文献类型：会议

作　　者：王文全 李伟忠

作者单位：[1]四川大学水利水电学院能源与动力工程系 [2]昆明理工大学冶金与能源工程学院能源与动力工程系

基　　金：国家自然科学基金:基于浸入边界法的海流能水轮机水动力学特性及性能研究（51479085）,大型混流式水轮机转轮流固耦合裂纹萌生扩展机理及防护措施研究（52179087）

会议文献：第十三届全国流体力学学术会议摘要集（上）

会议名称：第十三届全国流体力学学术会议

会议日期：20240809

会议地点：中国黑龙江哈尔滨

出版日期：20240800

语　　种：中文

摘　　要：流固耦合问题普遍存在于自然界和工程中的各个领域,如流体机械的振动,海洋中水生动物和植被的摇摆,人体中器官的运动与变形,工程结构的变形和振动等等。流固耦合系统中既存在线性问题又存在非线性问题,系统的耦合机理复杂,而且存在物理不稳定条件,使得问题的处理非常棘手。因此,一种高效、准确、稳健的计算方法对科学和工程系统的分析和设计至关重要。在过去的几十年里,大量的努力集中在FSI问题的理论建模和数值计算方法的发展上。课题组近十几年来,针对水能高效利用中水力机械领域典型的流固耦合振动预测问题,进行了积极的探索,取得一些重要的研究进展,主要包括:(1)提出了基于移动网格技术的同步迭代强耦合算法和整体积分紧耦合算法。目前水力-机械耦合计算多采用单向耦合或顺序交错耦合的方式进行,流-固界面信息交换存在插值与时间滞后误差。提出了基于预估-校正子迭代的同步迭代强耦合算法和基于压力泊松方程的整体积分紧耦合算法,解决了转轮叶片双向流固耦合的计算难题。(2)发展了基于固定网格技术的隐式浸入边界法。基于改进的最小二乘法和高阶插值技术,通过强制满足流固界面的无滑移条件,同步计算出固体边界作用力密度和固体周围流场的速度修正量,解决了机组任意瞬变过程水翼大幅调节与流体耦合的计算难题。(3)构建了高雷诺数下双向耦合问题的高效求解体系。基于大涡模拟和湍流边界层理论,提出了亚格子应力模型中的壁面切应力计算方法,发展了一种高雷诺数下的浸入边界方法,并采用"CPU+GPU"异构编程方式,实现了水电机组三维瞬变过程水力-机械双向耦合问题的快速求解,相比于单纯CPU并行方式,计算效率提升约84倍。

关 键 词：流固耦合 强耦合方法  紧耦合方法  浸入边界法 水力-机械耦合  

分 类 号：O353.4]