角网格剖分谱有限元法(TSFEM)并进一步给出了利用OpenMP对其并行化的方法。该算法结合谱方法和有限元法思想,选取具有无限光滑特性的指数函数取代传统有限元法中的多项式函数作为基函数,能够有效减少计算网格数量,提高算法的精度和收敛速度;利用面积坐标便于三角形单元计算的特点,选取三角单元作为计算单元,增强了适用性;在顶盖方腔驱动流问题上对该算法进行验证。实验结果表明,TSFEM较传统有限元法(FEM)无论是收敛速度还是计算效率都有了显著提高。 展开更多

关键词 不可压缩N-S方程 OPENMP 方腔驱动流 高精度 无穷收敛性

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SIMPLE算法的一种改进格式 被引量：3

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作者 秦剑 潘华辰 +1 位作者 田晓庆 RAHMAN M M 《应用力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期2398-2404,共7页

在连续性方程中人为加入压力的时间导数项,将人工可压缩方法与压力泊松方程相结合起来,有效抑制了由于守恒变量和非守恒变量转换引起的密度波动;运用改进的非线性动量插值格式对网格界面处的速度进行离散,消除了交错网格下棋盘式的压力... 在连续性方程中人为加入压力的时间导数项,将人工可压缩方法与压力泊松方程相结合起来,有效抑制了由于守恒变量和非守恒变量转换引起的密度波动;运用改进的非线性动量插值格式对网格界面处的速度进行离散,消除了交错网格下棋盘式的压力波动,减小了网格界面处的数值耗散限。为验证该方法的通用性,依次对方腔自然对流、顶盖驱动流和后向阶梯流进行了数值分析,证实该算法在收敛速度、稳定性方面均有较大提升。 展开更多

关键词 SIMPLE算法 人工压缩方法 方腔自然对流 顶盖驱动流 后向阶梯流

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惯量松弛因子在格子Boltzmann 方法中的应用 被引量：2

14

作者 王颖娟 龚光彩 +2 位作者 石星 龚子彻 刘永超 《工程数学学报》 CSCD 北大核心 2021年第2期195-206,共12页

格子Boltzmann方法作为一种较成熟的数值模拟方法被广泛应用到了各个领域,尤其在解决多孔介质问题时有其独特的优越性,但当流动问题过于复杂时计算效率较低.因此本文将惯量松弛因子引入到格子Boltzmann方法中,对二维、三维顶盖驱动方腔... 格子Boltzmann方法作为一种较成熟的数值模拟方法被广泛应用到了各个领域,尤其在解决多孔介质问题时有其独特的优越性,但当流动问题过于复杂时计算效率较低.因此本文将惯量松弛因子引入到格子Boltzmann方法中,对二维、三维顶盖驱动方腔流动进行了数值模拟.模拟分别从计算效率、计算精度、以及计算稳定性等方面将使用不同惯量松弛因子所得的结果与基准解进行比较,并进行讨论和分析.结果显示当惯量松弛因子取0.03到0.05之间时能使模拟结果在保持较高精度的同时提高计算效率,而且随着惯量松弛因子的增大计算效率提高得也越快,在工程材料与能源环境领域将有着重要应用. 展开更多

关键词 惯量松弛因子 格子BOLTZMANN方法 顶盖驱动流 计算效率 收敛速度

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配置点谱方法-人工压缩法(SCM-ACM)求解不可压缩流体流动

15

作者 牟永强 郝建超 +2 位作者 张敬奎 董华 林欢 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期304-309,共6页

开发了配置点谱方法SCM(spectral collocation method)与人工压缩法ACM(artificial compressibility method)相结合的方法 SCM-ACM,用于求解不可压缩粘性流动问题。选取典型的方腔顶盖驱动流为研究测试对象,首先建立人工压缩格式的控制... 开发了配置点谱方法SCM(spectral collocation method)与人工压缩法ACM(artificial compressibility method)相结合的方法 SCM-ACM,用于求解不可压缩粘性流动问题。选取典型的方腔顶盖驱动流为研究测试对象,首先建立人工压缩格式的控制方程,其次采用SCM离散控制方程的空间偏微分项,推导出矩阵形式的代数方程,最后测试了SCM-ACM代码的有效性。结果显示,SCM-ACM能够有效求解不可压缩流动问题,并继承了谱方法的指数收敛特性,且具有ACM求解过程简单及易于实施的特点。 展开更多

关键词 SCM-ACM 配置点谱方法 人工压缩法 顶盖驱动流 不可压缩流动

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单个中性球形颗粒在三维方腔中的运动 被引量：1

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作者 李洋 夏振华 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期109-119,I0002,共12页

采用多松弛格子Boltzmann方法模拟了单个中性球形颗粒在三维顶盖驱动方腔流中的运动。考虑了展向弱受限的对称边界和强受限的固壁边界两种情况下初始位置、颗粒大小以及雷诺数的影响。对于展向弱受限的情形,发现颗粒的初始位置显著影响... 采用多松弛格子Boltzmann方法模拟了单个中性球形颗粒在三维顶盖驱动方腔流中的运动。考虑了展向弱受限的对称边界和强受限的固壁边界两种情况下初始位置、颗粒大小以及雷诺数的影响。对于展向弱受限的情形,发现颗粒的初始位置显著影响着最终的运动轨迹。根据相图被划分为三个区域:外层稳定区、内层稳定区以及涡中心区域。通过对颗粒受力的分解解释了其在极限环上运动的机理。此外,还详细介绍了球形颗粒在极限环上的顺时针旋转运动。随着雷诺数的增加,颗粒逐渐向外围靠近,不断旋转达到相应的极限环轨迹。对于选定的初始位置,观察到在高雷诺数时大颗粒向外迁移,而在低雷诺数时大颗粒的极限环靠近涡中心。对于展向强受限的情形,极限环与颗粒的初始位置无关。随着雷诺数的增加,除方腔左上角外,极限环轨迹有向外迁移的趋势。最后,随着颗粒尺寸的增大,极限环向方腔内部收缩。 展开更多

关键词 格子BOLTZMANN方法 顶盖驱动流 方腔 中性悬浮 球形颗粒

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