晃荡的数值模拟及拓扑优化减晃研究

来源 :第十届南方计算力学学术会议 | 被引量 : 0次 | 上传用户:meng010
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  晃荡现象非常常见,它是流体运动的一个基本现象,也是许多工程设计中重点考虑的方面之一。本文针对长方体容器内流体晃荡问题进行研究,采用VOF 方法模拟晃荡发生过程,在模拟了基本晃荡过程之后还模拟了不同频率、不同振幅的晃荡过程,对上述晃荡过程进行了界面和受力方面的分析、对比。之后,本文模拟了流场中间加入隔板的晃荡问题。最后本文应用拓扑优化和最优控制方法对隔板形状进行设计,使流体对容器边壁的冲击压力尽可能减小。结果表明:在晃荡刚刚发生的时候,流体的流动是比较规律的,但随着时间的推移,流体表面会出现比较混乱的波浪,调整一段时间后才会达到动平衡状态。晃荡受驱动参数的影响如下:振幅越大,晃荡幅度越大;频率越小,晃荡幅度越大。如果在流场中间加入隔板,流体对边壁的冲击有可能会变大,不过晃荡的形式没有因为加入隔板而改变。本文把晃荡对边壁的冲击合力作为晃荡幅度的数值参数,并把隔板上的透水作用以透水率Ω 表示,以透水率Ω 为优化问题的自变量,以边壁受到冲击合力为目标函数对隔板形状进行拓扑优化,发现晃荡问题的优化结果具有周期性,而且可以分离出几个隔板类型。最后,本文通过综合考虑,给出了可以减晃的平均隔板形状,并对其减晃的效果进行了验证。本文首次采用拓扑优化方法对减晃问题进行分析,为减晃研究提供了一个新的思路。
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