冲落式坐便器冲水过程两相流动数值仿真

为了在试制试验产品前分析坐便器产品数字模型的冲水性能,应用计算流体动力学(CFD)技术,实现了冲落式坐便器冲水过程的仿真分析.考虑到求解的复杂性,忽略了固体污物的存在,将物理模型简化为气液两相流动问题.利用多相流模型VOF,分析了两相流场分布、动压场和特征点速度-时间历程,并进行了实验对比,实验和仿真结果基本吻合.本项研究为进一步研究冲水过程三相流动奠定了基础.     

基于CFD的坐便器虹吸管道优化设计及实验验证

为研究坐便器冲洗过程流态分布、流体动力学性能,优化虹吸管道而得到节水型坐便器.建立了坐便器的三维模型,应用RNG 紊流模型及VOF方法对坐便器内部三维紊流流动进行了雷诺平均N-S方程的数值模拟,计算结果揭示了坐便器内流场三维流动形态,研究了坐便器虹吸管内流动规律,分析了虹吸管形状对流速分布、压强分布和虹吸性能的影响,以三维紊流场的分析结果为依据,实现了坐便器虹吸管道的优化设计.PIV测试数据验证了三维紊流数值模拟结果的准确性.     

铝电解槽铝液界面波动模型及数值模拟

从研究铝电解槽铝液波动的机理出发,对铝液波动的机理进行了分类,并对每种铝液波动的不稳定性进行了详细地阐述.针对铝液波动的特点,提出了利用有限体积法求解控制方程的数值仿真方法,给出了铝液界面波动的控制方程和边界条件,模拟出行波和驻波对铝液波动的影响,对铝电解槽稳定性的设计作出了评价,对仿真结果进行了分析和讨论.仿真结果表明:320KA预焙铝电解槽的铝液波动不明显,整体表现稳定,波动周期为50秒,最大振幅为1cm;铝液界面的中部高,三个角部较低.铝液波动中存在有行波和驻波两种波,驻波出现在B侧角部,且较为稳定,行波的转播方向为从B侧向A侧.     

基于OpenFOAM的充液航天器刚-液耦合仿真

针对航天器姿态控制系统的设计需要,利用开源软件OpenFOAM搭建用于充液航天器刚-液耦合计算的仿真软件。在动边界问题中,推导出非惯性系下的N-S方程,避免了传统CFD软件中动网格法所带来的大量网格转换计算,提高软件计算效率。采用PIMPLE (pressure implicit with splitting of operators,semi-implicit method for pressure linked equations)算法搭建了晃动力求解模块,采用变步长龙格库塔法搭建了姿态运动模块,实现航天器的基于CFD方法的刚-液耦合仿真。利用该软件对相关算例进行了数值仿真,其结果与基于等效力学模型的刚-液耦合程序以及商业软件的计算结果吻合良好。     

高含硫天然气管道泄漏扩散过程CFD建模

针对复杂地形条件下高含硫天然气管道泄漏扩散问题,建立基于Fluent的综合CFD仿真模型:计入管道瞬态泄漏质量和气体喷射对扩散的影响;利用DEM数据和曲线拟合方法建立三维地形模型;采用分区域的网格划分方法和近地面网格加密手段划分出全区域结构体网格;使用大涡模拟对气体扩散过程进行模拟.算例表明,该模型能够有效用于高含硫天然气管道泄漏扩散的精细分析,确定人员就地庇护范围、危险区域分布等重要参数,对于我国高含硫气田开发管道安全措施的制定具有良好的参考价值.     

柔性储液容器斜面稳定性数值模拟研究

基于ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)和罚函数方法实现流固耦合计算,进行了柔性储液容器在斜面上穗定性的三维数值模拟.首先通过控制体积法得到柔性容器不同装载量的初始形态,随后基于此初始形态,采用ALE方法模拟了倾斜平面上储液结构的动态响应.计算采用了并行求解算法,减少了大规模非线性流-固耦合问题的求解时间.仿真结果表明:装载量越大,柔性储液容器在斜面上稳定性越低,越容易产生液体晃动和翻滚现象.结果可为该类结构的设计提供参考依据.     

基于单室火灾试验的FLUENT软件可靠性研究

以steckler房间火试验的数据为基准,选取开口不同和火源位置不同的三个有代表性的工况,对其进行数值模拟,将模拟数据与试验数据进行对比分析,结果表明在采用合理的湍流模型-大涡模型、辐射模型-DO模型和火源模型-体积热源的情况下,FLUENT对于房间火的烟气温度及烟气流动情况具有较高的模拟精度,误差基本上在10%以内,模拟结果具有较高的可靠性,FLUENT软件可以精确预测各种工况下房间火烟气流动和温度分布的情况。     

排气结构对导叶式旋风管的性能预测研究

对圆筒型、渐缩型和渐扩型排气结构的导叶式旋风管分离器的压力损失和分离效率进行数值研究.在数值预测时,气相场采用雷诺应力模型,应用随机轨道模型来模拟湍流场中颗粒运动轨迹.给出了不同排气管附近流动特性,计算短路流情况.结果表明,随着排气管下口直径缩小,旋风管内部切向速度增大,有利于分离效率提高,但同时增加旋风管阻力;排气管喇叭口结构利于气流其内部流动,且能够降低旋风管阻力.同时,也说明了应用计算流体力学来研究旋风管内部气固两相流动规律的可行性.     

一维两相流模型在埋头弹药内弹道学中的应用

很多弹药特别是埋头弹药应采用多维两相流内弹道模型,但这样建模以及计算的工作量太大,为此,在分析其工作机理的基础上,将其内弹道过程简化为一维两相流模型,给出了有关方程和定解条件.采用MacCormack差分格式对不同长度的传火管分别进行数值计算,模拟结果与试验有较高的吻合度,结果表明:采用长传火管的内弹道性能较好.模型再现了其发射过程,分析了埋头弹药内弹道的特点,有关分析可以指导其结构设计和装药设计.     

基于CFD的两栖车辆水上耐波性能研究初探

基于计算流体动力学理论与刚体动力学理论进行两栖车波浪中运动的数值模拟,解决两栖车辆耐波性能难于准确预报的问题.采用N-S方程结合造波机理论模拟规则波浪,基于线性造波机理论实现仿物理机制造波,通过增加动量源项实现数值消波.采用刚体空间运动方程计算车辆航态,外力项通过积分车体表面应力获得.计算了典型的迎浪直航运动,运动边界采用动网格实现,自由面采用VOF方法处理,流场控制方程采用二阶格式离散.计算结果表明,该方法可以有效地预报车辆在波浪中航行时的阻力、升力、航态.