[原创]《实用数值模拟》第一期文章网上预览

周华

[watermark]《实用数值模拟》第一期已经以《水动力学研究与进展》A辑数值模拟专刊的名义正式出版，这一期的内容在后面的帖子中发出，欢迎大家阅读浏览！文章内容以正式出版物为准。现在第二期的稿件征集工作正在进行，欢迎大家踊跃投稿！
第一期编委：
主编：鲁传敬（上海交通大学）
常务副主编：任安禄（浙江大学）
编委：詹杰民（中山大学）、张武（上海大学）、周华（上海大学）
本期刊物得到周培源基金会赞助，在此表示感谢！[/watermark]

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复杂异相射流计算收敛的一个办法
作者：翟大熙 李向群 安亦然
单位：北京大学， 北京 100871
摘要：水下高速可压缩气体射流的两相流计算不易收敛，本文提出按水的密度设计一种理想气体，然后与燃气一起按两相气体混合流进行计算取得成功。这一办法对一相基本静止的情况时实用的。

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高速飞机的全机气动力数值分析
作者：李向群 安亦然 王世安 程暮林 张锡金 孙惠中
单位：北京大学 力学与工程科学系 100871
摘要：利用StarCD 和FLUENT 对一真实飞机模型进行了大量工况下的数值模拟，并将计算结果与试验结果进行了对比。根据计算的结果，论证了试验中存在的一些问题。最后将两种成品软件对同型号的飞机模拟结果对比，说明成品软件计算结果的准确性。

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首都博物馆建筑空气动力学计算
作者：樊 春，安亦然，林官明
单位： 北京大学力学与工程科学系，北京100871
摘要：大型建筑的设计必须考虑风载荷，计算机和计算技术的发展已使形状复杂的建
筑外空气流动载荷由计算来求得。本文介绍应用商品软件计算一个新型建筑外部流动的方法和结果。所得与风洞试验相比的一致性表明，这类风工程所需的气动参数可单靠数值计算来得到。

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弯曲河流三维数值模型
作者：李艳红1，周华君2
单位：1. 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院港口与海岸工程系，上海 200030；
      2. 重庆交通学院 河海建筑工程系，重庆 400074
摘 要：将平面正交曲线坐标系和垂向σ伸缩坐标系相结合，建立适合弯曲河流的三维水流数值模型。采用模式分裂技术将控制方程分解为外、内模式联合求解，方程的离散采用有限差分法。采用嘉陵江广元城区河段5 个弯段内7 个典型横断面地形、水位和流速资料对本文模型进行验证，模型成功地模拟出了水面横比降和弯道二次流，模拟结果与实测数据吻合较好。

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日光照射地面对街道峡谷内污染物扩散的影响研究
作者：谢晓敏 黄震 王嘉松
单位：上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200030
摘要：本文采用数值模拟技术对日光照射街道峡谷地面时峡谷内气流运动和机动车排放污染物扩散规律进行了研究。研究结果表明当日光照射到地面时，地面与峡谷内空气产生温差，由于密度不同造成的浮升力会对街道峡谷内的流场产生影响：风速较大时，峡谷内依然是规则的漩涡结构，热效应增强了湍流强度；风速较小时，峡谷内的流场结构发生变化，由较强的单漩涡变为多漩涡结构，与不计日光照射时峡谷内运动特征有显著的不同。峡谷内的污染物扩散受到流场结构变化的影响，多漩涡流场结构使峡谷内污染物浓度升高且污染物在迎风面积累；但随着温差的增大，峡谷内的运动增强，污染物浓度相应降低。

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二维水沙模型在深圳港铜鼓航道选线研究中的应用
作者：张心凤12, 蒋星科2, 徐峰俊2
单位：1.中山大学，广东广州 510275；
      2.珠江水利委员会科学研究所，广东广州 510611
摘要：采用边界拟合坐标系下的水流基本方程和泥沙连续方程及河床变形方程，建立二维动边界非恒定水流泥沙数学模型。根据研究水域的泥沙特点及冲淤特性，分别处理冲淤系数，提出了实用的挟沙能力公式，并辅之于动边界技术，增强了模型的适应性和灵活性。以深圳港铜鼓航道选线研究为例，对模型进行了验证及航道开挖回淤计算。结果表明，模型能较好地模拟河口水流泥沙运动及河床变形情况，且计算稳定性好，速度快，精度较高。水流、泥沙运动、冲淤验证成果基本能达到规范要求的精度。

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孤立波翻越防波堤流动的数值模拟
作者：齐 鹏， 侯一筠
单位：中国科学院海洋研究所，山东青岛266071
摘要： 应用基于VOF 方法的二维数值波浪水槽模型模拟孤立波翻越防波堤的流动和自由表面变化。数模成功地再现了波浪涌顶和喷射、射流入水、自由表面破碎和漩涡产生等复杂流动过程，并获得了孤立波翻越防波堤时的压力分布。

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管柱式气水旋流分离器分离率的数值模拟研究
作者：李恒1 张琪1 曲占庆1 薄启炜2
单位：1.石油大学石油工程学院，山东东营，257061；
      2.中石化油田勘探开发事业部，100029
摘要：采用计算流体力学数值模拟方法研究了管柱式气水旋流分离器的分离效率及其影响因素。采用标准k ε − 湍流模型对倾斜入口管柱式气水旋流分离器内的连续相流动进行数值模拟，得到了分离器内连续相的速度场分布。采用拉格朗日随机轨道模型对分离器内气泡的运移轨迹进行了模拟，同时计算得到了管柱式气水分离器的气泡分离率。模拟结果的分析表明气泡直径、分离器长径比以及入口流速等参数对管柱式气水旋流分离器的气泡分离率均有显著影响，这一结果为管柱式气水旋流分离器的工艺设计以及工作参数的选择提供了参考依据。

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二维翼型非定常运动数值模拟
作者：宋红军 王 肇 尹协振
单位：中国科学技术大学力学和机械工程系 安徽 合肥 230026
摘要：首先将静止圆柱和旋转振荡圆柱绕流的计算结果与文献[18]进行了比较，接着对典型二维翼型沉浮振荡的计算结果与实验图像进行了比较，以此验证了用Fluent 软件计算非定常运动的可靠性。在此基础上，本文对二维翼型沉浮、俯仰以及沉浮/俯仰联合运动这三种方式分别进行了模拟，分析了不同参数如振幅、频率、沉浮和俯仰之间的相位差的影响。得出一些有意义的结论和新的现象。

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机翼颤振的数值研究
作者：程暮林1 陈雪梅1 钟长生2
单位：1 北京大学 力学与工程科学系
      2 广汉民航飞行学院飞行技术系
摘要：本文采用数值方法对机翼颤振进行仿真。由于大型机算机和计算流体力学软
件日益成熟，流体运动部分可以“如实做来“，不必做任何线化假定，所以对物体外形，周围的气流速度无任何限制。这样开发的算法可以广泛用于流体与固体有相互作用的场合，如弹壳分离、副油箱抛投等难题。本文的算例是计算存在流固耦合作用时机翼在高亚音速流及跨音速流中的颤振问题。本方法将机翼的连续系统弹性结构模型与非线性雷诺应力平均N-S 方程的流体模型弱耦合求解。文中考虑了三维机翼在多个马赫数下的气动响应过程。

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室内空气环境的数值模拟与通风模式的评估
作者：唐振朝 詹杰民
单位：中山大学应用力学与工程系
摘要：采用CFD 技术对存在隔板及持续释放二氧化碳的污染源的开放式办公室进行了数值模拟，计算分析了两种通风模式下污染物在室内的分布状况以及空气年龄的变化情况，其中空气年龄的计算是利用Fluent 软件提供的自定义函数接口技术引入了对应的输运方程来实现。根据模拟结果对开放式办公室内如何选择通风模式提出了建议。结果显示当污染源位置发生变化时，置换型通风模式与混合型通风模式在通风率和换气率的表现上也会发生变化。当室内隔板数目增加的时候，置换型通风模式在房间的整体通风效果上要稍优于混合型通风模式。

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考虑油藏储层参数变化的数值模拟研究
作者：崔传智1 赵晓燕2
单位：1.石油大学，山东东营，257061
      2.胜利油田有限公司，山东东营，257094
摘要：油田在注水开发过程中，储层的物性参数、流体性质等都在不断发生变化，本文根据胜坨油田沙二1－2 的储层参数随含水变化的基本规律，对黑油模型数值模拟软件进行了改进，使之能够考虑油藏储层参数的变化，并应用软件分析了参数变化对开发效果的影响。改进后的软件提高了数值模拟精度，使计算结果更能真实的反映地下流体分布情况，为改善油藏的开发效果，采取有针对性的开发措施，提供了重要依据。

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方柱绕流流场的RNG 方法模拟研究
作者：王远成 吴文权
单位：上海理工大学 动力学院， 上海 200093
      上海市军工路516 号，上海理工大学96号信箱
       Email:wycjn@sina.com
摘要: 基于RNG ε − k 湍流模型，使用FLUENT6.0 软件对方柱绕流流场进行了数值模拟。采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N-S 方程，计算结果与Durao 等人的实验数据进行比较，结果表明，RNG ε − k 湍流模型可以成功地模拟绕方柱的不稳定、非定常和剧烈分离流动．对于与时间相关的大尺度运动---旋涡脱落的尾流的详细结构，能够给出真实的反映。

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窄边非加热区对窄缝流道内流场和温场影响的数值模拟
作者：徐建军 陈炳德 王小军 熊万玉
单位：中国核动动力研究设计院空泡物理和自然循环国家级重点实验实，四川成都，610041
电话：（028）85908002 E－mail：xujjun2000@sohu.com
摘要：本文运用商用流体动力学软件CFX 数值模拟了非加热区对窄缝流道内流场和温场的影响。研究表明，窄边附近流速较低，宽边完全加热时，不足以带出加热板发出的热量，使得角部出现热集中现象；而在角部设计有非加热区后，角部热集中现象得到解决，并且非加热区的存在并没有降低主流的速度，而是有助于流道内主流速度的增加。