滑坡–堵江–涌浪灾害链模拟的DEM–CFD耦合分析方法及其应用 被引量：9

1

作者 李东阳 年廷凯 +1 位作者 吴昊 张彦君 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期141-149,共9页

滑坡–堵江–涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡–河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法(DEM)与计算流体动力学(CFD)耦合数值方法,通过在局部平均DEM–CFD耦合方法中引入流体体积法(VOF)建立了一套... 滑坡–堵江–涌浪灾害链的演化过程涉及复杂的滑坡–河流相互作用。为了真实再现这一演进过程,本文提出了一种扩展的离散元法(DEM)与计算流体动力学(CFD)耦合数值方法,通过在局部平均DEM–CFD耦合方法中引入流体体积法(VOF)建立了一套能够描述河流自由水面演化的扩展DEM–CFD耦合数值框架,实现了对滑坡涌浪形成及传播过程的追踪;并提出了一种新的局部孔隙率计算方法即虚拟球模型,来克服网格颗粒临界尺寸比的限制,从而实现复杂地形建模要求;进一步通过多个典型算例验证其准确性和有效性。在此基础上,开展了滑坡–堵江–涌浪灾害链演化模拟,并应用至白格滑坡坝形成过程复演,深入分析了滑坡–河流动态演化过程及耦合作用机理。结果表明:所提出的方法能够准确模拟滑坡–河流相互作用;滑坡–河流–河谷地形的耦合作用驱动了灾害演化,滑坡体驱动了涌浪的传播,而河流则增加了滑坡体的动能耗散,且对其沉积过程在河流流向上产生相反影响;模拟得到的白格滑坡运移路径、沉积形态及涌浪侵蚀面积与实地调查结果吻合度较高,成功再现了2018年10月11日白格滑坡堵江事件。本文所提出的扩展DEM–CFD耦合数值方法为深入研究滑坡–堵江–涌浪灾害链演化机制提供了有力的数值工具,对于灾害预测及防灾减灾策略的制定具有一定的参考价值。 展开更多

关键词 滑坡堵江 滑坡涌浪 灾害链 dem–cfd耦合方法 滑坡–河流相互作用 白格滑坡

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基于“一维系统+三维CFD”耦合方法的快堆非能动余热排出系统自然循环特性的数值模拟

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作者 陆道纲 宋海洁 +3 位作者 郭劲松 赵海琦 张钰浩 隋丹婷 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第9期1833-1843,共11页

池式快堆采用了新型非能动堆内直接余热排出(DRACS)方式,提升了快堆的安全性。目前针对池式快堆自然循环开展的数值模拟研究中,系统程序难以准确预测池内复杂自然循环路径,难以准确模拟池内三维热工水力现象,如果采用三维CFD计算建模及... 池式快堆采用了新型非能动堆内直接余热排出(DRACS)方式,提升了快堆的安全性。目前针对池式快堆自然循环开展的数值模拟研究中,系统程序难以准确预测池内复杂自然循环路径,难以准确模拟池内三维热工水力现象,如果采用三维CFD计算建模及网格划分难度较高,且所需计算资源较大。为此本文开发了“一维系统+三维CFD”耦合方法,用于快堆非能动余热排出系统自然循环特性计算分析。利用日本大型钠回路实验台架(PLANDTL)DRACS自然循环模式对该耦合方法进行验证,稳态工况关键位置参数相对误差小于3%,瞬态工况关键位置参数与实验值变化趋势吻合较好,相对误差小于10%,验证了该耦合方法的适用性和准确性。利用该耦合方法,开展了中国实验快堆(CEFR)自然循环及余热排出特性计算分析,识别了池内自然循环流动路径,揭示了池内温度分层以及盒间流现象。本文方法可为大型钠冷快堆自然循环三维瞬态特性分析提供重要数值方法。 展开更多

关键词 “一维系统+三维cfd”耦合方法 快堆非能动余热排出 自然循环 堆内直接余热排出系统

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考虑粒间滚动阻力的CFD-DEM流-固耦合数值模拟方法 被引量：29

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作者 王胤 艾军 杨庆 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期1771-1780,共10页

在离散元(DEM)和计算流体动力学(CFD)程序基础上,运用流-固相互作用力方程建立三维CFD-DEM细观耦合数值模拟模型。CFD-DEM的控制方程包括流体-颗粒相互作用力方程、CFD的流体和DEM的颗粒运动方程。其中,考虑到土颗粒的形状效应,引入颗... 在离散元(DEM)和计算流体动力学(CFD)程序基础上,运用流-固相互作用力方程建立三维CFD-DEM细观耦合数值模拟模型。CFD-DEM的控制方程包括流体-颗粒相互作用力方程、CFD的流体和DEM的颗粒运动方程。其中,考虑到土颗粒的形状效应,引入颗粒滚动阻力机制,介绍了适用性较强的滚动阻力模型。在开源耦合程序CFDEM的框架下,定制CFD开源程序Open FOAM与DEM开源程序LIGGGHTS之间的双向耦合,实现基于颗粒细观的流-固耦合计算。通过砂堆和砂土渗流的模拟分别验证了所嵌入的滚动阻力模型的有效性及耦合模型的可行性。模拟结果表明,圆柱土体中向上渗流流速与水力梯度关系与经典的Ergun理论解接近;耦合模型中所引入的颗粒间滚动阻力模型能够很好地反映颗粒形状对砂堆形成休止角和土体堆积孔隙率的影响。 展开更多

关键词 cfd dem 流固耦合 滚动阻力 固体颗粒 渗流

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大颗粒气力输运的CFD与EDEM耦合计算方法 被引量：3

4

作者 王欢 孙科 +1 位作者 任博扬 宋江涛 《科学技术与工程》 北大核心 2022年第11期4603-4608,共6页

为掌握冰雹颗粒抛射运动过程规律,以支撑冰雹抛射装置设计,需进行冰雹颗粒气力输运过程计算。通过计算流体力学与离散单元法双向耦合进行冰雹等大颗粒气力输运问题的模拟仿真。通过进行不同气源压力、不同抛射管径、不同抛射管长、不同... 为掌握冰雹颗粒抛射运动过程规律,以支撑冰雹抛射装置设计,需进行冰雹颗粒气力输运过程计算。通过计算流体力学与离散单元法双向耦合进行冰雹等大颗粒气力输运问题的模拟仿真。通过进行不同气源压力、不同抛射管径、不同抛射管长、不同冰雹流量条件下的计算及对比,得到随着气源压力的增大,冰雹抛射速度逐渐增大,气流流量逐渐增大;随着抛射管径的增大,冰雹速度逐渐增大,气流流量平方级增长;随着抛射管长的增大,冰雹速度基本保持不变,气流流量略有减小;随着冰雹流量的增大,冰雹速度逐渐减小,气流流量逐渐减小。 展开更多

关键词 气力输运 冰雹 双向耦合 计算流体力学(cfd) 离散单元法(dem)

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调谐液柱阻尼器-结构系统风致振动响应的CFD/CSD耦合分析方法

5

作者 黄鹏 吴玖荣 +2 位作者 傅继阳 孙连杨 王加雷 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第11期236-245,254,共11页

针对调谐液柱阻尼器(tuned liquid column damper, TLCD)难以建立其精确的非线性理论分析模型,且其力学性能试验成本高和耗时长等问题,首先采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,对TLCD系统的力学性能和动力特征进行仿真模拟,在此基础... 针对调谐液柱阻尼器(tuned liquid column damper, TLCD)难以建立其精确的非线性理论分析模型,且其力学性能试验成本高和耗时长等问题,首先采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,对TLCD系统的力学性能和动力特征进行仿真模拟,在此基础上进一步提出了基于计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合分析方法,求解带TLCD系统的高层建筑结构的风致动力响应。通过开展某一TLCD系统在特定底部激励下的力学性能和动力特性试验,得到其内液体晃荡的自由液面波高和晃动力时程,验证了CFD数值模拟方法可以准确地分析TLCD水箱内液体的非线性晃动特征。随后对风工程领域广泛采用的76层建筑结构振动控制Benchmark模型,假设其顶部设置TLCD系统时主体结构在三种风速重现期(10、50和100年)风速对应的横风向动力风荷载激励下的风致控制效率,采用提出的CFD/CSD耦合分析方法,进行了数值仿真模拟分析。耦合分析结果表明,TLCD系统对Benchmark模型的风致加速度、速度和位移响应均有一定的控制效果,对加速度响应的控制效果要优于对位移响应的控制效果。该研究方法可为复杂TLCD系统对高层建筑的风振控制分析提供有效的参考。 展开更多

关键词 调谐液柱阻尼器(TLCD) 高层结构 风振控制 计算流体动力学(cfd) 计算结构动力学(CSD) cfd/CSD耦合分析方法

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谷物清选CFD-DEM耦合模拟研究 被引量：7

6

作者 汤庆 吴崇友 +2 位作者 吴俊 王刚 江涛 《农机化研究》 北大核心 2015年第1期35-38,共4页

清选是收获机械中至关重要的过程,直接影响收获效率,通过对谷物清选的研究可以指导收获机械的设计,降低生产成本。为此,分析了国内外在谷物清选CFD-DEM耦合模拟技术的研究现状,发现现有的研究多局限在单一的CFD模拟和DEM模拟,这种方法... 清选是收获机械中至关重要的过程,直接影响收获效率,通过对谷物清选的研究可以指导收获机械的设计,降低生产成本。为此,分析了国内外在谷物清选CFD-DEM耦合模拟技术的研究现状,发现现有的研究多局限在单一的CFD模拟和DEM模拟,这种方法不能够全面体现清选室中气流场、振动筛和物料的相互作用。CFD-DEM耦合模拟技术将气流场和振动筛分作为一个系统来研究,是未来谷物清选模拟研究的发展方向。 展开更多

关键词 谷物清选 cfd—dem耦合模拟 研究现状 发展方向

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孔腔流动线谱辐射噪声的数值模拟研究——流动模态、声学模态、声振耦合和流声耦合

7

作者 张鹏 唐科范 王斌 《船舶力学》 北大核心 2025年第2期300-311,共12页

孔腔流动的线谱辐射噪声严重破坏舰艇声隐声性,其形成机理涉及流动模态、声学模态、声振耦合和流声耦合效应。本文基于CFD/CHA混合方法,数值模拟简单方腔和典型孔腔的瞬态流场、等效声源场、声学近场和远场,并通过与水洞实测数据对比验... 孔腔流动的线谱辐射噪声严重破坏舰艇声隐声性,其形成机理涉及流动模态、声学模态、声振耦合和流声耦合效应。本文基于CFD/CHA混合方法,数值模拟简单方腔和典型孔腔的瞬态流场、等效声源场、声学近场和远场,并通过与水洞实测数据对比验证数值方法适用性。本文归纳了孔腔流动模态和声学模态的特征规律,特别是定量计算了弹性壁面声振耦合效应和典型孔腔声腔复杂性对声学模态频率的影响;总结了远场辐射噪声频谱中,第一阶声学模态效应线谱成为“决定性线谱”的重要规律;分析了实际孔腔的声学模态频率大幅向低频偏移的趋势,从而显示了采取措施避免流声共振的必要性;通过解析求解,定量建立了相关水洞声学实验的截面积比必要条件,对实验模型设计具有重要指导价值。 展开更多

关键词 孔腔流动辐射噪声 声学模态 声振耦合 流声耦合 cfd/CHA混合方法 线谱控制

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时域CFD/CSD耦合方法能量精度分析及应用

8

作者 窦怡彬 徐敏 《噪声与振动控制》 CSCD 北大核心 2011年第6期62-68,共7页

研究两类时域计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合方法:串行分区方法和并行分区方法。从耦合界面能量守恒的角度分析不同耦合方法对能量守恒误差的影响。在非同位方法和并行分区方法的基础上提出非同位并行分区方法。使用不同的耦... 研究两类时域计算流体力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合方法:串行分区方法和并行分区方法。从耦合界面能量守恒的角度分析不同耦合方法对能量守恒误差的影响。在非同位方法和并行分区方法的基础上提出非同位并行分区方法。使用不同的耦合方法,对二维气动弹性算例Isogai Wing进行计算,结果表明减小耦合界面上的能量守恒误差可以有效的提高计算精度,效率高于紧耦合方法;非同位分区方法的能量守恒误差小于同位分区方法,并且可以使控制方程满足界面连续条件;非同位并行分区方法继承非同位分区方法和并行分区方法的全部优点,采用该方法计算颤振边界,和文献结果吻合。 展开更多

关键词 振动与波 气动弹性 cfd/CSD耦合方法 串行分区方法 并行分区方法

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猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟 被引量：7

9

作者 肖华波 王泽皓 +2 位作者 石伟明 王东坡 欧阳朝军 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2023年第1期161-170,共10页

滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(C... 滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(CFD)求解水体流动,采用离散单元法(DEM)模拟散粒体滑坡运动,充分利用不同计算模型的优势,对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先,利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算,从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合很好,验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后,将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析,重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程,计算结果显示:计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近;色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s,颗粒平均速度最大达到16.12 m/s;滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸,之后开始沿坡面向上爬升,最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害,可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。 展开更多

关键词 滑坡涌浪 计算流体力学(cfd) 离散单元法(dem) 耦合模型 数值模拟

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基于CFD-DEM耦合的土壤渗透性数值分析 被引量：2

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作者 李云川 赵崤隆 +3 位作者 石平平 李靖 南轩 王静 《江苏农业科学》 2020年第16期255-259,共5页

基于计算流体动力学与离散元(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,结合土壤入渗试验,进行土壤渗透系数随土层深度变化的研究。试验结果表明,随着入渗过程的持续,3、6、9 cm土柱渗透系数分别由0.0080、0.0110、0.0075 mm/s逐渐降低。在液固耦合... 基于计算流体动力学与离散元(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,结合土壤入渗试验,进行土壤渗透系数随土层深度变化的研究。试验结果表明,随着入渗过程的持续,3、6、9 cm土柱渗透系数分别由0.0080、0.0110、0.0075 mm/s逐渐降低。在液固耦合模型中,通过计算流体动力学(CFD)设置流体相参数,离散元(DEM)模拟土壤颗粒固体相,得出渗流速率与土层深度的定量变化关系式为y=ax^2+bx+c(y为渗流速率;x为土层深度;a为常数,等于-0.07886;b为常数,等于-0.00867;c为常数,等于0.09296)。通过方差分析对模型拟合的回归性方程进行验证,得到相关系数R 2=0.9503,校正决定系数R 2 adj=0.99977,都接近于1,表明拟合性好。 展开更多

关键词 土壤渗透系数 数值分析 液固耦合 cfd dem 数值模拟

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基于DEM-CFD耦合的辣椒风选模拟研究 被引量：1

11

作者 张小明 《贵州农机化》 2023年第2期4-8,共5页

为降低辣椒收获机收获的辣椒含杂率,增加辣椒风选效果,从而获得最佳辣椒分离参数。通过离散单元法(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的研究方法,对辣椒、椒叶和椒秆在不同风速和不同气流倾角下进行清选模拟,分析改变气流速度和倾角对气流速... 为降低辣椒收获机收获的辣椒含杂率,增加辣椒风选效果,从而获得最佳辣椒分离参数。通过离散单元法(DEM)与计算流体力学(CFD)耦合的研究方法,对辣椒、椒叶和椒秆在不同风速和不同气流倾角下进行清选模拟,分析改变气流速度和倾角对气流速度分布规律和对辣椒含杂率及损失率的影响。经过不同参数辣椒含杂率和损失率比较可知,在风速为20 m/s,可获得较好的风选效果,辣椒含杂率为4.624%,损失率为1.798%;而在气流速率为20 m/s,气流倾角5°的条件下,辣椒含杂率为2.382%,损失率为3.563%,此时辣椒风选效果为最佳。通过田间采收试验,可知收获机采摘的辣椒经过风选,辣椒含杂率为4.6%,辣椒损失率为4.2%,进一步验证了该机风选系统满足辣椒的风选工作。 展开更多

关键词 辣椒果实风选分离 dem与cfd耦合 不同风速与不同气流倾角 含杂率 损失率

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薄膜结构流固耦合效应的简化数值模拟方法 被引量：7

12

作者 孙晓颖 武岳 沈世钊 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2010年第10期30-35,共6页

针对薄膜结构流固耦合问题,提出一种简化数值模拟方法。该方法的基本思想是,将结构风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,在平均响应部分,主要考虑由于结构形状变化所导致的平均风压系数变化,是一个静态过程;在背景响应部分... 针对薄膜结构流固耦合问题,提出一种简化数值模拟方法。该方法的基本思想是,将结构风振响应分为平均响应、背景响应和共振响应三部分,在平均响应部分,主要考虑由于结构形状变化所导致的平均风压系数变化,是一个静态过程;在背景响应部分,主要考虑脉动风压的空间相关性对结构振动的影响,是一个拟静态的过程;在共振响应部分,主要考虑脉动风中的高频部分与结构之间的动力耦合作用。相应地,流固耦合过程分为静态耦合、拟静态耦合和瞬态耦合三部分,针对这三个耦合过程的不同性质,采用不同的求解方法。对于静态耦合和拟静态耦合,可以考虑采用CFD方法模拟由变形引起的结构表面风压变化;对于瞬态耦合部分,可以考虑利用随机振动时程分析的方法来研究。应用上述简化数值模拟方法对单向柔性屋盖和鞍形膜结构屋盖进行分析,并将计算结果与直接的数值模拟方法对比,验证简化数值模拟方法的精确性和高效性。 展开更多

关键词 薄膜结构 流固耦合 cfd数值模拟 简化数值模拟方法

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基于弹簧系统网格变形方法的旋翼气弹耦合分析 被引量：2

13

作者 马砾 招启军 +1 位作者 王清 赵蒙蒙 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第3期410-417,共8页

在旋翼气动弹性耦合(CFD/CSD)分析中引入弹簧系统网格变形方法,建立了一套适合于旋翼气动载荷分析的CFD/CSD耦合方法。为了解决CFD/CSD耦合中关键的网格变形问题,旋翼桨叶贴体网格变形采用基于"ball-vertex"弹簧系统的动态网... 在旋翼气动弹性耦合(CFD/CSD)分析中引入弹簧系统网格变形方法,建立了一套适合于旋翼气动载荷分析的CFD/CSD耦合方法。为了解决CFD/CSD耦合中关键的网格变形问题,旋翼桨叶贴体网格变形采用基于"ball-vertex"弹簧系统的动态网格方法,通过添加冗余约束,避免了畸形网格单元的产生。旋翼流场计算采用基于Navier-Stokes(N-S)方程的CFD模块,对基于运动嵌套网格的空间流场进行求解,湍流模型采用B-L模型。结构分析采用基于中等变形梁理论的CSD模块,基于Hamilton变分原理建立旋翼桨叶动力学方程。首先对振荡NACA0012翼型的流场进行了求解,验证了网格变形模块和CFD模块的有效性,然后采用UH-60A直升机旋翼作为算例对结构动力学模块进行数值验证。在此基础上,计算了UH-60A直升机旋翼桨叶在前飞状态下的非定常气动载荷,并与飞行测试数据进行了对比。计算结果表明,文中的弹簧系统网格变形方法可以有效地用于旋翼CFD/CSD耦合计算分析,提高了旋翼气弹载荷的预测精度。 展开更多

关键词 旋翼 非定常气动载荷 cfd/CSD耦合方法 弹簧系统网格变形方法 NAVIER-STOKES方程

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基于CFD/CSD/FW-Hpds综合方法的旋翼BVI噪声IBC主动控制参数影响分析（英文） 被引量：2

14

作者 倪同兵 招启军 马砾 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2018年第3期417-431,共15页

建立了一种CFD/CSD/FW-Hpds综合分析方法用于研究通过IBC技术降低旋翼的桨涡干扰噪声。基于这一综合方法的研究发现,通过IBC控制可以将处于斜下降状态的UH-60A旋翼产生的BVI噪声的主要部分即中频噪声降低10dB以上。通过选择合理的IBC控... 建立了一种CFD/CSD/FW-Hpds综合分析方法用于研究通过IBC技术降低旋翼的桨涡干扰噪声。基于这一综合方法的研究发现,通过IBC控制可以将处于斜下降状态的UH-60A旋翼产生的BVI噪声的主要部分即中频噪声降低10dB以上。通过选择合理的IBC控制输入量可以将BVI噪声的声压级降低7dB以上。不同飞行状态下,比如不同的飞行轨迹,特别是10°下降角时,BVI噪声可以通过IBC控制得到有效的削弱。 展开更多

关键词 桨涡干扰噪声 单独桨叶控制 NS方程 FW-Hpds方程 cfd/CSD耦合方法 参数影响

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保形动网格策略在CFD/CSD耦合中的应用 被引量：3

15

作者 陈浩 徐敏 +1 位作者 谢亮 康伟 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期732-738,共7页

提出了一种基于有限元插值投影,径向基函数(RBF)和无限插值(TFI)的保形动网格策略,并将其用于考虑舵偏扰动的舵身组合体CFD/CSD耦合分析。研究思路为:首先采用RBF方法完成刚性运动组合体投影基面的弹性变形;其次采用基于有限元插值的投... 提出了一种基于有限元插值投影,径向基函数(RBF)和无限插值(TFI)的保形动网格策略,并将其用于考虑舵偏扰动的舵身组合体CFD/CSD耦合分析。研究思路为:首先采用RBF方法完成刚性运动组合体投影基面的弹性变形;其次采用基于有限元插值的投影方法按照点、线、面的顺序将上一步的物面网格向投影基面投影,获得变形后的物面网格,期间通过TFI技术保持原始网格的分布;再采用TFI技术将物面网格的变形均匀地插往全场网格,获得最终的全场网格;最后通过CFD/CSD松耦合策略配合耦合边界条件实现耦合计算。通过算例获得的主要结论有:(1)在刚性舵偏16°的算例中,保形动网格策略实现了组合体物面点保形率100%;(2)在考虑舵偏扰动的舵身组合体算例中,保形动网格策略在保持了弹身和舵面几何形状的同时,还保持了合理的网格分布,而总计算时间仅增加2.1%。 展开更多

关键词 气动弹性 保形 网格变形 有限元方法cfd/CSD耦合 操纵面

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月球车与月壤交互作用的离散元-多体动力学耦合建模 被引量：1

16

作者 徐鸿 雷波 刘锦阳 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第4期239-249,共11页

目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discre... 目前,对于散体颗粒物质与复杂机械系统的耦合作用研究,面临着跨尺度、计算规模庞大以及非光滑表面的接触检测困难等问题。为了探究月球车与月壤交互作用,首先对颗粒-多体耦合系统动力学建模与接触算法进行研究。分别用离散元方法(discrete element method, DEM)和多体动力学(multibody dynamics, MBD)笛卡尔方法建立了散体球形颗粒和含约束多体系统的动力学模型,并基于Hertz-Mindlin模型计算颗粒与刚体的接触力,在此基础上给出顺序耦合策略,建立了离散元和多体耦合的动力学模型。针对月球车齿状车轮的非光滑表面与颗粒之间接触检测规模庞大的问题,提出了非光滑形状物体的分区域局部检测方法,降低了局部检测的规模。通过对比圆柱体冲击颗粒的试验和仿真结果,验证了离散元-多体耦合模型的准确性。在耦合动力学建模和接触算法研究的基础上,对具有齿状车轮的月球车在月壤上行驶过程进行动力学仿真,研究不同驱动参数下的系统动力学特性以及不同轮胎形状对行驶运动的影响,研究结果表明,交错形轮齿的月球车相较直齿形轮齿前进距离多14%,前进效率较高,该研究对月球车的设计具有理论指导意义。 展开更多

关键词 离散元方法(dem) 多体动力学(MBD) 月球车 耦合建模 高效接触检测

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隧道突泥破坏的耦合格子Boltzmann-离散元法模拟 被引量：6

17

作者 金磊 曾亚武 +1 位作者 程涛 李晶晶 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期1000-1009,共10页

为了探究隧道突泥灾害的灾变机制,开发了耦合格子Boltzmann–离散元法(LBM-DEM)数值计算平台并对隧道突泥破坏的演化过程进行了模拟,分析了致灾介质颗粒黏结强度、水压力及突泥口尺寸等因素对隧道突泥破坏特征的影响。结果表明:基于LBM-... 为了探究隧道突泥灾害的灾变机制,开发了耦合格子Boltzmann–离散元法(LBM-DEM)数值计算平台并对隧道突泥破坏的演化过程进行了模拟,分析了致灾介质颗粒黏结强度、水压力及突泥口尺寸等因素对隧道突泥破坏特征的影响。结果表明:基于LBM-DEM模拟能再现隧道突泥破坏"启动、加速、缓慢和稳定"等连续4个阶段的演化过程;无黏结的致灾介质突泥破坏形态近似为直线,有一定黏结强度的致灾介质突泥破坏形态总体呈圆弧或抛物线状,突泥破坏区扩展范围和稳定后的突泥量随着颗粒间黏结强度的增大而逐渐减小;水压力越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,最终的突泥量也越大,且颗粒间黏结强度较大时水压力的这种影响越显著;当致灾介质颗粒间无黏结时,不同突泥口尺寸的模型在稳定后突泥量和破坏区范围基本相同,而当颗粒间形成一定强度的黏结后,突泥口尺寸越大,突泥灾害发生后突泥量增长越快,稳定后的突泥量也越多;隧道突泥破坏是致灾岩土介质、水压和开挖三者综合作用的结果。 展开更多

关键词 隧道工程 突泥 格子Boltzmann方法(LBM) 离散元法(dem) 颗粒–流体耦合

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基于LBM-IMB-DEM分析岩土多孔介质的渗透淤堵特性 被引量：4

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作者 金磊 曾亚武 +1 位作者 程涛 李晶晶 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期909-917,I0006,F0003,共11页

岩土多孔介质中发生的渗透淤堵本质上是渗流与颗粒耦合作用的结果。开发了适用于岩土渗流-颗粒耦合模拟的格子Boltzmann方法-浸入运动边界-离散元法(LBM-IMB-DEM)数值计算平台并对岩土多孔介质的渗透淤堵过程开展了孔隙尺度的模拟,分析... 岩土多孔介质中发生的渗透淤堵本质上是渗流与颗粒耦合作用的结果。开发了适用于岩土渗流-颗粒耦合模拟的格子Boltzmann方法-浸入运动边界-离散元法(LBM-IMB-DEM)数值计算平台并对岩土多孔介质的渗透淤堵过程开展了孔隙尺度的模拟,分析了多孔介质骨架颗粒分布、骨架颗粒粒径、孔隙率、骨架颗粒定向性及水压力等因素对其渗透淤堵特性的影响。结果表明:多孔介质中骨架颗粒的空间分布不同,其渗透淤堵特性也有所区别;多孔介质的骨架颗粒粒径或孔隙率越小,淤堵后的滞留颗粒越多,淤堵越严重;骨架颗粒定向性对淤堵特性有一定影响,当骨架颗粒为条形且其长轴与流动方向垂直时淤堵最为严重;随水压力增大,淤堵后滞留颗粒在多孔介质中的分布更趋于分散,淤堵更为严重;岩土多孔介质渗透淤堵的程度与其淤堵前的渗透性密切相关,透水性强的多孔介质相对不易发生淤堵。 展开更多

关键词 渗透淤堵 渗流-颗粒耦合 格子Boltzmann方法(LBM) 离散单元法(dem) 岩土多孔介质

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直升机旋翼桨-涡干扰脉冲噪声传播特性研究 被引量：3

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作者 史勇杰 徐国华 王菲 《南京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期212-217,共6页

建立了一个基于Navier-Stokes方程和自由尾迹模型的高效耦合CFD方法,用于旋翼桨-涡干扰气动和噪声特性的研究。该方法将旋翼流场计算域分为两部分:在桨叶附近区域,通过求解Navier-Stokes方程来模拟流场中旋翼桨尖涡的形成;在尾迹输运区... 建立了一个基于Navier-Stokes方程和自由尾迹模型的高效耦合CFD方法,用于旋翼桨-涡干扰气动和噪声特性的研究。该方法将旋翼流场计算域分为两部分:在桨叶附近区域,通过求解Navier-Stokes方程来模拟流场中旋翼桨尖涡的形成;在尾迹输运区,采用自由尾迹模型表示尾迹涡的运动及其影响。噪声的计算采用基于声学类比法的FW-H方程。应用上述方法对AH-1/OLS旋翼桨-涡干扰状态进行了计算,通过对比脉冲噪声的声压时间历程,验证了方法的有效性。在此基础上,对桨-涡干扰噪声的空间传播特性进行了研究。计算结果表明:下降飞行状态的旋翼,在桨盘面会产生多处桨-涡干扰现象,桨叶片数增多,干扰也会明显增加;桨-涡干扰噪声具有较强的方向性,指向旋翼前行侧的前下方,其噪声声压级的衰减速率与距离成线性反比关系。 展开更多

关键词 直升机 桨一涡干扰噪声 耦合cfd方法 Navier—Stokes方程 自由尾迹

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表面楔形结构对发动机冷却风扇性能影响研究 被引量：6

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作者 李娜 朱茂桃 +1 位作者 李凯强 朱彩帆 《机械科学与技术》 CSCD 北大核心 2018年第4期519-524,共6页

采用CFD/CAA分布耦合仿真方法,在额定工况下对发动机冷却风扇叶片吸力面是否设置凸起楔形结构的两种方案的流场与声场进行三维数值模拟,研究了楔形结构对冷却风扇气动性能和噪声性能的影响。结果表明,该楔形结构对冷却风扇气动性能影响... 采用CFD/CAA分布耦合仿真方法,在额定工况下对发动机冷却风扇叶片吸力面是否设置凸起楔形结构的两种方案的流场与声场进行三维数值模拟,研究了楔形结构对冷却风扇气动性能和噪声性能的影响。结果表明,该楔形结构对冷却风扇气动性能影响较小,而对其噪声性能影响显著;设置了楔形结构后冷却风扇进出风口噪声值分别下降8.8%和8.9%,风量略有增加。通过分析冷却风扇流场及声场的分布情况,可知楔形结构在叶片吸力面起到了"涡流发生器"的作用,促进边界层提前转捩,进而大大降低了叶片表面气流过早分离引起的涡流噪声,因此总声压级也明显下降。 展开更多

关键词 发动机冷却风扇 气动性能 噪声性能 楔形结构 涡流发生器 cfd/CAA分布耦合方法

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