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低雷诺数下四圆柱涡激振动特性研究被引量：1: 2023年; 该文运用单元型光滑有限元法和分区强耦合算法数值研究了低雷诺数下,四圆柱两自由度涡激振动特性与尾涡脱落模式。来流条件为不可压黏性均匀流动;柱阵采用方形布列,圆心间距s=5,质量比m^(*)=10。为调查折合速度和雷诺数对柱群涡激振动的影响,考虑了两种工况:①工况一,雷诺数Re=100时,折合流速U_(r)=1~14;②工况二,U_(r)=7.3时,Re=40~300。数值研究发现:①在工况一中,上游两圆柱横向振幅及流体力系数均方根值随Ur变化趋势均与单圆柱情形一致;观察到下游两圆柱横向振幅不相等,将其归类为两种情况:其一,上游两圆柱出现横向振幅不相等现象,下游两圆柱横向振幅受前者影响产生差异;其二,下游两圆柱尾涡脱落模式不一致引起横向振幅不同;②在工况二中,上游圆柱振动响应于Re=130时发生转换且响应分支对应不同尾涡脱落模式;响应分支转换后,四圆柱耦合机制发生变化,下游圆柱流向振幅和升力均方根值剧增;同时观察到“2P+2S”尾涡脱落模式,涡对脱落周期随雷诺数增大而减小;特别是Re=140时,下游两圆柱每隔4~5个周期脱落一对涡对;250≤Re≤300时,下游两圆柱后尾迹均形成两排旋涡,仅隔1~2个周期脱落一对涡对。; 姚文娟张旭炎何涛; 关键词：涡激振动雷诺数效应流固耦合

流固耦合数值方法研究概述与浅析被引量：10: 2018年; 介绍了流固耦合数值方法的研究概况,简要回顾了各类耦合方法的主要特点与应用,讨论了经典文献和近年最新成果,总结了数值方法的发展趋势及存在的问题。; 何涛; 关键词：流固耦合有限元法

微分求积模拟二维流体中流函数约束的施加方法研究: 2017年; 采用微分求积法数值求解流函数-涡度方程来模拟二维流体时会遇到流函数的超约束问题,即虽然流函数方程为二阶偏微分方程,但在每个固体边界上都存在两个约束条件:一个Dirichlet条件和一个Neumann条件。以二维驱动方腔流动为例,对该问题进行深入分析,进而提出一种新的超约束处理方法,即在边界涡度的计算中考虑Neumann条件,而仅将Dirichlet条件施加于流函数方程。数值结果显示该方法可行,且计算效率较高。同时给出前人提出的单层法和双层法进行比较。试算表明单层法对于网格数的奇偶性很敏感,不适于处理该问题。与双层法对比后发现:该方法计算精度较高,且由于回避了超约束问题而更加方便于使用。; 王通何涛曹曙阳; 关键词：微分求积方腔流

剪切稀化Carreau-Yasuda流体激励下圆柱两自由度涡激振动机理研究: 2024年; 剪切稀化是重要的一类广义牛顿流体行为,在生物医药、食品化工等领域已有广泛应用。剪切稀化流体激励下的单圆柱单自由度涡激振动已有诸多研究,但鲜有涉及剪切稀化流体作用下两自由度圆柱涡激振动现象。该文选用Carreau-Yasuda本构模型,运用边线型光滑有限元法(Edge-based Smoothed Finite Element Method,ES-FEM)研究剪切稀化行为对单圆柱两自由度涡激振动特性的影响。研究发现:低时间常数下,随着折合流速U_r增加,剪切稀化流体中的圆柱振荡将加快趋于稳定,但随时间常数增加,加速效应减弱。在不同时间常数下,圆柱质心均呈经典“8”字型自限振荡,且高时间常数下轨迹杂乱。在U_r=6条件下,对两自由度下不同时间常数的圆柱尾涡模式进行模拟,模拟结果显示:0.8≤Cu≤80时捕捉到2S尾涡;80≤Cu≤160范围内则为2P模式。在不同时间常数区间释放流向自由度后发现,不同时间常数下,流体对剪切速率变化敏感性不同,高时间常数区间内流向自由度对尾流区黏度场有明显扰动。该研究结果将为广义牛顿流体作用下的钝体振动抑制及能量收集提供借鉴。; 张旭炎马希何涛; 关键词：涡激振动

基于ALE有限元法的流固耦合强耦合数值模拟被引量：27: 2018年; 针对不同流固耦合问题,提出一种基于任意拉格朗日-欧拉(ALE)有限元技术的分区强耦合算法.运用半隐式特征线分裂算法求解ALE描述下的不可压缩黏性流体Navier-Stokes方程.分别考虑一般平面运动刚体和几何非线性固体,采用复合隐式时间积分法推进结构运动方程,故可选用较大时间步长;进一步应用单元型光滑有限元法求解几何非线性固体大变形,获得更精确结构解且不影响计算效率.运用子块移动技术结合正交-半扭转弹簧近似法高效更新流体动网格;同时将一质量源项引入压力泊松方程满足几何守恒律,无需复杂构造网格速度差分格式.采用简单高效的固定点法配合Aitken动态松弛技术实现各场耦合,可灵活选择先进单场求解技术,具备较好程序模块性.运用本文算法分别模拟了H型桥梁截面颤振问题和均匀管道流内节气阀涡激振动问题.研究表明,数值结果与已有文献数据吻合,计算精度和求解效率均令人满意.; 何涛; 关键词：流固耦合有限元法强耦合

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何涛