流動(dòng)不穩(wěn)定性的案例
CFD理論|流動(dòng)不穩(wěn)定性
導(dǎo)讀：介紹兩種流動(dòng)不穩(wěn)定現(xiàn)象：開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定、瑞利-泰勒不穩(wěn)定。
流動(dòng)穩(wěn)定性
流動(dòng)穩(wěn)定性（hydrodynamic stability） 流動(dòng)受初始擾動(dòng)后恢復(fù)原先運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的能力。外界的擾動(dòng)如果會(huì)自動(dòng)衰減，原先的流動(dòng)便是穩(wěn)定的；外界的擾動(dòng)如果會(huì)發(fā)展，并轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌?em>流動(dòng)狀態(tài)，這就是 流動(dòng)失穩(wěn)現(xiàn)象。
流動(dòng)穩(wěn)定性理論研究流體運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定的條件和失穩(wěn)后流動(dòng)的發(fā)展變化，包括轉(zhuǎn)捩為湍流的過(guò)程。
層流到湍流的轉(zhuǎn)捩，一般始于失穩(wěn)。但隨著某流動(dòng)參數(shù)（如雷諾數(shù)）的逐漸增大，流動(dòng)失穩(wěn)后也有可能過(guò)渡為另一種更為復(fù)雜的層流，最后再失去層流的規(guī)律性，轉(zhuǎn)捩為湍流。
本文介紹的兩種不穩(wěn)定現(xiàn)象是屬于有一個(gè)明確界面的穩(wěn)定性問題，
開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定
開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定性（英語(yǔ)：Kelvin–Helmholtz instability，名稱來(lái)自開爾文男爵和赫爾曼·馮·亥姆霍茲）是在有剪力速度的連續(xù)流體內(nèi)部或有速度差的兩個(gè)不同流體的界面之間發(fā)生的不穩(wěn)定現(xiàn)象。
KH不穩(wěn)定性廣泛存在于高能量密度物理、地球和天體物理、慣性約束聚變、燃燒、玻色-愛因斯坦凝聚、石墨烯等領(lǐng)域。充分發(fā)展的KH不穩(wěn)定性導(dǎo)致了星際颶風(fēng)、星系旋臂、太陽(yáng)風(fēng)與地球磁層相互作用中大規(guī)模旋渦結(jié)構(gòu)的形成；另一方面，被顯著抑制的KH不穩(wěn)定性有助于高準(zhǔn)直、高長(zhǎng)寬比、高穩(wěn)定性超聲速天體射流的形成。
比如說(shuō)風(fēng)吹過(guò)水面時(shí)，在水面上表面的波的不穩(wěn)定。而這種不穩(wěn)定狀況更常見于云、海洋、土星的云帶、木星的大紅斑、太陽(yáng)的日冕中
瑞利-泰勒不穩(wěn)定
當(dāng)重流體處于輕流體上方時(shí)，如果界面無(wú)限平整且不存在擾動(dòng)，則該流體系統(tǒng)處于不穩(wěn)定平衡狀態(tài)。由于在自然界中擾動(dòng)的不可避免性，即便是原本無(wú)限平整的界面在重力作用下也會(huì)發(fā)生失穩(wěn)。
展開 ：通過(guò)構(gòu)筑熱力學(xué)不穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)彈性體修復(fù)后變強(qiáng)
總結(jié)：作者利用離聚物以及聚電解質(zhì)類材料的熱力學(xué)不穩(wěn)定的特質(zhì)，從分子設(shè)計(jì)上引入大位阻，制備了在常溫下動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定但熱力學(xué)不穩(wěn)定的材料。當(dāng)動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性被熱或者力刺激破壞后，熱力學(xué)不穩(wěn)定性使得材料中未配對(duì)的離子進(jìn)行配對(duì)進(jìn)而形成更多更大的聚集體，這些聚集體作為更強(qiáng)的物理交聯(lián)點(diǎn)賦予材料更強(qiáng)的力學(xué)性能。從而真正實(shí)現(xiàn)了像生物材料一樣的超量恢復(fù)行為。
該工作被發(fā)表在Materials Horizons雜志上（Materials Horizons, 2021, DOI: 10.1039/D1MH00638J），第一作者為博士生彭燕，通訊作者為吳錦榮教授。該工作由國(guó)家自然科學(xué)基金（51873110）和四川省科技計(jì)劃項(xiàng)目（2021JDJQ0018）。
原文鏈接：
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/mh/d1mh00638j#!divAbstract
展開 Nat.Commun：利用納米尺度的力學(xué)不穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)超低剛度金屬
【小結(jié)】
這篇文章揭示了在納米尺度內(nèi)力學(xué)不穩(wěn)定性對(duì)超低剛度材料性能的影響。通過(guò)材料在相變過(guò)程中經(jīng)歷的力學(xué)不穩(wěn)定性和對(duì)超材料的分子動(dòng)力學(xué)模擬的手段，在準(zhǔn)靜態(tài)條件下得到了剛度低于2GPa的超金屬。研究結(jié)果表明，在準(zhǔn)靜態(tài)條件下，超材料通過(guò)一系列的手段得到了完全致密、全面強(qiáng)度納米級(jí)的超低剛度。
文獻(xiàn)鏈接：Harnessing mechanical instabilities at the nanoscale to achieve ultra-low stiffness metals（Nat.Commun, 2017，DOI:10.1038/s41467-017-01260-6）
本文轉(zhuǎn)自材料牛
展開 Axial Machines（軸向機(jī)械）：流體的流動(dòng)沿旋轉(zhuǎn)軸軸向方向穿過(guò)機(jī)械設(shè)備內(nèi)的流域
例如：螺旋槳推進(jìn)器，軸流式風(fēng)機(jī)/壓縮機(jī)/渦輪機(jī)/旋流器
2. Centrifugal Machines（離心式機(jī)械）：流體的流動(dòng)沿與旋轉(zhuǎn)軸垂直方向穿過(guò)機(jī)械設(shè)備內(nèi)的流域
例如：液泵，離心風(fēng)扇/壓縮機(jī)，放射狀渦輪
3. Mixed flow：流動(dòng)介于軸向式和離心式之間
例如：攪拌tank
II. 轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的不穩(wěn)定相互影響：
1. 潛在相互影響：從上游和下游傳播來(lái)的壓力波動(dòng)引起的流動(dòng)不穩(wěn)定性
2. 尾跡效應(yīng)的影響：從上游向下游傳遞的尾跡引起的流動(dòng)不穩(wěn)定性
3. 沖擊波影響：對(duì)于亞音速/超音速流動(dòng)，沖擊波沖擊下游扇葉引起的不穩(wěn)定性
MRF和MPM都忽略了這些相互作用，因此只限于用在這些交互作用很弱的流動(dòng)問題上。
而Slide Mesh模型對(duì)這些交互作用的預(yù)測(cè)比較準(zhǔn)確。
III. FLUENT處理旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械問題的4種模式：
1. SRF (Single Rotating Frame)：整個(gè)流場(chǎng)都以同一旋轉(zhuǎn)參考系為參考（最簡(jiǎn)單的模式，不再贅述）
2. MRF(Multiple Rotating Frame)：有一個(gè)以上的參考系，忽略流域之間的相互影響。在流動(dòng)穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域（流進(jìn)然后又流出轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域的外邊界）的地方可能得出誤導(dǎo)性的結(jié)果。
3. MPM (Mixing Plane)：對(duì)于有多組扇葉而且相鄰兩組扇葉的扇葉數(shù)量不一樣的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械，不能用MRF模型建立周期性流場(chǎng)，此時(shí)可用Mixing Plane模式建立周期性流場(chǎng)。
4.SMM (Slide Mesh) : Slide Mesh模型考慮了所有流域間相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的交互影響，可以得到比較精確的結(jié)果。但只能用于瞬態(tài)計(jì)算，耗費(fèi)計(jì)算資源較大。
Ⅳ. MPM (Mixing Plane)模型
1.
展開 
Axial Machines（軸向機(jī)械）：流體的流動(dòng)沿旋轉(zhuǎn)軸軸向方向穿過(guò)機(jī)械設(shè)備內(nèi)的流域
例如：螺旋槳推進(jìn)器，軸流式風(fēng)機(jī)/壓縮機(jī)/渦輪機(jī)/旋流器
2. Centrifugal Machines（離心式機(jī)械）：流體的流動(dòng)沿與旋轉(zhuǎn)軸垂直方向穿過(guò)機(jī)械設(shè)備內(nèi)的流域
例如：液泵，離心風(fēng)扇/壓縮機(jī)，放射狀渦輪
3. Mixed flow：流動(dòng)介于軸向式和離心式之間
例如：攪拌tank
II. 轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的不穩(wěn)定相互影響：
1. 潛在相互影響：從上游和下游傳播來(lái)的壓力波動(dòng)引起的流動(dòng)不穩(wěn)定性
2. 尾跡效應(yīng)的影響：從上游向下游傳遞的尾跡引起的流動(dòng)不穩(wěn)定性
3. 沖擊波影響：對(duì)于亞音速/超音速流動(dòng)，沖擊波沖擊下游扇葉引起的不穩(wěn)定性
MRF和MPM都忽略了這些相互作用，因此只限于用在這些交互作用很弱的流動(dòng)問題上。
而Slide Mesh模型對(duì)這些交互作用的預(yù)測(cè)比較準(zhǔn)確。
III. FLUENT處理旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械問題的4種模式：
1. SRF (Single Rotating Frame)：整個(gè)流場(chǎng)都以同一旋轉(zhuǎn)參考系為參考（最簡(jiǎn)單的模式，不再贅述）
2. MRF(Multiple Rotating Frame)：有一個(gè)以上的參考系，忽略流域之間的相互影響。在流動(dòng)穿過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域（流進(jìn)然后又流出轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域的外邊界）的地方可能得出誤導(dǎo)性的結(jié)果。
3. MPM (Mixing Plane)：對(duì)于有多組扇葉而且相鄰兩組扇葉的扇葉數(shù)量不一樣的旋轉(zhuǎn)動(dòng)力機(jī)械，不能用MRF模型建立周期性流場(chǎng)，此時(shí)可用Mixing Plane模式建立周期性流場(chǎng)。
4.SMM (Slide Mesh) : Slide Mesh模型考慮了所有流域間相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的交互影響，可以得到比較精確的結(jié)果。但只能用于瞬態(tài)計(jì)算，耗費(fèi)計(jì)算資源較大。
Ⅳ. MPM (Mixing Plane)模型
1.
展開 流體力學(xué)理論教程（全英PDF） ￥5
流體力學(xué)理論教程（全英PDF）
前言
流體力學(xué)中的歐拉和朗格朗描述
連續(xù)介質(zhì)的變形
流體的流變行為
流體力學(xué)中的表面張力
流動(dòng)可視化
壓力場(chǎng)和流體加速
低雷諾數(shù)流動(dòng)
可壓縮流體的通道流動(dòng)
渦度
邊界層的基礎(chǔ)知識(shí)
湍流
邊界層控制
二次流
流體中的波
流動(dòng)不穩(wěn)定性
空化現(xiàn)象
稀薄氣體動(dòng)力學(xué)
分層流
旋轉(zhuǎn)流
空氣動(dòng)力學(xué)產(chǎn)生的聲音
磁流體動(dòng)力學(xué)
空化現(xiàn)象.pdf
涂層工藝數(shù)值仿真 ￥800
最終涂層厚度根據(jù)涂層液體的連 續(xù)性關(guān)系來(lái)計(jì)算。因此，液體層的厚度由狹縫間隙、涂覆流體入口速度和基板速度決定。涂層工藝的最終目標(biāo)是獲得所需厚度的無(wú)缺陷薄膜。然而，制造均勻的涂層不是一項(xiàng) 簡(jiǎn)單的任務(wù)，在該過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)各種流動(dòng)不穩(wěn)定性或缺陷，如氣泡、帶狀物和細(xì)流。 模具幾何形狀、槽的尺寸和基板上方的高度，以及涂布液的非牛頓流體性質(zhì)都是需要 考慮的重要因素。</p><p> 本案例通過(guò)非牛頓流體模型來(lái)模擬涂布液體，基于兩相流方法實(shí)現(xiàn)了涂層工藝的仿真過(guò)程，模擬結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/87519f9d661d4f3c9d177bd77938184c.gif" alt="Untitled11.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>涂層不均勻現(xiàn)象</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202301/bedd75f300e84bc0962f734fe9dabe80.gif" alt="Untitled12.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>涂層均勻涂布</strong></p><p><br></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流</p>
展開 第八屆國(guó)際流體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（ICFM8）在日本仙臺(tái)召開
Kachanov教授系統(tǒng)地展示了后掠翼層流-湍流轉(zhuǎn)捩預(yù)示、預(yù)報(bào)和控制的實(shí)驗(yàn)研究最新進(jìn)展；浙江大學(xué)林建忠教授系統(tǒng)地總結(jié)了非牛頓流體中懸浮顆粒流問題，包括二階非牛頓流體中球形顆粒的渦流行為、漸縮槽道中圓柱形顆粒的動(dòng)力學(xué)特征等；北京航空航天大學(xué)王晉軍教授重點(diǎn)展示了層流-湍流的bypass轉(zhuǎn)捩、旋渦與邊界層相互作用的最新研究成果；日本北海道大學(xué)Yasuyuki Shimizu教授回顧了近10年來(lái)在河流水動(dòng)力與水環(huán)境的數(shù)值模擬系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)用研究的若干挑戰(zhàn)性問題。在大會(huì)的34分會(huì)場(chǎng)中，來(lái)自中國(guó)、日本、愛爾蘭、德國(guó)、越南等國(guó)家的參會(huì)代表宣讀了160篇論文。分會(huì)場(chǎng)主題包括流動(dòng)不穩(wěn)定性與湍流、多相流、水動(dòng)力學(xué)、空氣動(dòng)力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)、環(huán)境流體力學(xué)、工業(yè)流體力學(xué)、非牛頓流體、滲流、反應(yīng)流體流動(dòng)、微尺度流動(dòng)、地球物理流體力學(xué)等。北京國(guó)際力學(xué)中心組織了BICTAM專題研討會(huì)。中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)流體力學(xué)專業(yè)委員會(huì)劉樺、周濟(jì)福、趙寧、王晉軍、許春曉、詹杰民、胡國(guó)慶等分別主持大會(huì)報(bào)告和分會(huì)場(chǎng)報(bào)告。中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)和北京國(guó)際力學(xué)中心湯亞南、劉俊麗、郭亮等參加會(huì)議并主持BICTAM專題研討會(huì)。
國(guó)際流體力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議（The 8th International Conference on Fluid Mechanics, 簡(jiǎn)稱ICFM）由沈元（中國(guó)）、馮元楨（美國(guó)）、吳耀祖（美國(guó)）、H. Sato（日本） 和J. Zierep（德國(guó)）等國(guó)際著名學(xué)者于 1987年發(fā)起。中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)已于北京（1987，1993，1998）、 大連（2004）、 上海（2007）、廣州（2011）和青島（2015）舉辦了7屆，莊逢甘院士和李家春院士曾分別擔(dān)任科學(xué)委員會(huì)主席。該系列學(xué)術(shù)會(huì)議對(duì)我國(guó)流體力學(xué)領(lǐng)域的國(guó)際學(xué)術(shù)交流發(fā)揮了重要作用，極大地促進(jìn)了我國(guó)流體力學(xué)學(xué)科的發(fā)展。
展開 高分子材料的流變特性簡(jiǎn)介
大多數(shù)高分子液體屬于假塑性 流體，其流動(dòng)過(guò)程中存在剪切變稀現(xiàn)象。關(guān)于高分子液體非線性黏彈性的另一個(gè)重要組成部分──彈性效應(yīng)，其表現(xiàn)更為多樣，原理也更為復(fù)雜。高分子液體的彈性效應(yīng)可以用一些特定的物理量來(lái)定量描述，比如擠出脹大比、口型出口壓力降、入口壓力降、法向應(yīng)力差、拉伸黏度等。此外，高分子熔體流動(dòng)不穩(wěn)定性也主要與熔體彈性效應(yīng)密切相關(guān)，比如毛細(xì)管擠出過(guò)程中的入口壓力振蕩或毛細(xì)管壓力振蕩、擠出物表面畸變等。
高分子材料的剪切變稀
高分子液體的黏度和牛頓流體黏度不同，是隨著剪切速率而變化的，稱作 非牛頓流體，又可以分為賓漢塑性體、假塑性流體和脹流性流體等。大多數(shù)的高分子液體屬于假塑性流體。在發(fā)生剪切變稀之前，剪切黏度為常數(shù)，稱為零剪切黏度。零剪切黏度是高分子材料的一個(gè)很重要的常數(shù)，與材料的平均分子量相關(guān)聯(lián)，并且由零切黏度可以求得材料的黏流活化能。一般情況下，鏈柔順性越好，黏流活化能越小，高分子黏度變化對(duì)于溫度的敏感性越小，對(duì)于剪切的敏感性越高，如PE、POM等材料均屬于此類材料。零切黏度常常難以由實(shí)驗(yàn)得到，特別是毛細(xì)管流變儀通常很難測(cè)得很低的剪切速率。此時(shí)，可以通過(guò)轉(zhuǎn)子流變儀來(lái)測(cè)試。假塑性流體除了具有一個(gè)重要參數(shù)──零切黏度值以外，其黏度曲線上由牛頓區(qū)轉(zhuǎn)入非線性牛頓區(qū)的臨界剪切速率值也非常重要。此臨界值反應(yīng)了高分子液體的兩個(gè)性質(zhì)：非牛頓性強(qiáng)弱以及松弛時(shí)間長(zhǎng)短。關(guān)于非牛頓流動(dòng)區(qū)內(nèi)剪切變稀現(xiàn)象的解釋，有不同的理論，比如高分子構(gòu)象改變說(shuō)和類橡膠液體理論。簡(jiǎn)言之，是高分子構(gòu)象的改變（取向）或解纏結(jié)導(dǎo)致高剪切下流動(dòng)時(shí)黏度的下降。
毛細(xì)管流變儀測(cè)試高分子材料的剪切黏度
前面已經(jīng)提到，毛細(xì)管流變儀是測(cè)試高分子材料剪切黏度的有力手段。在蘇州誠(chéng)模精密科技有限公司的材料實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，毛細(xì)管流變測(cè)試已成為表征材料流動(dòng)性的最常用手段。
展開 高速懸浮火焰噴涂（HVSFS）燃燒噴射技術(shù)的數(shù)值模擬與優(yōu)化
然而，如圖6所示，由于顆粒團(tuán)聚、顆粒沉積在燃燒室壁上，或者由于它們的長(zhǎng)流動(dòng)路徑和在燃燒室中的停留時(shí)間而導(dǎo)致顆粒氧化，該改進(jìn)的噴射角也會(huì)具有一些不足。
圖6：采用30°噴射角的HVSFS燃燒室中二氧化鈦顆粒流動(dòng)路徑的不穩(wěn)定性
本文之后的研究工作包括優(yōu)化HVSFS熱噴涂系統(tǒng)的過(guò)程，目的是精確和詳細(xì)地描述在torch出口和基底之間的自由射流區(qū)域的流場(chǎng)，也就是本文中簡(jiǎn)略的部分。此外，還需要對(duì)HVSFS燃燒室中顆粒流動(dòng)路徑的不穩(wěn)定性進(jìn)行研究。
本文的研究目的是開發(fā)一種分析方法，用于分析和預(yù)測(cè)HVSFS熱噴涂系統(tǒng)在各種操作條件下的性能，確定各個(gè)參數(shù)對(duì)過(guò)程的影響，并最終幫助和促進(jìn)HVSFS torch的設(shè)計(jì)。
展開 高速懸浮火焰噴涂（HVSFS）燃燒噴射技術(shù)的數(shù)值模擬與優(yōu)化
此外，還需要對(duì)HVSFS燃燒室中顆粒流動(dòng)路徑的不穩(wěn)定性進(jìn)行研究。
本文的研究目的是開發(fā)一種分析方法，用于分析和預(yù)測(cè)HVSFS熱噴涂系統(tǒng)在各種操作條件下的性能，確定各個(gè)參數(shù)對(duì)過(guò)程的影響，并最終幫助和促進(jìn)HVSFS torch的設(shè)計(jì)。
上周的 Fidelity CFD
使用 Fidelity CFD 評(píng)估汽輪機(jī)級(jí)的葉片顫振
汽輪機(jī)在當(dāng)今的能源行業(yè)中不可或缺。隨著工程師努力從加壓蒸汽中提取更多的勢(shì)能，當(dāng)前的趨勢(shì)是設(shè)計(jì)更長(zhǎng)更輕的葉片。通常，汽輪機(jī)低壓級(jí)中的葉片長(zhǎng)度可能超過(guò) 1 米，這使得它們?nèi)菀装l(fā)生顫動(dòng)，這是一個(gè)主要的結(jié)構(gòu)問題。模擬顫振需要通過(guò) CFD 分析對(duì)流固耦合 (FSI) 進(jìn)行建模。FSI 模擬具有挑戰(zhàn)性，涉及網(wǎng)格變形技術(shù)、復(fù)雜的建模和流動(dòng)的不穩(wěn)定性。Cadence 的解決方案包括執(zhí)行復(fù)雜流固耦合仿真所需的所有工具。
來(lái)自博客
HiFi-TURB 項(xiàng)目 - 使用 AI 和 ML 進(jìn)行湍流建模
今天，應(yīng)用流體動(dòng)力學(xué)的一個(gè)重大挑戰(zhàn)是缺乏對(duì)湍流相關(guān)特征的理解。讓我們對(duì)將 CFD 應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)翼上的流動(dòng)分離、激波邊界層相互作用等應(yīng)用缺乏工業(yè)信心。提高復(fù)雜流體流動(dòng)模型的能力可以減少能源消耗、溫室氣體 (GHG) 排放和噪音來(lái)自飛機(jī)、汽車和輪船的輻射。這些復(fù)雜的模型可以以高度競(jìng)爭(zhēng)的方式對(duì)經(jīng)濟(jì)和工業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位產(chǎn)生有利影響。因此，理解、建模和預(yù)測(cè)湍流現(xiàn)象對(duì)于高效和環(huán)境安全的設(shè)計(jì)至關(guān)重要。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，HiFi-TURB 項(xiàng)目啟動(dòng)了一項(xiàng)雄心勃勃的創(chuàng)新計(jì)劃，以解決高級(jí)湍流模型中的一些缺陷。
通過(guò) CFD 仿真延長(zhǎng)四旋翼無(wú)人機(jī)的飛行時(shí)間和范圍
計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）的應(yīng)用可以幫助顯著提高無(wú)人機(jī)的效率并延長(zhǎng)其飛行時(shí)間和航程。在本文中，我們將通過(guò)一個(gè)示例演示如何：工業(yè)無(wú)人機(jī)在懸停模式下的空氣動(dòng)力學(xué)仿真和優(yōu)化，這是此類無(wú)人機(jī)中能量最密集的模式。
低噪音風(fēng)扇技術(shù)工具
AMICAL 項(xiàng)目專注于基于格子玻爾茲曼和高階納維斯托克斯方法的先進(jìn)高保真數(shù)值技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)風(fēng)扇/出口導(dǎo)葉配置，以識(shí)別主要噪聲源。該項(xiàng)目將計(jì)算幾種風(fēng)扇/出口導(dǎo)葉配置，包括安裝效果、降噪技術(shù)和風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)。
展開 氣動(dòng)聲學(xué)建模指南
后兩種類型的波依賴于背景流場(chǎng)的速度進(jìn)行對(duì)流，而不以聲速傳播。聲波在傳播過(guò)程中可以（通過(guò)反應(yīng)項(xiàng)）與流體相互作用，聲能量可以傳遞給聲學(xué)模式，并從聲學(xué)模式傳遞給渦旋模式和熵模式。控制方程中的反應(yīng)項(xiàng)是引起類似的流動(dòng)聲學(xué)耦合的原因。這是因?yàn)闇u旋波和熵波對(duì)背景流場(chǎng)的解產(chǎn)生了非聲學(xué)（類似于 CFD）擾動(dòng)，因此在某種程度上，反應(yīng)項(xiàng)模擬的是 CFD 和聲學(xué)之間的線性相互作用。
許多氣動(dòng)聲學(xué)公式忽略了反應(yīng)項(xiàng)，因?yàn)樗鼈円彩?開爾文-亥姆霍茲不穩(wěn)定性 的產(chǎn)生過(guò)程的背后原因。這些過(guò)程很難進(jìn)行數(shù)值處理。另一方面，如果忽略這些項(xiàng)，則不能對(duì)聲音衰減和放大進(jìn)行精確建模。反應(yīng)項(xiàng)完全包含在線性納維-斯托克斯接口中。
不穩(wěn)定性增長(zhǎng)在 COMSOL Multiphysics 中有兩種處理方式。我們可以通過(guò)選擇頻域而非時(shí)域公式來(lái)解決隨時(shí)間增長(zhǎng)的不穩(wěn)定性。如果不能正確地對(duì)渦旋模式進(jìn)行解析，可能出現(xiàn)空間不穩(wěn)定性，這時(shí)可以利用伽遼金最小二乘法穩(wěn)定方案有效地進(jìn)行處理。
根據(jù)利用線性納維-斯托克斯方程模擬的不同應(yīng)用，我們可能需要解析聲學(xué)、粘性和熱邊界層。如果存在無(wú)滑移和等溫邊界條件，則需要在固體表面上創(chuàng)建上述邊界條件，從而對(duì)振蕩流進(jìn)行解析。通常情況下，在大型模型（同邊界層厚度相比）中，沒有必要考慮邊界層的損耗。在液體中，我們通常也可以忽略熱邊界層，但是氣體中一定要添加。通過(guò)在壁邊界條件下勾選滑移或絕熱選項(xiàng)，可以忽略這兩種效應(yīng)。
值得一提的是，我們還能在背景流場(chǎng)和聲場(chǎng)之間創(chuàng)建另一個(gè)間接耦合。當(dāng)聲波在涉及湍流背景流場(chǎng)的區(qū)域中傳播時(shí)會(huì)衰減。只要將 CFD RANS 模型的湍流粘度耦合到聲學(xué)模型中，即可將衰減效應(yīng)引入模型。比如說(shuō)，在分析存在流動(dòng)現(xiàn)象的消聲器系統(tǒng)的傳輸損耗時(shí)，衰減效應(yīng)是一個(gè)重要的考慮因素。
展開 南京理工《Scripta Mater》：揭示高摩擦載荷下銅-WC摩擦氧化機(jī)制！
氧化的摩擦層可以防止金屬對(duì)金屬直接接觸進(jìn)而降低磨損率，但容易開裂，因?yàn)樗鼈冊(cè)诟吣Σ凛d荷下延展性較差，其中施加的應(yīng)力遠(yuǎn)高于基材的屈服應(yīng)力。晶粒誘導(dǎo)的塑性不穩(wěn)定性和晶界運(yùn)動(dòng)也被認(rèn)為主要?dú)w因于滑動(dòng)過(guò)程中的流動(dòng)不穩(wěn)定性。現(xiàn)有報(bào)道中對(duì)化學(xué)改性機(jī)制的描述主要為推測(cè)性的，實(shí)際機(jī)制仍沒有確切的描述。
南京理工大學(xué)的研究人員探討了純銅與碳化鎢球在高摩擦載荷作用下近表面結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化，近表面機(jī)械混合可能是高摩擦載荷下化學(xué)改性的主要原因。研究結(jié)果從原子尺度上揭示了復(fù)雜摩擦的化學(xué)改性。相關(guān)論文以題為“Revealing tribo–oxidation mechanisms of the copper–WC system under high tribological loading”發(fā)表在Scripta Materialia。
展開 【CAE案例】細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)在軸向流體作用下的變形
01 應(yīng)用背景
關(guān)于軸向流動(dòng)下細(xì)長(zhǎng)圓柱束的變形問題研究，主要考慮兩個(gè)問題：一是，在存在較小變形時(shí)，流動(dòng)的作用是什么；二是，流動(dòng)和變形之間的耦合關(guān)系是怎樣的。
通常而言，流動(dòng)壓力載荷對(duì)流動(dòng)的影響，主要取決于流體力和細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)剛度力的競(jìng)爭(zhēng)，最終可能導(dǎo)致變形加劇或回到初始狀態(tài)，如圖1所示。這種不穩(wěn)定性，是在某些條件下，系統(tǒng)在擾動(dòng)的影響下自發(fā)地離開其平衡狀態(tài)，包括靜態(tài)不穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性兩種類型。
求解這類不穩(wěn)定性問題的一般方法，通常采用瞬態(tài)方法，而這里將采用靜態(tài)穩(wěn)定性的直接研究。采用簡(jiǎn)化的不可壓縮、無(wú)湍流、無(wú)粘度的勢(shì)流模型來(lái)描述流動(dòng)的不穩(wěn)定性，并在一個(gè)簡(jiǎn)單案例中通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)裝置的實(shí)物圖和實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ褪疽鈭D如圖2和圖3所示。
圖1 流體狀態(tài)的變化
圖2 實(shí)驗(yàn)裝置實(shí)物圖
圖3 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷氖疽鈭D
02 解決方案
求解不穩(wěn)定性問題主要分為兩步，第一步如圖4所示，循環(huán)迭代1到N階模態(tài)，按照各階模態(tài)陣型定義幾何模型，生成對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格，計(jì)算幾何模型周圍的勢(shì)流，進(jìn)而獲得流體對(duì)板的壓力；第二步如圖5所示，基于固有模態(tài)投影壓力載荷，建立靜態(tài)平衡，尋找系統(tǒng)的特定值，從而確定不穩(wěn)定性的閾值，即臨界失穩(wěn)速度Ucrit。
圖4 不穩(wěn)定性問題第一步求解流程
圖5不穩(wěn)定性問題第二步求解流程
本研究中針對(duì)拉普拉斯類問題進(jìn)行有效求解，基于Python內(nèi)置命令實(shí)現(xiàn)自動(dòng)計(jì)算與連續(xù)網(wǎng)格，采用固體力學(xué)仿真軟件求解細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)在軸向流體作用下的變形問題。
展開 