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第七届全国流体力学学术会议

作者：包芸邹鸿岳徐炜佘振苏中山大学力学系北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室

本文采用投影法及二阶精度的非等距差分格式,设计了跳点线迭代的求解压力泊松方程方法,利用MPI并行技术,对Pr=0.7,Ra数在的5×10～8×10的范围内的二维Rayleigh-Benard热对流进行了一系列大规模数值模拟计算。计算中最大Ra数采... 详细信息

本文采用投影法及二阶精度的非等距差分格式,设计了跳点线迭代的求解压力泊松方程方法,利用MPI并行技术,对Pr=0.7,Ra数在的5×10～8×10的范围内的二维Rayleigh-Benard热对流进行了一系列大规模数值模拟计算。计算中最大Ra数采用了上海超算中心的1024个节点,4096×2500个网格点,获得了计算数据和结果。根据计算结果,发现在二维热对流中存在多种不同的流态,并进一步根据Heslot的定义,将Ra小于6×10的流动状态划分为软湍流,当Ra大于6×10定义为硬湍流状态。结果表明:在软湍流状态大尺度环流(LSC)和角区漩涡保持相对稳定,LSC内涡量很小,环流近似为刚体运动;在硬湍流状态,角区漩涡从边界层内脱落,进入到LSC中随着LSC一起运动,在LSC内存在大量的小涡旋。

关键词：热对流大规模数值计算湍流特性涡运动

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方腔热对流大规模数值计算及其湍流特性

方腔热对流大规模数值计算及其湍流特性

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第七届全国流体力学学术会议

本文采用投影法及二阶精度的非等距差分格式,设计了跳点线迭代的求解压力泊松方程方法,利用MPI并行技术,对Pr=0.7,Ra数在的5×107～8×1011的范围内的二维Rayleigh-Bénard热对流进行了一系列大规模数值模拟计算.计算中最... 详细信息

本文采用投影法及二阶精度的非等距差分格式,设计了跳点线迭代的求解压力泊松方程方法,利用MPI并行技术,对Pr=0.7,Ra数在的5×107～8×1011的范围内的二维Rayleigh-Bénard热对流进行了一系列大规模数值模拟计算.计算中最大Ra数采用了上海超算中心的1 024个节点,4 096×2500个网格点,获得了计算数据和结果.根据计算结果,发现在二维热对流中存在多种不同的流态,并进一步根据Heslot的定义,将Ra小于6×108的流动状态划分为软湍流,当Ra大于6×108定义为硬湍流状态.结果表明：在软湍流状态大尺度环流(LSC)和角区漩涡保持相对稳定,LSC内涡量很小,环流近似为刚体运动;在硬湍流状态,角区漩涡从边界层内脱落,进入到LSC中随着LSC一起运动,在LSC内存在大量的小涡旋.

关键词：热对流大规模数值计算湍流特性涡运动

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方程组降阶算法及其在电工装备数值计算中的应用

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电工技术学报 2025年第7期40卷 2020-2032页

作者：金军阎秀恪钟立国张艳丽任自艳沈阳工业大学电气工程学院沈阳110870

大型电气设备在进行有限元分析时,会遇到大规模数值计算问题。代数方程组阶数巨大导致计算时间长,计算效率低,有时甚至无法求解。该文研究有限元代数方程组的降阶求解,推导了分块迭代算法、正交降阶分解算法(OORDA),将禁忌搜索算法引入... 详细信息

大型电气设备在进行有限元分析时,会遇到大规模数值计算问题。代数方程组阶数巨大导致计算时间长,计算效率低,有时甚至无法求解。该文研究有限元代数方程组的降阶求解,推导了分块迭代算法、正交降阶分解算法(OORDA),将禁忌搜索算法引入高斯消元法形成改进的高斯消元法(IGEM),提出了分块迭代算法分别与OORDA和IGEM相结合的方程组混合降阶算法,并通过编程实现。将OORDA、IGEM和两种混合降阶算法分别应用于长直载流导体的磁场有限元计算中,计算结果与解析解的对比验证了算法的正确性。将四种算法应用到单相变压器的磁场有限元计算中,两种混合降阶算法能够快速大幅降低方程组阶数,提高计算效率。该文提出的降阶算法可应用于电工装备物理场的大规模数值计算中,能显著提高复杂模型的有限元计算效率。

关键词：有限元分析代数方程组降阶算法大规模数值计算计算效率

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水面光伏电站环境载荷数值预报方法研究

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水力发电学报 2023年第1期42卷 148-158页

作者：席凯黄国珍冯榆坤陈熹陈长馥陈作钢上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 迈贝特(厦门)新能源有限公司福建厦门361022

环境载荷评估的准确性直接关系到水面光伏电站锚固系统设计的安全性和经济性。光伏漂浮方阵组件多、支架结构及排布方式各异、规模日趋庞大,现有相近规范均不能给出令人信服的环境载荷估算结果。本文提出了一套基于多尺度分析的数值计... 详细信息

环境载荷评估的准确性直接关系到水面光伏电站锚固系统设计的安全性和经济性。光伏漂浮方阵组件多、支架结构及排布方式各异、规模日趋庞大,现有相近规范均不能给出令人信服的环境载荷估算结果。本文提出了一套基于多尺度分析的数值计算方法,对风载荷、流载荷和波浪载荷进行了预报。在数值考察验证的基础上对方阵几何模型进行适当简化,将网格单元数控制在2.5亿以内,使大规模数值计算成为可能;从漂浮方阵中摘选不同行列数的子区域,通过彼此对比确认,分析各组件环境载荷随方阵行列的变化规律,完成整体方阵环境载荷的预报。研究结果表明:上游组件对下游组件存在着明显的遮蔽效应,迎风第5行会形成风载荷次峰;方阵内部载荷基本趋于稳定;风、流载荷沿列的分布规律存在明显差异。本研究解决了水面光伏电站多尺度、大规模、无法直接进行建模计算的问题,为水面光伏电站的锚泊设计提供了数据支持。

关键词：漂浮方阵环境载荷数值模拟多尺度分析大规模数值计算

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方程组降阶算法及其在电工装备数值计算中的应用研究

方程组降阶算法及其在电工装备数值计算中的应用研究

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作者：金军沈阳工业大学

学位级别：硕士

在现代电工设备性能分析领域,研究对象的庞大、模型的复杂程度、材料的非线性等因素使得变压器、电机等电工装备的有限元分析所形成的代数方程组阶数极高,导致求解过程耗时漫长,计算效率低下,甚至可能超出现有计算资源的求解能力。这一... 详细信息

在现代电工设备性能分析领域,研究对象的庞大、模型的复杂程度、材料的非线性等因素使得变压器、电机等电工装备的有限元分析所形成的代数方程组阶数极高,导致求解过程耗时漫长,计算效率低下,甚至可能超出现有计算资源的求解能力。这一瓶颈问题使得电工装备的优化设计以及需要实时性能分析的数字孪生技术的应用受到了极大的限制。本文针对这一问题,研究有限元代数方程组的降阶求解算法以降低方程组的阶数,从而提高求解效率和求解可行性,实现复杂模型的快速准确计算。本文推导了分块迭代算法的数学模型,提出并运用分块对角化方法处理有限元刚度矩阵,将其转变为对角线分块矩阵形式。提出利用分块左乘法实现矩阵子块的移动与分块重组,同时推导了置换矩阵法来实现该过程。分块重组将方程组的阶数降为原来的一半,可以重复进行降阶。以电机开口槽磁场有限元分析为例,两次采用分块迭代算法降阶,算法通过C++语言编程实现。推导了正交降阶分解算法的数学模型,采用正交化方法实现方程组逐阶降低,不需要计算逆矩阵就可以计算方程组。提出将禁忌搜索算法引入高斯消元法形成改进的高斯消元法,针对有限元刚度矩阵稀疏性的特点,消除大量零元素的影响,达到快速求解。提出将分块迭代算法分别与正交降阶分解算法和改进的高斯消元法相结合的两种混合降阶算法。将上述算法分别应用于长直载流导体的磁场有限元计算,验证了算法的正确性。将算法应用到单相变压器的磁场有限元计算,通过对比不同网格剖分规模的计算结果,分析讨论了算法以及降阶次数对计算效率的影响。本文的所有算法均通过C++语言编程实现,算法适用于电工装备包括电磁场在内的所有物理场的有限元分析,且当计算规模大时效果尤为显著。

关键词：有限元分析代数方程组降阶算法大规模数值计算计算效率

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基于格构离散单元法的准脆性材料断裂研究

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武汉大学学报（工学版） 2022年第3期55卷 211-219页

作者：刘摇周伟王桥马刚田文祥陈凌霄高宇武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室湖北武汉430072 大唐宣威水电开发有限公司云南宣威655400

为了更好地理解准脆性材料在工程应用中的失效机理,需要不断改进测试方法和分析工具。使用具有极高计算效率的格构离散单元法(lattice discrete element method,LDEM)对准脆性材料进行建模,该方法采用双线性本构模型数值分析,利用杆单... 详细信息

为了更好地理解准脆性材料在工程应用中的失效机理,需要不断改进测试方法和分析工具。使用具有极高计算效率的格构离散单元法(lattice discrete element method,LDEM)对准脆性材料进行建模,该方法采用双线性本构模型数值分析,利用杆单元的失效去除来模拟裂纹的萌生与扩展。经验证可见,LDEM受网格划分的影响较小。通过与经典断裂实例的对比可见,格构离散单元法在准脆性材料裂纹扩展模拟上与前人研究有较好的一致性。利用格构离散单元法模拟3D打印的聚苯乙烯切口梁的三点弯曲试验,得到了与物理试验相一致的荷载-位移曲线及裂纹扩展模式,证明了LDEM在模拟准脆性材料断裂问题上的合理性与高效的计算效率。该方法在百万级甚至更多单元大规模数值计算模拟上有很大潜力。

关键词：断裂力学格构离散单元法准脆性材料裂纹扩展 3D打印三点弯曲大规模数值计算

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