一、SOLUTION OF 3-D TURBULENCE NAVIER-STOKES EQUATIONS USING HYBRID GRIDS（论文文献综述）
丛成华,邓小刚,毛枚良[1]（2021）在《绕椭球的低速流动研究》文中进行了进一步梳理理解和预测绕椭球的流动对指导飞行器和潜艇等交通工具的设计具有很强的工程意义.近年来,针对椭球绕流开展了大量的实验和数值模拟研究.对有攻角下椭球绕流分离的定性描述和定量研究,促进了对三维分离的辨识和拓扑研究.文章对流场特性进行了分析,介绍了分离对气动力、噪声、尾迹的影响,以及实验条件对流动的影响.上述定常流动与非定常机动过程之间存在明显差异,非定常机动过程不能作为定常或准定常问题处理,在机动过程中,分离出现明显延迟,气动力出现明显变化.随后介绍了数值模拟在求解绕椭球流动中的进展,当前求解雷诺平均的N-S方程湍流模式仍然是解决绕椭球大范围分离流动的主要工程方法,大涡模拟和分离涡模拟等也逐渐得到了广泛应用.受限于计算能力,直接数据模拟只能用于较低雷诺数,在高雷诺数流动中还不适用.非定常机动过程的数值模拟较定常状态,与实验结果的差距要大一些.最后,介绍了对椭球绕流场转捩的研究进展,对T-S转捩与横流转捩的机理和辨识已经较为准确,数值模拟结果与实验结果基本相符,但对再附转捩的认识还不够清晰,尤其是迎风面,因此椭球绕流转捩的研究还需要依靠实验.
马国林[2]（2021）在《基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究》文中进行了进一步梳理随着我国风电事业的快速发展,大规模风电场内流场的精确评估对于风电场的开发非常重要。在风力机尾流研究的诸多方法中,致动盘模型结合两方程湍流模型的方法由于占用计算资源少,计算结果相对准确,有着很大的优势。但由于致动盘模型对风力机做了诸多简化,两方程湍流模型也无法准确的重现真实风力机尾流的演化,所以这种方法还需要从多方面进行改进,以提高对风力机尾流评估的准确性。本文基于两方程湍流模型（标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型）研究了湍流动能衰减规律及相应的控制方法,基于标准k-ε模型研究了平衡大气边界层保持性改善方法,试图通过改进湍流模型、风轮体积力分布、机舱和塔筒的简化处理方式等提高致动盘模型在风力机尾流预测方面的精度,为研究风电场内流场及机组布局提供参考。以下是本文的主要内容:（1）通过理论推导和数值模拟,研究了两方程湍流模型（标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型）在计算均匀流、剪切流和中性大气时的湍流动能衰减规律。从湍流模型封闭系数的确定过程、输运方程扩散项的影响因素、入口湍流变量和计算域网格尺度等方面分析了标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型在计算均匀来流时湍流动能的衰减规律及其本质物理区别;分析了在剪切流中湍流模型、入口湍流强度和湍流粘性比、来流速度梯度和输运方程扩散项对湍流变量衰减的影响规律,并与均匀流中的数值模拟结果进行对比;分析了中性大气条件下不同顶部边界条件对湍流动能衰减的影响。结果表明,在这三种来流条件下均存在不同程度的湍流动能衰减现象,且与以上因素有关,但可以通过选择合适的湍流模型、入口湍流变量和顶部边界条件降低下游的湍动能衰减程度。（2）研究了均匀流中湍流动能衰减的五种控制方法。提出了四种通过在两方程湍流模型输运方程右侧添加源项以控制均匀流中湍流动能衰减的方法,并研究了湍流模型封闭系数的两种确定过程对湍流动能衰减的影响。四种添加的源项分别是在标准k-ε模型、标准k-ω模型和SST k-ω湍流模型的k方程和ε（ω）方程右侧添加可调节的保持项、可调节的自适应保持项、可调节的耗散项调整项和可调节的耗散项修正补充项。湍流模型封闭系数确定的第一种方法是通过湍动能的生成与耗散的守恒关系及大气边界层中的实验值确定,第二种方法是通过自由剪切流扩散速率的经验值确定。结果表明,可以通过调整相应源项系数或者湍流模型封闭系数实现对下游位置湍流动能衰减水平的有效控制。（3）讨论了致动盘模型改进前的几个问题。首先对文中用到的网格进行了无关性验证,然后采用基础致动盘模型结合标准k-ε湍流模型的方法研究了致动盘模型改进前的几个问题:致动盘的厚度或者盘内的网格层数对数值模拟结果精确性和稳定性的影响;网格辨识的修正方法,包括修正体积力源项、优化网格划分方法和两者结合的方法;风轮体积力源项的添加方式的影响,在前人的基础上推导了7种体积力添加方法,最终确定了3种较为合适的;粗糙度高度、粗糙度长度、粗糙度系数、壁面函数和壁面首层网格高度等在致动盘模型应用过程中的影响;对比分析了三种入口湍流参数计算方法在致动盘模型预测风力机尾流方面的影响;研究了5种平衡大气边界层保持性改善方法及其相应组合方式的效果,分析了其对风力机尾流预测结果的影响。结果表明,以上问题的研究可以提高致动盘模型计算过程中的稳定性和准确性。（4）从机舱和塔筒的简化处理、风轮体积力分布和湍流模型改进三个方面研究了致动盘模型的改进方法及其效果。研究了机舱和塔筒及其形状、机舱和塔筒的体积力添加方法、机舱和塔筒的体积力分布方式对致动盘模型计算结果的影响;提出了一种基于轴向诱导因子和周向诱导因子的考虑旋转的风轮体积力分布方式,并与其它体积力分布函数进行了对比;结合湍流动能衰减控制方法、平衡大气边界层保持性改善方法、湍动能的耗散源项和生成源项研究了均匀来流和剪切来流下与致动盘模型结合的两方程湍流模型的改进方法。结果表明,文中提出的风轮和机舱体积力的分布方式可以提高数值模拟的准确性,将湍流动能衰减控制方法和平衡大气边界层保持性改善方法与其他湍流模型改进方法结合后,可以提高致动盘模型对尾流预测的准确性。
王亚辉[3]（2021）在《中子输运与传热流动耦合的格子Boltzmann数值建模》文中提出核反应堆精细中子输运-传热-流动（Neutron Transport-Thermal-Hydraulics,NTH）耦合计算是先进反应堆数值模拟的研究重点之一,涉及中子物理、流体力学以及传热学等多学科交叉。由于中子输运模拟的复杂性以及不同物理过程之间的差异性,堆芯内部耦合NTH过程的精细模拟仍需深入研究。本文基于实现简单,具有强并行性和多场耦合优势的格子Boltzmann（Lattice Boltzmann,LB）方法,发展了中子输运高精度LB模型,建立了中子输运LB模型的自适应、非结构网格以及大规模GPU并行加速方法,并在此基础上构建了NTH模拟的统一LB框架。建立了中子输运高精度LB模型并编制了相应的计算程序。针对中子输运SN方程、SP3方程以及中子扩散方程,建立了高精度LB模型。通过高阶Chapman-Enskog展开建立了高精度中子扩散LB模型,在不明显提高计算复杂度的前提下有效提高计算精度;采用耦合双分布LB模型通过高阶Chapman-Enskog展开建立了中子输运SP3方程高精度LB模型,保持了标准LB模型所有优势并有效提高计算精度;从离散速度Boltzmann方程出发,建立了中子输运SN方程有限差分LB模型,提高了准确性和稳定性。数值结果表明,以上高精度LB模型具有比标准LBM更高的精度和稳定性,同时对多维非均匀堆芯以及时空动力学问题具有较高的精度和良好的适应性。将中子输运LB模型发展到自适应网格和非规则网格条件,建立了中子输运自适应网格和非结构网格LB模型并编制了相应的计算程序。针对先进反应堆内部复杂中子分布,发展了自适应调整网格分布同时网格之间关系明确的迁移流分块自适应网格优化（Streaming-Based Block-Structured Adaptive-Mesh-Refinement,SSAMR）中子输运LB模型。消除了传统自适应网格技术的复杂树状数据结构,并克服了多块网格技术灵活性差的问题。为提高复杂堆芯几何适应性,发展了非结构网格有限体积中子输运LB模型,能灵活模拟复杂几何中子输运问题。模拟结果表明,基于SSAMR的中子输运LB模型能准确模拟多群中子输运问题,同时能灵活而简单地自适应调整网格结构;非结构网格中子输运LB模型能准确而灵活地适用于不同几何堆芯结构。对中子输运LB模型开展了并行加速技术研究,建立了GPU并行加速的中子输运LBM技术并编制了相应的计算程序。针对精细反应堆数值模拟耗时长的特点,发展了GPU集群并行加速的中子输运LB模型。由于中子输运LB计算简单且局部性强,极适合于GPU多线程并行加速计算。针对中子输运SN方程的角度离散特性,发展了空间-角度二级并行的GPU加速中子输运SN方程LB模型。结果表明,GPU并行加速中子输运LB模型能有效提高计算效率,同时空间-角度二级并行加速能进一步提高中子输运SN方程LB模型的计算速度。在以上研究的基础上,针对反应堆堆芯多物理耦合条件,建立了中子输运-传热-流动耦合LB计算框架并编制了多物理耦合LB计算程序。在中子输运LB数值计算方法的基础上,耦合传热、流动计算过程,建立了细致求解反应堆核、热、流耦合过程的统一LB框架lbm NTH。将中子输运SN、SP3以及扩散方程等三种常用中子输运控制方程,导热及对流换热等传热形式,以及Navier-Stokes和LES方程等流动控制方程统一到LB框架下进行求解,并在统一的数据结构及离散格式下考虑其耦合关系。为适用于液态核燃料堆芯,基于有限Boltzmann形式发展了液态燃料缓发中子先驱核守恒LB模型。数值结果表明,lbm NTH框架可以灵活而准确地模拟耦合NTH过程;小尺度条件下中子输运SP3近似比中子扩散近似能更准确地模拟中子输运过程;温度反馈在高温条件下有很强的作用;提高慢化剂流速能有效改善传热并展平温度分布,有利于堆芯安全稳定运行。综上,为实现核反应堆内中子输运过程与传热、流动过程的耦合求解,本文建立了中子输运过程高精度LB数值模拟方法,并在统一LB框架下实现了中子输运、传热、流动过程耦合模拟。本文工作是工程热物理理论在核工程领域的有效应用和拓展,可以为反应堆多物理耦合研究及大规模工程应用提供一种新的思路。
金晓威[4]（2020）在《物理启发的钝体绕流场机器学习计算方法》文中研究指明钝体绕流是土木、海洋、机械、航空等工程领域中常见的流动现象,涉及边界层、自由剪切层、尾流的复杂相互作用,是流体力学中的经典问题。流场是分析钝体绕流中涉及的流动分离与再附、流动不稳定性与转捩、揭示流动机理的基础。在过去的几十年里,随着对钝体绕流问题研究的深入,产生了大量的流场实验数据和数值模拟数据,这些数据可看作流动Navier-Stokes控制方程的真实解或数值解。如何充分利用已有流动测量和模拟数据发展流场快速高精度预测算法或Navier-Stokes控制方程直接求解方法获得流场是钝体绕流问题研究的关键科学问题。本文基于深度学习理论,充分利用大规模高维流动数据蕴含的流动物理特征,提出钝体绕流场快速重构与预测算法,并进一步研究流动求解新方法。首先,研究高时间分辨率钝体绕流场重构的深度学习方法。针对传统粒子图像测速系统采样频率较低的问题,基于泰勒冻结假设启发引入绕流场流速时空关联非线性函数,理论推导流场POD系数与绕流场离散测点速度时间历程的关系;基于此设计双向循环神经网络,建立高时间分辨率离散测点速度到绕流场POD系数的函数关系,以此重构出高时间分辨率绕流场。网络训练过程中采用提前终止策略防止模型过拟合,通过对亚临界圆柱绕流场的重构验证其有效性。其次,研究圆柱绕流场预测的卷积神经网络模型。基于钝体尾流中的雷诺应力、旋涡形成长度、基底压力间存在强相关性的流体力学基本理论与卷积层、池化层的特点,采用由含有池化层路径和不含池化层路径共同构成的融合卷积神经网络建立钝体绕流问题中钝体表面压力到流场流速的关系模型,通过对亚临界圆柱绕流场的建模验证其有效性。然后,研究物理融合的不可压缩Navier-Stokes方程神经网络求解方法。考虑速度-压力形和涡量-速度形两种不同的Navier-Stokes方程数学形式,研究求解不可压缩流动Navier-Stokes控制方程的深度神经网络,通过系统模拟不同层流流动工况和槽道湍流工况验证其有效性。研究采样点空间分布和损失函数中的权重系数对求解精度的影响,并给出网络求解时的经验收敛速率。进一步研究求解边界条件不完备或含噪声的不适定问题和反问题的机器学习计算方法,探索将物理规律与神经网络模型相融合的求解新框架。最后,研究基于深度强化学习的流体力学微分方程统一求解框架。采用神经网络构建微分方程的通用求解方法,使用强化学习机制引导求解过程,并在求解过程中研究求解步间的迁移学习特性;为加快Navier-Stokes方程求解过程,提出策略网络参数从求解低雷诺数槽道湍流迁移到高雷诺数时的训练策略。
郭煜晨[5]（2020）在《适用于磁共振显微成像系统的集成式微流控芯片设计方法研究》文中提出随着生物医学领域对单细胞的研究由表面形态逐渐深入内部组分含量、结构特征等方面,磁共振成像作为一种可以无创伤地反映物体内部的层次结构并可以区分不同物质的影像技术具有巨大的应用潜力。磁共振显微成像技术是指空间分辨率小于百微米的磁共振成像手段,是近年来磁共振成像发展的趋势之一。根据磁共振成像原理,空间分辨率受限于梯度线圈产生的梯度磁场的大小与线性度,在保证主磁场强度和线圈驱动电流的前提下,采用直径与细胞尺寸相近的梯度线圈可提高磁共振显微成像的空间分辨率。而作为磁共振显微成像技术的载体,广泛应用于生物物理、生物化学和医学领域进行细胞培养、检测的微流控芯片是一个很好的选择。由于磁共振成像要求芯片处于主磁场环境下,因此所有器件应避免有任何铁磁材料出现。这也意味着例如混合器、阀等微流器件采用无驱动力的被动式微流控芯片更适用于磁共振显微成像。拓扑优化方法相较于其他传统结构设计优化方法可以在设计者缺乏经验的情况下快速找到结构可行的拓扑形式,并对结构的尺寸和形状进行一定程度的优化,有助于设计者提出具有创新性的结构设计。因此,本文研究内容聚焦在可应用于磁共振显微成像的集成式微流控芯片拓扑优化设计研究。由于磁共振成像主磁场分布的限制,细胞溶液将使用被动式混合器与营养液或药物进行稀释混合。针对具有扩散性质流体的混合器设计,流体拓扑优化方法已经非常成熟,包括传统的被动混合器和应用外部能量的主动混合器。然而针对细胞溶液这种微尺度下不具有扩散性质的混合问题,流体拓扑优化方法发展缓慢,一方面是微尺度下细胞在溶液中不可无限分割使得传统浓度定义和目标函数不适合描述混合器的混合效果;另一方面对于描述混合过程的对流扩散方程,标准有限元方法较难稳定求解纯对流问题。针对上述问题本文应用粗粒浓度的概念提出新的拓扑优化目标函数并应用逆向粒子追踪方法和映射矩阵方法描述混合过程,实现了细胞溶液混合的拓扑优化设计。混合后的细胞样品溶液需经过多种微流控器件运输到成像区域,在理想状态下,各种微流控器件的流体拓扑优化结果可以通过特定微纳加工工艺进行加工制造。但在实际中两个问题制约了流体优化结果的应用:一个问题是由于部分微流器件功能的需要,优化结果中会生成细小的流道和固体孤岛,这会显着增加制造难度和制造成本;另一个问题是受计算资源的限制,微流控器件的拓扑优化通常采用二维模型进行优化设计,优化结果拉伸为三维模型进行制造。由于流体二维假设中流道具有无限高度与三维实际不符,使得一些功能性的微流器件实际效果不佳。本文应用基于模拟开、关形态学算子的结构尺寸控制方法对优化结果中流道以及固体孤岛的最小尺寸进行限制,从而确保优化结果满足制造要求。受电学比拟法的启发,应用模拟侵蚀形态学算子对流道的最大尺寸进行限制,从而减小二维模型与三维模型流场状态的差异。本文以微Tesla阀和流体等流量分配网络的设计问题为例证明上述方法的可行性和有效性。细胞进入成像区域后,由于磁共振成像原理的限制,细胞需要被固定一段时间,这一区域由细胞捕获阵列与对应的微梯度线圈组成。传统的细胞捕获单元设计方法更关注于单元中旁路流道与细胞捕获流道的流量比而忽略单元整体的能量损耗,同时设计结果强烈依赖设计者的经验。本文应用流体拓扑优化方法提出在满足流道流量比的基础上考虑整体能量损耗极小的细胞捕获单元设计方法,并建立三维模型就细胞捕获前后的流场状态进行验证。同时针对流函数方法设计的微梯度线圈匝数过多、近似误差较大且不易制造的问题,采用电阻辅助目标的梯度线圈拓扑优化方法得到线型结构简单的微梯度线圈。数值算例分析了优化模型中各个参数对细胞捕获单元及微梯度线圈构型的影响。
何娇[6]（2020）在《垂直轴风力机气动性能分析及优化研究》文中研究指明风力发电机是将风能转换为电能的典型装备,发电过程绿色无污染,具有巨大的生态效益和社会效益。相对于水平轴风力机,垂直轴风力机具有无需偏航装置、噪音小以及方便安装和维护等优点,但存在功率系数低的缺点。鉴于此,本文针对垂直轴风力机开展了气动性能分析及优化研究,以达到提高其功率输出的目的。本文以H-型直叶片垂直轴风力机为研究对象,基于计算流体动力学（CFD）技术开展了以下研究:（1）风力机气动性能分析及基于组合元模型的功率输出预测首先,对CFD建模中的关键参数进行详细研究,通过与实验数据对比确定合理的建模参数,为后续的仿真分析提供建模指导。接着,建立不同复杂度的CFD模型,对风力机气动性能进行分析对比。最后,考虑到叶尖速比、风速和功率系数之间的强非线性及CFD仿真计算的高成本,基于多项式回归元模型与神经网络元模型构建组合元模型,并用来预测风力机功率输出,仿真结果表明了预测模型的有效性。（2）基于转矩系数最大化的垂直轴风力机变桨控制系统设计基于转矩最大化原则,利用基于差分进化算法改进的人工鱼群算法对不同叶尖速比和不同方位角下的桨距角进行优化;基于组合元模型和查表法设计变桨控制器,并对其性能进行对比分析。结果表明,变桨控制可在一定程度上改善风力机功率输出,且基于组合元的控制系统性能更优。（3）双风力机系统上游导流板参数优化及系统配置参数对风力机性能影响研究研究了不同导流板参数对风力机气动性能的影响,表明合理的导流板布置可有效改善风力机性能。同时,基于组合元模型对不同导流板参数及叶尖速比下的风力机功率输出进行了预测,并以此确定了不同叶尖速比下的最优导流板参数。基于田口实验法进行正交实验设计,通过分析信噪比（S/N）确定双风力机系统配置参数对系统性能影响的贡献度。结果表明,叶尖速比,来流角以及叶片数对风力机系统功率系数的影响较为显着,而风轮转向和风轮距离的影响较小。
龙庆[7]（2020）在《挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟研究》文中研究说明涉水桥梁建设改变了水流形态,常常造成桥梁基础局部冲刷,威胁桥梁安全,相对于清水冲刷,挟沙水流所造成的桥墩局部冲刷应该具有自身特点,目前鲜见研究成果,开展挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟研究具有一定理论意义和工程实践价值。论文综述了挟沙水流相关理论,探讨了挟沙水流条件下桥墩局部冲刷机理,提出了一种适合挟沙水流下桥墩局部冲刷计算的改进经验公式。采用FLOW-3D软件,构建了矩形直段单桩河道数值模型,采用RNG k-ε湍流模型和泥沙运动模型,利用嵌套网格法和FAVORTM离散化进行了河道数值模型局部加密,设置了考虑不同上游来水流速和挟沙水流容重的模拟组。经数值模拟,分析了挟沙水流下桥墩局部冲刷演变规律,探讨了上游来水流速和挟沙水流容重对桥墩冲刷局部演变的影响。结果表明:相同挟沙水流下,墩周流速随着上游来水流速的增大而增大;相同上游来水流速下,墩周流速随挟沙水流容重的增加而减小,相较于挟沙水流、清水时墩周流速最大;冲刷深度随上游来水流速的增加而增大,随着挟沙水流容重增加而小幅减小;相同上游来水流速下,相较于挟沙水流、清水下冲深最大。同时,论文将数值模拟与相关试验结果进行了比对分析,表明了本文数值模拟分析方法及所得结论是合理的。
程瑜[8]（2020）在《复杂大气环境下风电机组尾流精细化数值模拟与模化研究》文中研究表明风电机组发电的过程是通过风轮旋转将空气携带的动能转化成旋转机械能,再通过发电机转化成电能。风轮从空气中提取能量导致位于机组下游的区域速度降低,湍流强度增加,这种现象称为尾流效应。尾流效应使位于风电机组下游的机组发电量减少,疲劳载荷增加,从而导致整个风电场发电量减少,运行成本增加。为减少风电机组尾流导致的发电量损失和疲劳载荷,增加风电场的收益,减少机组维护成本,有必要采用高精度方法对风电机组的尾流流场特征进行深入研究。风电机组从大气边界层中提取能量,不同地表粗糙度和大气稳定度条件下大气边界层的风剪切和湍流强度不一样,对风电机组尾流恢复速度、机组疲劳载荷和风电场发电量有显着影响。基于以上认识,本文围绕风电机组尾流效应开展了四个方面的工作。首先在OpenFOAM平台下采用大涡模拟方法研究不同地表粗糙度和大气稳定度下边界层的流场特点,然后构建一种二阶混合差分格式,并将其应用于复杂大气边界层条件下风电机组尾流流场研究,最后基于对大气边界层和风电机组尾流相互作用机理的深入认识,开发了一个新的MOST-Gaussian尾流模型。具体分述如下。首先,对不同地表粗糙度和大气稳定度的大气边界层开展研究。为了模拟真实情况下的大气边界层流动,通过位温输运方程考虑地表和大气边界层的热对流效应。然后研究不同地表粗糙度和大气稳定度工况下大气边界层的流动特性,分析了这两个因素对边界层中平均速度、湍流强度、偏斜因子和平坦因子等流动特征参数的影响。对不同环境条件下的大气边界层进行对比发现,边界层中存在超大尺度结构,该结构的具体形态与地表粗糙度和大气稳定度有密切关系。通过对不同环境条件下大气边界层进行模拟,可以为风电机组尾流大涡模拟提供可靠的初始条件和入口边界条件。其次,开发了一种适用于风电机组尾流大涡模拟的二阶混合格式。非结构有限体积法通常只有二阶精度,在有限体积框架下离散对流项时通常采用的二阶差分格式并不适用于风电机组尾流大涡模拟,即二阶中心差分格式稳定性较差,而二阶迎风格式耗散太大,对小尺度湍流结构的分辨率较低。基于上述考虑本文构建了一个二阶混合差分格式,较好地平衡了数值稳定性和求解精度。通过与风洞实验进行对比,验证了二阶混合差分格式的有效性。将三个二阶格式进行对比分析,发现二阶混合格式稳定性较好,同时也能捕捉到流场中的小尺度湍流结构,说明二阶混合格式可以较好地模拟风电机组尾流的流场特征。再次,基于对大气边界层的深入认识和构建的二阶混合格式,开展地表粗糙度和大气稳定度对风电机组尾流影响研究。将大气边界层大涡模拟结果作为风电机组尾流大涡模拟的初始场和入口边界条件,采用二阶混合格式离散对流项,研究地表粗糙度和大气稳定度对尾流发展的影响。通过对比发现,地表粗糙度越大,速度恢复越快,大气边界层越不稳定,速度恢复越快。尾流区内速度恢复快慢和边界层中的湍流强度密切相关,为进一步开发解析尾流模型提供了必要的基础。最后,在深入认识复杂大气环境下风电机组尾流演化规律的基础上,基于Monin-Obukhov相似性理论开发了一个可以考虑地表粗糙度和大气稳定度的MOST-Gaussian尾流模型。新模型将尾流扩张系数与展向湍流强度建立联系,更准确地反应了尾流恢复特点。通过与大涡模拟结果、风洞测量结果和风场测试结果进行对比,验证了MOST-Gaussian尾流模型在不同的地表粗糙度和大气稳定度工况下均有良好的表现,说明本文开发的MOST-Gaussian尾流模型在提高风电场优化布局效率、增加风电场发电量和收益方面具有非常好的潜力。
陈心源[9]（2020）在《基于物理过程的实时光学烟幕仿真和渲染》文中认为基于物理过程的烟雾动力学仿真和渲染是跨越计算流体力学和图形学的跨学科课题,其流体动力学计算的理论基础是不可压缩流体的Navier-Stokes方程,其光照渲染的理论基础是辐射传输理论。三维烟雾的流动非常复杂,烟雾内部密度分布非常不均匀,所以要想实时仿真烟雾,其难点在于高效地保持烟雾流体的不可压缩性,准确地模拟烟雾的湍流现象和光线在烟雾体内的吸收和散射现象。本文将首先基于理论推导不可压缩的Navier-Stokes控制方程,在控制方程的非守恒表示和守恒表示的基础上,研究基于粒子的烟雾仿真方法和基于网格的仿真方法,主要包括它们的数据结构,求解压力项的方法,计算对流的方法和其他内外力项的解算方法。针对基于网格的压力解算,本文研究了一种并行的超松弛迭代法,通过设定合适的松弛因子,能够大幅提升压力泊松方程的收敛速度;然后,对比分析了粒子方法和网格方法的优势和劣势,研究了用于烟雾仿真的混合方法;混合方法将粒子和网格混合在一起,让粒子系统和网格结构分别处理压力、对流和各种内外力的计算过程,降低了由半拉格朗日法对流带来的数值粘性耗散现象。接着,本文将研究可见光和红外下的烟雾渲染方法,使用了光线投射法进行了烟雾的体绘制渲染,并利用了多通道方法对光源的一次散射进行了建模。对于红外模型,本文还对等效辐射截面的计算方法进行了讨论。最后,根据以上一系列理论和方法,本文使用Direct3D12图形API和计算着色器搭建整个烟雾的计算和渲染的框架,并实现了网格方法和混合方法的流场计算模型,以及红外-可见光的烟雾渲染模型。利用一些技术上和算法上的优化手段,在保证仿真结果达到实时性的同时,提高了仿真的物理准确性和视觉真实性。最后将针对不同模型,不同参数的仿真结果进行对比,分析和评价。
李艾挺[10]（2020）在《叶轮机械流场数值模拟及反问题设计研究》文中进行了进一步梳理随着计算机性能的提升,计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）得到快速发展,在叶轮机械叶型设计和流场分析中占有越来越重要的地位。尤其在叶型气动设计中,CFD技术大大减少了对试验数据的依赖,成为现代叶轮机械设计体系的主要组成部分。以CFD技术为支撑,国内外发展了多种正问题分析和优化程序,以及反问题叶型气动设计方法。本文以工程应用为背景,以数值求解Navier-Stokes（N-S）方程为主要内容,开发一套较为通用的,满足一定精度和求解速度要求的全三维流场数值求解程序,并在此基础上开发叶轮机叶片反问题设计程序。再以跨声速压气机为主要研究对象,对所开发的正反问题程序进行测试和研究。具体工作包括以下内容:（1）针对跨声速叶轮机械复杂内部流动,利用所开发的全三维CFD求解器对常用格式的计算精度进行对比。以Rotor67压气机转子为例进行数值试验,对比了两种FVS格式,即Steger-Warming格式、Van Leer格式在不同MUSCL插值处理方式下的计算效果。结果表明,Van Leer格式的模拟效果优于StegerWarming格式,使用原始变量插值的模拟效果优于通量插值,Albada限制器与Hemker限制器的模拟效果基本相同。（2）分别采用FVS格式与AUSM+格式结合多种限制器对Rotor 67跨声速压气机转子进行数值模拟,分析和比较了各格式的计算效果并与试验结果对比。结果表明:与FVS格式相比,AUSM+格式的数值粘性更小,边界层的模拟精度更高;Hemker限制器的综合表现最优,Van Albada限制器的粘性分辨率略低于Hemker限制器,Minmod限制器对流动分离现象的捕捉能力较差,Van leer限制器容易引入色散误差。（3）提出了一种改进的适用于三维粘性流场的叶轮机械叶片反问题设计方法。该方法假设叶片的中弧线具有虚拟移动速度,其位移量由目标载荷与实际载荷的差值计算得到,并利用粘性底层厚度对每个迭代步的位移量进行限制。采用三次B样条曲线插值方法对叶片中弧线进行光顺,新叶型通过更新后的中弧线和给定的叶片厚度得到。对Rotor67的优化结果表明:该方法可根据设计者的意图对叶型进行修改,具有鲁棒性强、收敛速度快、叶片的可变自由度高和不依赖于特定的网格和求解器的优点,并具备一定的通用性。（4）提出了一种适用于多排叶片流场的全三维粘性反问题设计方法,并将其应用于整级高负荷轴流压气机叶片的优化设计。反问题方法以载荷分布作为优化目标,设计时可根据正问题计算结果对动叶载荷分布进行合理调整,实现控制激波位置、强度,优化叶片表面气动参数分布、减小流动分离等目的;同时可根据静叶进出口气流角实时调整静叶进、出口几何角,使动静叶片排保持最佳匹配状态,减少流动损失。通过对Stage35压气机级的反问题优化设计,等熵效率提升了1.1%,结果表明:该方法能够明显改善叶片内部流场分布,优化动静叶片排的匹配,提升全工况范围内压气机级效率。
二、SOLUTION OF 3-D TURBULENCE NAVIER-STOKES EQUATIONS USING HYBRID GRIDS（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、SOLUTION OF 3-D TURBULENCE NAVIER-STOKES EQUATIONS USING HYBRID GRIDS（论文提纲范文）
（1）绕椭球的低速流动研究（论文提纲范文）
| 1引言 |
| 2参数与坐标系定义 |
| 3实验和理论研究 |
| 3.1椭球绕流场分离的定性描述 |
| 3.2椭球绕流场分离的定量研究 |
| 3.3椭球绕流场分离的辨识 |
| 3.4椭球绕流场分离的拓扑研究 |
| 3.5分离对气动力的影响 |
| 3.6分离产生的噪声 |
| 3.7转捩带的影响 |
| 3.8分离后旋涡的演化过程 |
| 3.9非定常机动实验 |
| 3.10尾部支撑对流动的影响 |
| 3.11突起物对流动的影响 |
| 4数值模拟研究 |
| 4.1欧拉方程及渐近理论 |
| 4.2三维边界层方程 |
| 4.3简化的N-S方程及层流 |
| 4.4 RANS |
| 4.5 RSM |
| 4.6 LES |
| 4.7 LES/RANS混合方法 |
| 4.8 DNS |
| 4.9非定常机动过程的模拟 |
| 5椭球绕流场转捩的研究 |
| 6结论和展望 |
（2）基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题来源 |
| 1.2 研究背景 |
| 1.3 研究意义 |
| 1.4 研究现状 |
| 1.4.1 风力机尾流特性研究 |
| 1.4.2 致动盘模型改进方法研究 |
| 1.4.3 湍流动能衰减规律及其控制方法研究 |
| 1.4.4 平衡大气边界层自保持性改善方法研究 |
| 1.5 主要研究内容 |
| 第2章 基础理论与方法 |
| 2.1 湍流动能衰减 |
| 2.1.1 两方程湍流模型 |
| 2.1.2 湍流动能衰减概念 |
| 2.1.3 湍流动能衰减理论分析 |
| 2.2 致动盘模型 |
| 2.3 平衡大气边界层自保持性改善方法 |
| 2.3.1 平衡大气边界层概念 |
| 2.3.2 常用的入流条件 |
| 2.3.3 平衡大气边界层自保持性改善方法 |
| 2.4 验证风力机介绍 |
| 2.4.1 GH风洞风力机 |
| 2.4.2 TNO风洞风力机 |
| 2.4.3 Nibe B风力机 |
| 2.4.4 Sexbierum风力机 |
| 2.4.5 Dawin180 k W风力机 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于两方程湍流模型的湍流动能衰减规律研究 |
| 3.1 湍流动能衰减理论分析 |
| 3.1.1 均匀流中湍流动能衰减分析 |
| 3.1.2 剪切流中湍流动能衰减分析 |
| 3.1.3 中性大气条件下湍流动能衰减分析 |
| 3.2 湍流动能衰减数值模拟 |
| 3.2.1 计算域和网格 |
| 3.2.2 数值方法 |
| 3.2.3 边界条件 |
| 3.3 湍流动能衰减数值模拟结果与分析 |
| 3.3.1 均匀流中湍流动能衰减规律验证 |
| 3.3.2 剪切流中湍流动能衰减规律验证 |
| 3.3.3 中性大气条件下湍流动能衰减规律验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于两方程湍流模型的均匀流中湍流动能衰减控制方法研究 |
| 4.1 其他学者关于湍流动能衰减控制的模型 |
| 4.1.1 SST-sust模型 |
| 4.1.2 SST-Csust模型 |
| 4.1.3 SST-Dsust模型 |
| 4.2 添加源项法 |
| 4.2.1 IASIM?模型 |
| 4.2.2 IASIM∥模型 |
| 4.2.3 IACM模型 |
| 4.2.4 DTCM模型 |
| 4.3 封闭系数调整法 |
| 4.4 数值模拟 |
| 4.4.1 计算域和网格 |
| 4.4.2 数值方法 |
| 4.4.3 边界条件 |
| 4.5 结果与分析 |
| 4.5.1 IASIM?模型 |
| 4.5.2 IASIM∥模型 |
| 4.5.3 IACM模型 |
| 4.5.4 DTCM模型 |
| 4.5.5 ICCAM?模型和ICCAM∥模型 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 致动盘模型改进前的几点讨论 |
| 5.1 数值计算方法 |
| 5.1.1 计算域和网格 |
| 5.1.2 数值方法 |
| 5.1.3 边界条件 |
| 5.1.4 网格无关性验证 |
| 5.2 致动盘模型改进前的几点讨论 |
| 5.2.1 致动盘厚度的影响 |
| 5.2.2 网格辨识的影响 |
| 5.2.3 来流风速的处理 |
| 5.2.4 壁面条件的处理 |
| 5.2.5 入口湍流参数的计算 |
| 5.2.6 平衡大气边界层保持性的影响 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究 |
| 6.1 机舱和塔筒处理方式的改进 |
| 6.1.1 其他学者的工作 |
| 6.1.2 本文工作 |
| 6.2 风轮体积力分布方式的改进 |
| 6.2.1 其他学者的工作 |
| 6.2.2 本文工作 |
| 6.3 湍流模型的改进 |
| 6.3.1 其他学者的工作 |
| 6.3.2 本文工作 |
| 6.3.3 小结 |
| 6.4 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 展望 |
| 创新点 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录 |
（3）中子输运与传热流动耦合的格子Boltzmann数值建模（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 堆芯中子输运-传热-流动耦合计算的研究 |
| 1.2.2 中子输运问题的研究 |
| 1.2.3 中子输运并行计算的研究 |
| 1.2.4 格子Boltzmann方法及其在反应堆模拟的研究 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第2章 中子输运高精度LBM模型 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 中子输运方程 |
| 2.3 中子扩散方程高精度LBM模型 |
| 2.3.1 中子扩散方程 |
| 2.3.2 中子扩散方程高精度LB模型 |
| 2.3.3 中子扩散时空动力学LBM求解 |
| 2.4 NDLBM的数值模拟与分析 |
| 2.4.1 瞬态源驱动问题 |
| 2.4.2 NDLBM与传统方法的比较 |
| 2.4.3 Biblis-PWR堆芯问题 |
| 2.4.4 TWIGL堆芯动力学问题 |
| 2.5 中子输运SP_3方程高精度LB模型 |
| 2.5.1 中子输运SP_3方程 |
| 2.5.2 中子输运SP_3方程高精度LBM模型 |
| 2.6 SP3LBM的数值模拟及分析 |
| 2.6.1 单群中子输运问题 |
| 2.6.2 Zion堆芯问题 |
| 2.6.3 非均匀C5 堆芯问题 |
| 2.6.4 C5G7 堆芯问题 |
| 2.6.5 KAIST-3A堆芯问题 |
| 2.6.6 三维微型LWR问题 |
| 2.7 中子输运S_N方程有限差分LB模型 |
| 2.7.1 中子输运S_N方程 |
| 2.7.2 中子输运S_N方程LB模型 |
| 2.7.3 中子输运S_N方程有限差分LB模型 |
| 2.7.4 Chapman-Enskog多尺度分析 |
| 2.8 SNFDLBM的数值模拟与分析 |
| 2.8.1 Heaviside源问题 |
| 2.8.2 瞬态各向异性源问题 |
| 2.8.3 半无限介质Gauss源问题 |
| 2.8.4 二维无限介质Gauss源问题 |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 中子输运LB模型的非规则网格方法 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于SSAMR的中子输运LB模型 |
| 3.2.1 网格细化和合并 |
| 3.2.2 网格块边界处理 |
| 3.3 非结构网格中子输运LB模型 |
| 3.4 数值模拟与分析 |
| 3.4.1 多层中子屏蔽问题 |
| 3.4.2 Reed堆芯问题 |
| 3.4.3 均匀化堆芯源驱动问题 |
| 3.4.4 C5 MOX堆芯问题 |
| 3.4.5 含内部增殖栅元的六角形组件 |
| 3.4.6 非结构IAEA堆芯 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 中子输运LBM模型的大规模GPU并行加速方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 基于MPI的中子输运SP_3方程LB模型粗粒度并行 |
| 4.3 基于GPU集群的中子扩散动力学LB模型细粒度并行 |
| 4.3.1 GPU-NDLBM实现 |
| 4.3.2 多GPU集群设备的GPU-NDLBM实现 |
| 4.4 基于GPU集群的中子输运S_N方程LB模型细粒度并行 |
| 4.4.1 GPU-SNLBM实现整体构架 |
| 4.4.2 多GPU集群设备的GPU-SNLBM实现 |
| 4.5 数值验证结果 |
| 4.5.1 单群中子输运问题的MPI-SP3LBM加速 |
| 4.5.2 Biblis-PWR的 GPU-NDLBM并行加速 |
| 4.5.3 铁-水屏蔽问题的GPU-SNLBM并行加速 |
| 4.5.4 Reed堆芯GPU-SNLBM的 S并行模式与S-A并行模式对比 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 中子输运-传热-流动耦合LB框架 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 中子输运-传热-流动耦合过程统一LB框架 |
| 5.2.1 中子输运-传热耦合方程组 |
| 5.2.2 中子输运-传热-流动耦合方程组 |
| 5.2.3 中子输运-传热-流动统一LB框架 |
| 5.2.4 缓发中子先驱核LB模型 |
| 5.2.5 传热温度场LB模型 |
| 5.2.6 流动速度场LB模型 |
| 5.2.7 lbmNTH模块实现 |
| 5.3 数值分析结果 |
| 5.3.1 流动速度场LBM验证 |
| 5.3.2 板型燃料元件中子输运-传热分析 |
| 5.3.3 液体熔盐堆中子输运-传热-流动分析 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 附录A Legendre展开多项式 |
| 附录B SP_7方程及其LB模型 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（4）物理启发的钝体绕流场机器学习计算方法（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景 |
| 1.2 深度学习方法 |
| 1.2.1 深度学习模型 |
| 1.2.2 神经网络非线性表征能力 |
| 1.2.3 深度学习优化算法 |
| 1.3 基于机器学习的流体力学数据驱动模型 |
| 1.3.1 基于机器学习的湍流模式理论 |
| 1.3.2 基于深度学习的流动降阶模型 |
| 1.4 流动控制方程的机器学习求解方法 |
| 1.4.1 基于通用近似定理的神经网络求解方法 |
| 1.4.2 神经网络辅助的数值模拟方法 |
| 1.4.3 流场数据同化的深度学习方法 |
| 1.5 本文研究意义及主要研究内容 |
| 第2章 高时间分辨率钝体绕流场重构的深度学习方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 基于双向循环神经网络的高时间分辨率流场重构方法 |
| 2.2.1 本征正交分解 |
| 2.2.2 伽辽金投影 |
| 2.2.3 带门控循环单元的双向循环神经网络 |
| 2.2.4 神经网络训练设置 |
| 2.3 数值模拟数据集重构结果 |
| 2.3.1 数据获取 |
| 2.3.2 POD模态和重构问题设置 |
| 2.3.3 模型训练 |
| 2.3.4 圆柱绕流场重构结果 |
| 2.4 实验数据集重构结果 |
| 2.4.1 数据获取 |
| 2.4.2 模型训练 |
| 2.4.3 圆柱绕流场重构结果 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 圆柱绕流场预测的卷积神经网络模型 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 基于卷积神经网络的圆柱绕流压力-速度场模型 |
| 3.2.1 卷积神经网络架构设计 |
| 3.2.2 训练算法 |
| 3.3 数值模拟数据集 |
| 3.3.1 数据集 |
| 3.3.2 数据结构分析 |
| 3.3.3 卷积神经网络超参数设置 |
| 3.4 结果和讨论 |
| 3.4.1 模型训练 |
| 3.4.2 测试集不同雷诺数速度场预测结果 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 物理融合的不可压缩Navier-Stokes方程神经网络求解方法 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 求解方法 |
| 4.3 层流模拟 |
| 4.3.1 Kovasznay流动 |
| 4.3.2 二维圆柱尾流 |
| 4.3.3 三维Beltrami流动 |
| 4.4 槽道湍流模拟 |
| 4.4.1 长时间间隔模拟结果 |
| 4.4.2 较大区域模拟结果 |
| 4.4.3 权重系数影响 |
| 4.5 NSFnets处理超出CFD求解范围的任务 |
| 4.5.1 边界条件缺失或含噪声的Kovasznay流动 |
| 4.5.2 学习未知雷诺数工况 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于深度强化学习的流体力学微分方程统一求解框架 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 基于深度强化学习的微分方程求解方法 |
| 5.2.1 基于深度强化学习的求解框架 |
| 5.2.2 超参数设置 |
| 5.3 结果与讨论 |
| 5.3.1 常微分方程求解 |
| 5.3.2 偏微分方程求解 |
| 5.3.3 讨论 |
| 5.4 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（5）适用于磁共振显微成像系统的集成式微流控芯片设计方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与意义 |
| 1.2 问题与研究目的 |
| 1.3 磁共振成像技术 |
| 1.4 微流控芯片 |
| 1.5 拓扑优化方法 |
| 1.6 本文的研究内容与组织结构 |
| 第2章 相关理论基础 |
| 2.1 流体问题 |
| 2.2 电磁问题 |
| 2.3 数值计算方法 |
| 2.4 连续体拓扑优化理论 |
| 2.5 变密度方法中特征尺寸控制方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于拉格朗日描述的微混合器优化设计 |
| 3.1 被动混合器 |
| 3.2 混合过程的描述 |
| 3.3 粗粒浓度与映射矩阵法 |
| 3.4 混合效果的度量 |
| 3.5 微混合器的拓扑优化模型与敏度分析 |
| 3.6 数值实现 |
| 3.7 数值算例 |
| 3.8 本章小结 |
| 第4章 特征尺寸约束的微流器件优化设计 |
| 4.1 模拟形态学算子 |
| 4.2 基于模拟形态算子的最小实域和最小空域尺寸控制 |
| 4.3 基于最小尺寸控制方法的微Tesla阀设计 |
| 4.4 基于模拟形态算子的最大尺寸控制 |
| 4.5 基于最大尺寸控制方法的微流控器件设计 |
| 4.6 本章小节 |
| 第5章 细胞捕获单元与微梯度线圈的优化设计 |
| 5.1 被动单细胞捕获器拓扑优化设计 |
| 5.1.1 被动单细胞捕获原理以及拓扑优化模型 |
| 5.1.2 捕获方向与流动方向同向细胞捕获单元拓扑优化 |
| 5.1.3 捕获方向与流动方向垂直细胞捕获单元拓扑优化 |
| 5.1.4 捕获方向与流动方向垂直多细胞捕获单元拓扑优化 |
| 5.2 微梯度线圈优化设计 |
| 5.2.1 流函数法设计梯度线圈 |
| 5.2.2 梯度线圈的单目标拓扑优化 |
| 5.2.3 梯度线圈的电阻辅助目标优化设计 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 完成工作总结 |
| 6.2 创新性成果 |
| 6.3 未来工作展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（6）垂直轴风力机气动性能分析及优化研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| 英文摘要 |
| 1 引言 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 垂直轴风力机的研究现状 |
| 1.2.1 垂直轴风力机的分类 |
| 1.2.2 垂直轴风力机基础研究方法现状 |
| 1.2.3 基于CFD的垂直轴风力机气动性能的研究现状 |
| 1.2.4 垂直轴风力机气动性能改进优化的研究现状 |
| 1.3 论文内容框架及技术路线 |
| 2 风力机实验设定及CFD数值模拟参数研究 |
| 2.1 风力机设计准则及实验设定 |
| 2.1.1 实验设计准则 |
| 2.1.2 实验设定 |
| 2.2 CFD建模参数设定 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 垂直轴风力机气动性能分析及预测 |
| 3.1 风力机气动性能分析 |
| 3.1.1 不同叶片高度截面处的气动性能分析 |
| 3.1.2 基于2.5D LES的风力机气动性能分析 |
| 3.2 基于组合元模型的风力机性能预测 |
| 3.2.1 元模型建立 |
| 3.2.2 构建组合元模型 |
| 3.2.3 预测分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 垂直轴风力机的变桨控制研究 |
| 4.1 垂直轴风力机的运行机理分析 |
| 4.1.1 垂直轴风力机的翼型气动参数 |
| 4.1.2 垂直轴风力机的叶片运动分析 |
| 4.1.3 垂直轴风力机的气动力分析 |
| 4.2 垂直轴风力机变桨控制系统设计 |
| 4.2.1 基于差分进化算法的人工鱼群算法改进 |
| 4.2.2 基于改进人工鱼群算法的桨距角优化 |
| 4.2.3 变桨控制系统设计 |
| 4.3 基于变桨的风力机气动性能分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 导流板参数分析及优化研究 |
| 5.1 基于导流板的双风力机布局 |
| 5.2 风力机间距对风力机性能的影响分析 |
| 5.3 导流板参数优化 |
| 5.3.1 基于组合元模型的导流板参数优化 |
| 5.3.2 不同导流板参数下风力机气动性能比较 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 双垂直轴风力机系统气动性能分析及配置参数优化 |
| 6.1 田口实验设计 |
| 6.2 数值仿真 |
| 6.3 结果与讨论 |
| 6.3.1 双风轮系统的正交实验分析 |
| 6.3.2 不同布局下的双风轮系统气动性能分析 |
| 6.3.3 最优布局下的双风轮系统气动性能分析 |
| 6.4 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 主要创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A 作者在攻读学位期间发表的论文目录 |
| B 作者在攻读学位期间取得的科研成果目录 |
| C 学位论文数据集 |
| 致谢 |
（7）挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 研究目的及意义 |
| 1.3 挟沙水流下桥墩局部冲刷理论研究现状 |
| 1.3.1 清水条件下的桥墩局部冲刷理论研究现状 |
| 1.3.2 桥墩局部冲刷分类理论研究现状 |
| 1.3.3 泥沙混合物理论研究现状 |
| 1.3.4 挟沙水流下桥墩局部冲刷理论研究现状 |
| 1.3.5 挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟研究现状 |
| 1.3.6 挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟存在的问题 |
| 1.4 研究内容与技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 研究的技术路线和方法 |
| 第二章 挟沙水流下桥墩局部冲刷机理研究 |
| 2.1 挟沙水流下桥墩局部冲刷理论研究概况 |
| 2.2 挟沙水流下桥墩局部冲刷理论方程 |
| 2.3 挟沙水流下桥墩和泥沙对局部冲刷流场的规律影响 |
| 2.3.1 挟沙水流和泥沙对流场规律的影响 |
| 2.3.2 局部冲刷下桥墩对墩周流场的影响 |
| 2.3.3 局部冲刷下桥墩对泥沙的影响 |
| 2.4 局部冲刷影响因素分析 |
| 2.4.1 局部冲刷桥墩影响因素分析 |
| 2.4.2 局部冲刷流体影响因素分析及公式改进 |
| 2.4.3 局部冲刷下河床质泥沙影响因素分析 |
| 2.4.4 局部冲刷下流体特征影响因素分析 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟理论 |
| 3.1 流体数值模拟分析软件介绍 |
| 3.2 流体运动理论基础简述 |
| 3.3 湍流数值模拟方法 |
| 3.3.1 直接数值模拟(DNS) |
| 3.3.2 大涡模拟(LES) |
| 3.3.3 Re平均模拟方法(RANS) |
| 3.3.4 湍流数值模拟方法的比较与选用 |
| 3.4 桥墩局部冲刷湍流模型 |
| 3.4.1 标准κ-ε模型 |
| 3.4.2 RNGκ-ε模型 |
| 3.4.3 标准κ-ω模型 |
| 3.4.4 湍流模型比较与选用 |
| 3.5 Tru-VOF追踪流体边界方法 |
| 3.6 河床泥沙冲刷模型与sediment scour物理模块 |
| 3.6.1 泥沙颗粒力学机理 |
| 3.6.2 泥沙颗粒运动机理 |
| 3.6.3 泥沙颗粒质量平衡理论 |
| 3.6.4 泥沙颗粒能量平衡理论 |
| 3.7 边界条件、初始条件与挟沙颗粒设置 |
| 3.7.1 边界条件设置 |
| 3.7.2 初始条件设置 |
| 3.7.3 挟沙颗粒性质设置 |
| 3.8 数值模拟离散化方法 |
| 3.8.1 FDM-有限差分法 |
| 3.8.2 FEM-有限元法 |
| 3.8.3 FVM-有限体积法 |
| 3.8.4 FAVORTM方法 |
| 3.8.5 数值模拟离散化方法比较与分析 |
| 3.9 本章小结 |
| 第四章 挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟分析 |
| 4.1 桥墩局部冲刷模型构建 |
| 4.1.1 桥墩局部冲刷模型基本信息 |
| 4.1.2 模型网格划分与加密 |
| 4.1.3 模型边界条件设置 |
| 4.1.4 初始条件设置 |
| 4.1.5 模型物理性质设置 |
| 4.2 模拟方法 |
| 4.3 挟沙水流下局部冲刷数值模拟验证试验对比分析 |
| 4.4 挟沙水流流场数值模拟结果分析 |
| 4.4.1 挟沙水流流线和运动矢量模拟 |
| 4.4.2 挟沙水流下桥墩局部冲刷流速演变规律分析 |
| 4.4.3 挟沙水流下桥墩局部冲刷流场影响因素分析 |
| 4.5 挟沙水流下局部冲刷坑深度和冲刷区域演变规律分析 |
| 4.5.1 挟沙水流下局部冲刷坑最大深度分析 |
| 4.5.2 不同上游来水流速下测点局部冲刷坑深度演变规律分析 |
| 4.5.3 不同容重挟沙水流下墩周测点冲深演变规律分析 |
| 4.5.4 挟沙水流下桥墩局部冲刷深度演变规律影响因素分析 |
| 4.5.5 挟沙水流下桥墩局部冲刷区域演变规律分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
（8）复杂大气环境下风电机组尾流精细化数值模拟与模化研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 风电机组尾流特性 |
| 1.2.2 风电机组尾流数值模拟 |
| 1.2.3 致动类方法 |
| 1.2.4 风电机组解析尾流模型 |
| 1.2.5 风电机组尾流实验研究 |
| 1.3 本文研究内容 |
| 第2章 不同环境条件下大气边界层大涡模拟研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 考虑温度效应的大气边界层大涡模拟方法 |
| 2.2.1 控制方程 |
| 2.2.2 亚格子模型 |
| 2.2.3 离散方法 |
| 2.2.4 边界条件 |
| 2.2.5 网格划分与计算参数设定 |
| 2.3 大涡模拟结果收敛性分析 |
| 2.3.1 网格无关性分析 |
| 2.3.2 不同统计时长的流场分析 |
| 2.3.3 不同展向位置流场分析 |
| 2.4 不同地表粗糙度下大气边界层演化特点 |
| 2.4.1 平均流场特征分析 |
| 2.4.2 脉动速度场分析 |
| 2.4.3 湍流统计量分析 |
| 2.5 不同热稳定度下大气边界层演化特点 |
| 2.5.1 平均流场特征分析 |
| 2.5.2 瞬时流场特征分析 |
| 2.5.3 湍流统计量分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 基于二阶混合差分格式的模型风力机尾流大涡模拟研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 风电机组尾流大涡模拟方法 |
| 3.2.1 风电机组建模方法 |
| 3.2.2 机舱和塔架建模方法 |
| 3.3 数值风洞大气边界层模拟与验证 |
| 3.3.1 计算参数设置 |
| 3.3.2 大气边界层模拟结果分析 |
| 3.4 尾流模拟结果分析 |
| 3.4.1 计算参数设置 |
| 3.4.2 速度剖面分析 |
| 3.4.3 湍流强度剖面分析 |
| 3.4.4 速度云图分析 |
| 3.4.5 湍流强度云图分析 |
| 3.5 二阶精度混合格式构建 |
| 3.6 对流项离散格式对尾流模拟的影响 |
| 3.6.1 尾流速度亏损分析 |
| 3.6.2 尾流湍流强度分析 |
| 3.6.3 对流项离散格式预测精度分析 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 不同环境条件下NREL5MW风电机组尾流大涡模拟研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 计算工况与网格划分 |
| 4.3 不同地表粗糙度下风电机组尾流流场分析 |
| 4.3.1 速度场分析 |
| 4.3.2 湍流强度场分析 |
| 4.4 不同热稳定度下风电机组尾流流场分析 |
| 4.4.1 速度场分析 |
| 4.4.2 湍流强度场分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 基于Monin-Obukhov相似性理论的高斯尾流模型开发 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 经典尾流模型概述 |
| 5.2.1 基于Top-hat分布的尾流模型 |
| 5.2.2 基于Gaussian分布的尾流模型 |
| 5.2.3 尾流扩张半径确定方法 |
| 5.3 解析尾流模型开发 |
| 5.3.1 Monin-Obukhov相似理论(MOST) |
| 5.3.2 MOST-Gaussian尾流模型构建 |
| 5.4 尾流模型验证 |
| 5.4.1 不同地表粗糙度下尾流模型验证 |
| 5.4.2 不同大气稳定度下尾流模型验证 |
| 5.4.3 外场数据验证 |
| 5.5 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 创新点 |
| 6.3 展望 |
| 附录 A不同稳定度风况下大气边界层流场 |
| A.1不同热稳定度下的瞬时流场瞬时分析 |
| 附录 B二阶混合格式精度与稳定性分析 |
| B.1 Taylor级数展开分析 |
| B.2 TVD精度分析 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
| 致谢 |
（9）基于物理过程的实时光学烟幕仿真和渲染（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 符号对照表 |
| 缩略语对照表 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外发展现状 |
| 1.2.1 拉格朗日方法 |
| 1.2.2 欧拉方法 |
| 1.2.3 混合方法 |
| 1.2.4 总结 |
| 1.3 本文主要内容和结构 |
| 1.3.1 研究内容 |
| 1.3.2 论文结构 |
| 第二章 烟雾流体的物理过程建模 |
| 2.1 流体动力学的控制方程组 |
| 2.2 烟雾的流体力学模型 |
| 2.3 烟雾流体的数据结构 |
| 2.3.1 基于粒子的数据结构 |
| 2.3.2 基于网格的数据结构 |
| 2.4 基于网格的烟雾流体仿真方法 |
| 2.4.1 流场的差分格式和网格结构优化 |
| 2.4.2 压强修正与实时解算 |
| 2.4.3 流场边界条件处理 |
| 2.4.4 对流项计算 |
| 2.4.5 外力项计算 |
| 2.4.6 降低流场的涡量消失现象 |
| 2.4.7 粘滞力的解算方法 |
| 2.5 使用粒子进行流体仿真计算 |
| 2.5.1 光滑粒子核函数 |
| 2.5.2 基于压力预测修正的不可压缩SPH |
| 2.5.3 SPH的粘滞力计算 |
| 2.5.4 其他外力的计算 |
| 2.6 混合粒子与网格的烟雾流体仿真方法 |
| 2.6.1 用粒子计算网格的对流项 |
| 2.6.2 降低数值误差带来的“人工”粘性耗散 |
| 2.6.3 使用粒子加强湍流 |
| 2.7 仿真结果的对比和分析 |
| 2.8 本章小结 |
| 第三章 基于物理过程的烟雾光照渲染 |
| 3.1 使用体绘制渲染光学烟雾 |
| 3.2 可见光烟雾的光照渲染 |
| 3.3 红外烟雾的光照与自发辐射渲染 |
| 3.4 烟雾的光照渲染的基本流程 |
| 3.5 烟雾的光照计算的数值过程与结果分析 |
| 3.6 本章小结 |
| 第四章 实时光学烟雾仿真的实现 |
| 4.1 基于Direct3D的烟雾渲染框架 |
| 4.2 基于网格方法与混合方法的烟雾仿真模型 |
| 4.2.1 基于网格方法的烟雾仿真模型的实现 |
| 4.2.2 基于混合方法的烟雾仿真模型的实现 |
| 4.3 光照模型的实现 |
| 4.4 可见光烟雾在不同参数下的对比分析 |
| 4.5 红外烟雾在不同参数下的对比分析 |
| 4.6 本章小节 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文总结 |
| 5.2 工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者简介 |
（10）叶轮机械流场数值模拟及反问题设计研究（论文提纲范文）
| 摘要 ABSTRACT 第1章 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 叶轮机械正问题设计 |
| 1.2.1 一维及二维半经验设计 |
| 1.2.2 准三维设计 |
| 1.2.3 全三维设计 |
| 1.3 反问题设计方法 |
| 1.4 计算流体动力学的发展 |
| 1.4.1 空间离散格式 |
| 1.4.2 时间离散格式 |
| 1.4.3 网格生成技术 |
| 1.4.4 湍流模型 |
| 1.4.5 在叶轮机械中的应用 |
| 1.5 主要研究内容 第2章 数值计算方法 |
| 2.1 流场控制方程 |
| 2.1.1 雷诺输运公式 |
| 2.1.2 连续性方程 |
| 2.1.3 动量方程 |
| 2.1.4 能量方程 |
| 2.1.5 本构方程 |
| 2.2 控制方程的数值求解形式 |
| 2.2.1 柱坐标系下的N-S方程 |
| 2.2.2 动网格下的N-S方程 |
| 2.2.3 一般曲线坐标系下的N-S方程 |
| 2.2.4 有限差分法与有限体积法的转换 |
| 2.3 方程的数值离散 |
| 2.3.1 对流项 |
| 2.3.2 粘性项 |
| 2.3.3 时间推进格式 |
| 2.4 湍流模型 |
| 2.5 边界条件 |
| 2.6 叶片排动静交界面处理 |
| 2.7 本章小节 第3章 数值计算方法验证 |
| 3.1 模型及网格 |
| 3.2 FVS格式的对比研究 |
| 3.2.1 Rotor67 总性能 |
| 3.2.2 出口径向参数分布 |
| 3.2.3 流场细节 |
| 3.3 AUSM+格式的对比研究 |
| 3.3.1 Rotor67 总性能 |
| 3.3.2 出口径向参数分布 |
| 3.3.3 流场细节 |
| 3.4 叶片排交界面模型验证 |
| 3.4.1 Stage35 压气机级 |
| 3.4.2 1.5级亚琛涡轮 |
| 3.5 本章小结 第4章 反问题设计方法 |
| 4.1 叶型修改方法 |
| 4.1.1 虚位移计算 |
| 4.1.2 叶型光顺方法 |
| 4.1.3 反问题设计流程 |
| 4.2 动静叶片排匹配 |
| 4.2.1 动静叶片排匹配方法 |
| 4.2.2 多排叶片反问题设计流程 |
| 4.3 反问题方法验证 |
| 4.3.1 单排叶片 |
| 4.3.2 多排叶片 |
| 4.4 本章小结 第5章 反问题方法应用 |
| 5.1 Rotor67 转子优化 |
| 5.1.1 目标载荷曲线调整 |
| 5.1.2 优化前后结果对比 |
| 5.2 Stage35 压气机级优化 |
| 5.2.1 目标载荷曲线调整 |
| 5.2.2 优化前后结果对比 |
| 5.3 本章小结 第6章 结论与展望 |
| 6.1 研究结论 |
| 6.2 本文创新点 |
| 6.3 研究展望 参考文献 致谢 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
四、SOLUTION OF 3-D TURBULENCE NAVIER-STOKES EQUATIONS USING HYBRID GRIDS（论文参考文献）
- [1]绕椭球的低速流动研究[J]. 丛成华,邓小刚,毛枚良. 力学进展, 2021(03)
- [2]基于改进致动盘模型的风力机尾流特性研究[D]. 马国林. 兰州理工大学, 2021
- [3]中子输运与传热流动耦合的格子Boltzmann数值建模[D]. 王亚辉. 哈尔滨工业大学, 2021(02)
- [4]物理启发的钝体绕流场机器学习计算方法[D]. 金晓威. 哈尔滨工业大学, 2020
- [5]适用于磁共振显微成像系统的集成式微流控芯片设计方法研究[D]. 郭煜晨. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所), 2020(03)
- [6]垂直轴风力机气动性能分析及优化研究[D]. 何娇. 重庆大学, 2020(02)
- [7]挟沙水流下桥墩局部冲刷数值模拟研究[D]. 龙庆. 合肥工业大学, 2020(02)
- [8]复杂大气环境下风电机组尾流精细化数值模拟与模化研究[D]. 程瑜. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020(08)
- [9]基于物理过程的实时光学烟幕仿真和渲染[D]. 陈心源. 西安电子科技大学, 2020(05)
- [10]叶轮机械流场数值模拟及反问题设计研究[D]. 李艾挺. 中国科学院大学(中国科学院工程热物理研究所), 2020(08)