基于格子Boltzmann方法的液力

研究了基于格子Boltzmann方法(LBM)的液力变矩器导轮内流场数值计算理论与方法.首先,提出了LBM中处理旋转周期性边界条件的方法.然后,分析了LBM中各项参数对于计算稳定性以及计算效率之间的影响.为了保证粒子迁移与碰撞计算的稳定进行,必须合理选定弛豫时间τ,从而避免在计算过程中平衡态分布函数feq出现负值的情形.此外,在LBM中运用大涡模拟(LES)可以降低计算稳定性对于弛豫时间τ选取的限制,在一定程度上提高计算效率.最后,在开源代码Palabos的基础上进行功能拓展,实现导轮内流场的仿真计算,得到了导轮尾迹区域瞬时非定常流动分布特征.结果表明,LBM与传统计算流体力学(CFD)方法相比,液流对导轮作用力的计算结果在数值上较为接近.然而,使用LBM可以获得详细流场形成过程的时间历程以及局部复杂的流动细节.     

多相泵导轮的准三维正反问题研究

以速度矩作为控制参数,推导出多相泵导轮中均匀流模型的准三维反问题计算公式;基于两类相对流面理论及气泡的受力分析,推导出气、液两相在多相泵导轮中运动的准三维正问题的计算公式,提出一种对多相泵导轮内流场进行准三维数值计算的方法.通过计算导轮的准三维反问题,对其叶片形状进行了初步设计,并根据计算结果分析了导轮中的流动状况.对计算结果的分析表明,利用准三维方法进行多相泵导轮的正反问题计算是经济且有效的.     

双进双出型SCR脱硝反应器内导流板设计和数值模拟优化

为了优化某燃煤电厂215 MW锅炉的双进双出型选择性催化还原(SCR)烟气脱硝系统内流场与浓度场,提高脱硝系统的脱硝效率,应用计算流体力学方法对脱硝系统内流场与浓度场进行数值模拟。分别采用k-ε双方程模型和物质组分输运方程模型计算了烟气的湍流流动与氨浓度场分布,研究了原设计方案下脱硝系统内流场和浓度场分布规律,通过优化导流板结构与布置对脱硝系统进行了结构优化。研究结果表明,原设计方案中无导流板情况下,反应器内流场和氨浓度场分布严重不均;优化后,脱硝系统内第一层催化剂入口处烟气速度偏差与氨浓度偏差分别为6.86%和4.62%。     

动力系统流场计算动态网格生成模型研究

运用网格分块生成与整体集成方法,提出了复杂动力机械系统内流场三维流动计算网格自动生成模型,并以K100摩托车发动机扫描气系统为对象,实现了换气过程瞬态数值模拟动态网格的自动生成,数值计算结果,该方法可用于复杂机械系统内流场三维瞬态流动的数值计算。     

导叶可调式液力变矩器流场模拟与PTV验证

为研究导叶可调式液力变矩器的内部流动特性,以循环圆直径为320 mm导叶可调式液力变矩器作为研究对象.采用计算流体动力学(CFD)方法对其不同开度、不同工况下的内部流动状态进行数值模拟,并对相应的透明模型进行粒子跟踪测速(PTV)试验验证.同一开度下,随着转速比的增加,可调导轮内部液流速度增加,液流方向与叶片进口方向的夹角增大;在制动工况时,叶片工作面有漩涡现象,而空载工况时,叶片非工作面有漩涡产生.对比试验与数值模拟内流场结果,发现后者可以比较准确地预测导叶可调式液力变矩器的内部流动特性.该结论为研究导叶可调式液力变矩器内部流动状态,预测外特性及其设计优化提供了方法和依据.     

变系数反应扩散方程的格子Boltzmann模型

研究了含变系数的反应扩散方程,构建了含弛豫时间函数τ(x,t)的D1Q3格子Boltzmann模型.为了能准确地恢复出此宏观方程,利用Chapman-Enskog展开和多尺度分析技术,推导出了各个方向的平衡态分布函数和弛豫时间函数τ(x,t)的具体表达式.数值计算结果表明该模型是稳定、有效的.     

基于OpenFOAM的离心泵内部流动数值模拟

分析了离心泵内流模拟中存在的问题,指出开源CFD软件是提高离心泵内流模拟精度的必然选择.通过在开源计算流体力学软件OpenFOAM的求解器中添加GGI动静耦合处理程序,实现了OpenFOAM在泵内流数值模拟中的应用.应用修改后的OpenFOAM求解程序对一比转数为117.8的离心泵不同工况下的内流场进行数值模拟,并将数值计算结果与试验结果进行了对比,同时分析了叶轮内部流场的分布规律.研究结果表明,设计工况下的计算扬程相对误差最小,约为-3.5%,而小流量工况下误差最大-6.4%;各工况下的计算效率绝对误差范围均在-0.5%以内.这说明设计工况下的模拟结果优于非设计工况下的计算结果.同时,叶轮内部压力分布和相对速度分布规律符合离心泵内部流动的一般规律.     

XN295柴油机进气道模拟计算分析

利用CFD(computational Fluid Dynamics)软件对XN295直喷式柴油机的螺旋进气道的流场以及压力场进行模拟计算和分析.应用高雷诺数к-ε模型封闭雷诺方程,计算过程中,采用压力修正中的SIMPLE算法.数值模拟可以在较短的时间内获得关于流动的详细信息,从而降低了新产品开发和试验周期,为进一步分析气道内流场及各种参数提供可靠依据.     

有限体积法与LBM分区耦合模拟方腔自然对流

在已有的密度分布函数重构算子的基础上,推导出了温度分布函数的重构算子,解决了格子Boltzmann方法(LBM)与有限体积法耦合计算传热问题的关键难题.选二维方腔自然对流对耦合方法进行了考核.在瑞利数Ra=103~106范围内,耦合结果同商业软件FLUENT结果符合得很好,并且各物理量在耦合界面处连续且光滑过渡.通过残差曲线可以看出,耦合模型在密网格以及大瑞利数情况下,数值稳定性要好于单一LBM.     

纳米流体流动与传热过程的LBM并行计算

建立了描述纳米流体流动与传热过程的格子-Boltzmann模型,针对格子-Boltzmann方法（LBM）高度并行性的特点,用消息传递机制实现了平板间纳米流体流动与传热过程的LBM并行计算,分析了处理器数目与区域分解模式对计算效率的影响。结果表明,纳米粒子的微运动强化了流体与壁面以及流体内部的换热过程,LBM并行计算方法应用于纳米流体流动传热计算能够提高计算效率。     

桌面计算机上利用格子Boltzmann方法的GPU计算

介绍了在桌面计算机上利用格子Boltzmann方法(LBM)与图形处理器(GPU)计算的发展背景,分析了LBM的标准形式及其天生并行特性的成因,介绍了所采用的CUDA编程模型及Kepler计算架构.为了验证桌面计算机上利用LBM的GPU计算的应用能力,对二维方柱绕流问题进行了数值模拟,并将模拟结果与有限体积法的计算结果进行对比.结果表明:对于方柱绕流问题,GPU计算的模拟计算效率约为CPU计算的3.4倍,桌面计算机上利用LBM的GPU计算具有一定的通用科学计算能力.     

LBM与宏观数值方法界面信息耦合的重构算子

基于数学上的多尺度逐级逼近,给出了一种简单并且有效的方法来通过宏观物理量重构格子Boltzmann方法(LBM)的单粒子分布函数.所给出的重构算子为工程中基于宏观和介观模型的多尺度计算奠定了基础.通过耦合有限体积法(FVM)和LBM对顶盖驱动流进行数值计算,考核了此重构算子.计算结果与文献结果符合很好,并且耦合区域流线光滑过渡,速度矢量精确重合.计算结果证明,文中提出的重构算子可以准确有效地应用于LBM和宏观方法的耦合计算,并且其实施简单.     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

晶格Boltzmann方法模拟流体在三维圆管的流场

简要介绍了三维D3Q19晶格Boltzmann方法(LBM)及其常见几种的边界条件,并通过模拟有精确数学分析解的三维圆管的流场分布,证明了LBM方法可以精确模拟流场的分布,且算法简单、边界易处理、适合并行处理等,还给出LBM在不同边界条件和格子数的模拟精度.结果显示Mei等改进的曲线边界条件能够提高模拟精度,而反弹边界条件尽管算法简单且易处理,但模拟精度要低一个数量级.模拟中,应根据所取的弛豫时间和入口、出口之间的压强差选择合适的格点数,格点数太少影响模拟精度,太多不仅增加计算量,而且也不会提高模拟精度.     

RTM树脂充模过程的并行计算模拟

引入并行计算方法在集群系统上实现对RTM成型过程的数值模拟,并编写了并行数值模拟软件,模拟二维薄壁构件的RTM工艺的注模过程,得到任意时刻的树脂流动前锋曲线、压力场分布,计算结果与其他研究成果吻合良好.算例结果表明,并行数值模拟方法有效提高了计算效率.     

CaCu_3Ti_4O_(12)的驰豫特性

利用固态反应办法制备了CaCu3Ti4O12(CCTO)陶瓷样品;从德拜弛豫理论出发,通过介电温度谱得到弛豫时间温度谱,计算了样品的弛豫激活能H.结果表明激活能与频率无关,而弛豫时间因子τ0则与频率有关,显示出样品的弛豫特性并非来源于激活能H,而是来源于弛豫时间因子τ0的分布.     

液力变矩器性能分析

应用计算流体动力学 (CFD)方法 ,采用非结构网格和稳态交互面技术模拟了液力变矩器三维内流场 ,并与试验相对照 ,验证了数值模拟的正确性 .分析了泵轮、涡轮进口面、中弦面、出口面的流场特征形态及中弦面的二次流动现象 ,计算了泵轮、涡轮进口面至出口面能量损失分布 ,分析了涡轮叶片动量矩的分配 .     

基于数值分析的离心泵性能预测

利用CFD仿真软件对离心泵内流场不可压湍流流动进行数值仿真。揭示了离心泵内部湍流流场的分布规律,并对离心泵的性能进行预测。对于了解离心泵内部的流动情况、提高离心泵的效率和改进离心泵的设计有很好的参考价值。     

液力减速器制动性能及其两相流分析方法研究

为对车用液力减速器在制动过程中制动性能进行准确预测,在全充液的单一液相流动到不充液的单一气相流动的整个工作过程中,对于无内环的液力元件采用混合入、出口的边界条件处理方法,对充液率分别为100%、80%、60%、40%及20%时的工况分别进行CFD液力减速器内流场数值模拟,获取不同充液率和不同转速下的制动性能曲线,并得到对应不同工况的速度和压力场分布特性.结果表明,CFD数值模拟可以较为准确地预测制动性能,并且混合入、出口的边界条件处理方法更符合无内环叶轮机械内部的实际流动本质.     

三维波动方程的高精度交替方向隐式方法

提出了数值求解三维波动方程的2种精度分别为O(τ2 h4)和O(τ4 h4)的交替方向隐式(ADI)格式,并且通过Fourier方法证明了格式的稳定性.该方法在沿每个空间方向上只涉及三个网格基架点,因此可以重复采用TDMA算法,从而可以大大节省计算时间,数值实验验证了本文方法的精确性和可靠性.