计算流固耦合动力学及其应用

内容简介

《计算流固耦合动力学及其应用》结合作者的部分研究成果，系统介绍了计算流固耦合动力学的基本理论、数值方法和工程应用。内容主要包括：流体力学的基本控制方程、湍流及其工程湍流模型、大涡模拟方法、同步迭代强耦合方法、整体积分紧耦合方法、流固耦合试验研究等。全书理论研究和应用分析相结合，具有较强的学术和应用价值。 2100433B

流固耦合传热计算 的关键是实现流体与固体边界上的热量传递。由能量守恒可知 ，在流固耦合的交界面 ，固体传出的热量应等于流体吸收的热量，因此 ，流固边界面上的热量传递过程可表示为

在求解流固耦合的瞬态温度场时，流体区域可按准稳态流场处理，即不考虑流场的动量和湍方程，则其控制方程式

固体区域控制方程以其基本导热方程表示为

流固交界面上不考虑发生的辐射、烧蚀相变等过程，则流固交界面上满足能量连续性条件，即温度和热流密度相等。具体控制方程式为

上述构成了流固耦合瞬态温度场控制方程，可以使用分区瞬态紧耦合算法进行求解。即在每个[t，t Δt]时间步长内，完成如下计算步骤：

1) 假定耦合边界上的温度分布，作为流体区域的边界条件。

2) 对其中流体区域进行稳态求解，得出耦合边界上的局部热流密度和温度梯度，作为固体区域的边界条件。

3) 求解固体区域，得出耦合边界上新的温度分布，作为流体区域的边界条件。

4) 重复 2) 、3) 两步计算，直到收敛。

《流固耦合动力学》系统、详细地讲述了流固耦合问题的求解方法和基本理论。全书共分7章，主要内容包括流固耦合的有限元法、边界元法、SPH方法、瞬态流耦合分析方法和小尺度物体的流固耦合振动及水下气泡与边界的耦合效应等。《流固耦合动力学》在讲述过程中还辅以相关的算例，便于学者学习和理解。《流固耦合动力学》可以作为高等学校的研究生教材，也可作为希望在这一领域进行研究和应用的科技工作者的参考书。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭《流固耦合动力学》的部分或全部内容。

第1章 流固耦合概述

1.1 流固耦合基本概念

1.2 流固耦合问题应用

1.3 流固耦合分析方法

1.3.1 线性流固耦合分析方法

1.3.2 非线性流固耦合分析方法

1.3.3 物态变化时流固耦合分析方法

参考文献

第2章 流固耦合的有限元法

2.1 流体运动方程与流体元

2.1.1 流体运动方程

2.1.2 流体元

2.2 结构运动方程

2.3 时域与频域求解

2.4 湿模态法与干模态法

2.4.1 湿模态法

2.4.2 干模态法

2.5 杂交子结构法

参考文献

第3章 流固耦合的边界元法

3.1 流体控制方程

3.2 Green方程

3.3 Hess-Smith方法

3.4 干模态法

3.5 湿模态法

3.6 边界元法的应用

参考文献

第4章 流固耦合的SPH方法与谱单元方法

4.1 概述

4.2 SPH方法

4.2.1 SPH基本原理

4.2.2 SPH方法的关键技术

4.2.3 SPH方法的数值实现

4.2.4 SPH方法在舰船接触爆炸中的应用

4.3 谱单元方法

4.3.1 谱单元方法简介

4.3.2 谱单元方法原理

4.3.3 一维谱单元方法的应用

4.3.4 三维谱单元方法的应用

4.4 流固耦合问题的其他分析方法

参考文献

第5章 瞬态载荷作用下的流固耦合分析

5.1 延迟势法及其数值解法

5.1.1 延迟势法

5.1.2 延迟势法的数值解法

5.2 双渐近法

5.2.1 早期近似法

5.2.2 后期近似法

5.2.3 双渐近法的形成

5.2.4 声学近似DAA法

5.3 改进的双渐近法

5.3.1 改进方法的背景

5.3.2 求解思路

5.3.3 非线性双渐近法的有效性

5.3.4 非线性双渐近法的应用

5.3.5 冲击波对舰船结构的损伤

5.3.6 冲击波与气泡对舰船结构的损伤

参考文献

第6章 小尺度物体的流固耦合振动

6.1 漩涡脱落与涡激振动

6.1.1 漩涡形成和脱落机理

6.1.2 漩涡脱落特性

6.2 细长弹性体的流固耦合振动预报

6.2.1 升力振子模型

6.2.2 升力相关模型

6.2.3 弹性双柱流固耦合振动预报方法

6.3 线内振动

6.4 波流中小尺度物体振动分析

6.4.1 莫里森公式

6.4.2 莫里森公式中系数的讨论

6.4.3 升力系数

6.4.4 波浪中圆柱体的尾涡图形

6.5 涡激振动的抑制方法

6.6 深海立管与管线的涡激振动

6.7 跳跃振动

6.7.1 发生跳跃振动的条件和判断准则

6.7.2 跳跃振动的稳态解

6.7.3 减小跳跃振动的方法

参考文献

第7章 水下气泡与边界的耦合效应

7.1 水下气泡动力学特性数值模型

7.2 水下放电气泡实验设计

7.2.1 电火花气泡形成原理

7.2.2 实验装置的安装与使用

7.3 水下气泡的种种特性

7.3.1 自由场中气泡

7.3.2 水平壁面附近气泡

7.3.3 自由面附近气泡

7.3.4 舷侧附近气泡

7.3.5 气泡融合效应

7.3.6 气泡与复杂结构的相互作用

7.3.7 气泡与边界相互作用的数值模拟

参考文献2100433B