用无网格粒子法直接模拟多相多组分界面流

模拟了以下两个多相多组分含复杂界面变形的流动:在脉冲加速下的液滴破裂和突然减压下的闪蒸射流。采用了移动粒子半隐式法(MPS)直接数值模拟方法。MPS法是一种适用于不可压缩流体流动计算的无网格粒子法。结果表明液滴破裂的临界Weber数等于13,该值与Pilch和Erdman的实验值相吻合。对于闪蒸射流,射流由于表面闪蒸被剥离为锥状,且射流长度随着压力衰减比的增加而减少。这些特征与实验观察是一致的。这两种模拟的结果表明了MPS法在处理复杂界面流动计算中的优势以及其鲁棒性。这些结果对反应堆事故分析有意义。     

利用小波分析技术研究燃烧压力高频振荡

为研究内燃机缸内压力高频振荡的机理以及压力高频振荡对燃烧噪声的影响，利用小波分析提取缸内压力高频成分，确定缸内压力高频振荡出现的范围．用有限元方法计算不同曲轴转角下对应燃烧室空腔声模态，用声响应法测量不同曲轴转角下燃烧室空腔声模态，并对计算值和测量值进行比较和修正．对实测的缸内燃烧压力信号进行了分析．有限元计算结果与模态试验结果较吻合，声模态修正后的结果能很好地解释缸内燃烧压力高频振荡．研究表明，缸内燃烧压力高频振荡是燃烧室空腔共振引起的，燃烧压力高频振荡是影响燃烧噪声的重要因素．     

单元划分和时间步长对瞬态温度振荡的影响

分析了FEM求解温度场过程中产生温度振荡的现象和原因,讨论了不同单元划分方法和时间步长对瞬态温度振荡的影响,提出了逐层单元细分法和S型变步长计算模型.结果表明:逐层网格细分法不仅能够抑制振荡发生,满足计算精度,而且能够极大地缩短计算时间;S型变步长方法与定步长方法相比,在有效抑制振荡并保证计算精度的前提下,若其他计算条件相同,S型变步长方法计算时间缩短了十几倍.研究结果对提高计算精度和加快计算速度具有重要的理论和实际意义.     

移动粒子半隐式方法的计算效率优化

针对无网格法计算效率普遍不高的局限性,以移动粒子半隐式(MPS)方法为例,将计算耗时较多的程序模块作为优化对象,以降低计算等级和减少计算次数为优化手段,从搜索算法、数学运算和计算实现形式3个主要方面进行了改进.提出了用低级运算来代替高级运算、用方位比较来代替距离比较的位置比较消冗法来优化搜索算法,消除了大部分无效计算,大大降低了计算的复杂程度和计算量,使得该方法的计算效率得到显著提高,增强了MPS方法的应用范围和工程时效性.该算法具有非常好的普适性,容易在类似算法中移植,还有随着计算规模的增大优化效果更加明显的特点.同时,发现多种优化方式的组合使用并非效果叠加,需考虑它们的兼容关系.     

自由表面流动的移动粒子半隐式模拟方法

引入可压缩因子，对移动粒子半隐式方法（MPS）进行了改进，解决了MPS方法在计算中容易出现的不稳定问题．使用改进后的方法对液柱倒塌算例进行了模拟计算，并将计算结果与实验及其他数值计算结果进行了比较．计算表明，引入可压缩因子大大提高了计算的稳定性，且方法简单易于实现，在液柱与挡板发生碰撞、流体发生大变形时依然能进行有效地模拟。     

单喷嘴蒸汽射流凝结引起的压力振荡研究

为了得到蒸汽在过冷水中浸没射流凝结引起的压力振荡规律,针对不同的过冷水温度和轴向距离对压力振荡特性进行实验研究。实验系统主要包括蒸汽发生器、稳压罐、喷嘴、水箱、仪表、可视化系统和数据采集系统。测量得到了不同轴向位置的压力振荡峰值,通过快速傅里叶变换得到了压力振荡的主频,并分析了过冷水温度和轴向距离对压力振荡特性的影响规律。结果表明:压力振荡峰值总体上随温度升高而增大,但在水温较高时出现下降趋势;主频随着水温的降低而增大,但不随轴向距离的增大而变化。同时,利用前人提出的公式对本实验条件下的主频进行了计算,计算值与实验值具有相同的变化趋势,且吻合得较好。     

适用于粒子法的精准连续表面力模型

针对粒子法中表面张力计算的准确性问题,该文对连续表面力(continuum surface force,CSF)模型进行了改进。在采用一种几何法精准识别界面粒子的基础上,曲率由仅需考虑作用域内界面粒子的单位法线面散度计算得到,且表面张力仅作用于界面粒子。圆和椭圆的曲率计算结果表明,改进后的模型在合适的分辨率和光滑长度下可实现较高的曲率计算精度。采用移动粒子半隐式(moving particle semi-implicit,MPS)方法对表面张力作用下的方形液滴振荡和液滴碰撞过程进行了二维单相流动模拟,模拟结果的振荡周期与理论值接近,液滴形状合理且表面光滑,表明改进后的CSF模型可准确地模拟动态算例中的表面张力作用。     

水气两相均质瞬变流二阶有限体积法数学模型

采用有限体积二阶Godunov格式对水气两相均质流瞬变现象进行建模和模拟研究.在均质流控制方程中引入动态摩阻,采用二阶Godunov格式求解,运用MUSCL(守恒定律的单调上游中心格式)方法进行二阶线性重构,同时为避免虚拟振荡引入MINMOD(斜率限制器函数);提出双虚拟边界法进行边界计算,实现了计算区域的所有控制体包括边界同时达到二阶精度且计算更简便.将所建模型计算结果与已有模型计算结果、试验数据进行对比,并对模型各参数进行敏感性分析,结果表明:本文模型能更好地模拟试验压力,并有效避免虚假数值振荡,提高了计算结果稳定性和精确度;随着初始气体含气率的增加,波速降低,水气两相均质流的瞬变压力峰值逐渐减小、波动周期延长.     

MPS方法在三维溃坝问题中的应用

MPS(Moving Particle Semi-Implicit)方法是一种拉格朗日粒子法,在处理大变形流动问题中具有很大的优势.将MPS方法应用到三维溃坝流动问题中,并对粒子的移动方式进行了修改,改进后的方法(XMPS)可以使粒子移动更加有序,避免粒子间的相互穿透.数值计算结果表明:MPS方法(包括XMPS)在处理复杂的自由面流动问题中具有很好的灵活性和可靠性,数值模拟能够比较准确地预测出自由面的形状和位置,即使在水面出现翻卷、入水和水柱撞击到障碍物时,数值结果仍然能够与实验相吻合.从细节上看,XMPS可以给出更为清晰、光滑的自由面形状,并能更好地捕捉到流动的细节特征.     

基于Solid Works的冲裁力实体模型建立方法及应用

介绍了基于Solid Works的力实体模型建立和计算方法.在分析冲裁力的基础上,根据冲裁力的特点,提出了基于Solid Works的力实体模型的概念和建模方法,推出了多工位冲裁力和压力中心的算法,并对该算法进行了实际应用.这种方法简单易行,不需要复杂计算,与冲模结构设计参数一致,是非常实用的冲裁力计算新方法.     

流化床风帽压力波动信号相关性实验研究

在研究流化床气固两相流流化状态时,采集、分析流化床中压力波动信号是主要的研究手段之一,近来,使用风帽压力波动信号替代壁面压力信号成为研究热点。借助冷态鼓泡流化床实验装置,在不同风量下,采集布风板不同位置风帽入口静压波动信号,分析风帽整体压力信号的相关性问题。首先分析信号时域图和箱型图,然后应用主成分分析方法计算不同位置风帽压力波动信号的相关性,最后利用风压信号独立性,分析不同风量对床内流化状态的影响。结果发现:不同床料会对流化床中风帽压力造成影响;风帽的压力信号随着风量的改变仍然保持不相关性;能够利用不同位置风帽压力波动信号对床内流化状态进行监测,表明所提方法具有可行性。     

用小波包分析提取水轮机尾水管动态特性信息

研究了小波包在水轮机尾水管的压力脉动信号处理中的应用,提出了基于小波包分解的特征提取方法。并应用此方法对水机尾水管压力脉动数据的实例进行分析。     

基于原型观测的水电站厂房结构振动分析

由于规范中用以计算动位移的动荷载与实际情况有一定出入，为了找出最主要的垂向动荷载，并提出计算厂房结构垂向动位移的方法，根据原型观测资料结合信号分析技术分析了水电站正常运行时尾水脉动、水轮机顶盖压力脉动、项盖垂向振动、推力轴承垂向振动、下机架基础垂向振动和机墩顶部垂向振动之间的位移与频率关系，并详细阐述了水电站厂房结构内的动荷载情况，指出各种动荷载可能产生的作用及影响，对某些荷载的量级做了初步估算，进而找出最主要的垂向动荷载——轴向水推力的脉动．结果表明，顶盖压力脉动与尾水脉动是轴向水推力脉动的主要原因，规范规定的垂向动荷载偏大．最后，基于实测资料对厂房结构进行三维有FIt元反馈分析，提出了一种计算厂房结构垂向动位移的方法。     

动态隔离法解决钢铁厂低压氮气管网纯度波动问题

针对目前制氧厂氮气纯度波动的问题,提出一种控制措施——动态隔离。动态隔离即将空分和氮压机按生产能力大致匹配,分成若干组,各组间通过相应设备联锁控制的隔离阀以实现动态隔离（非完全隔离）,各组内空分与氮压机建立停机联锁。在事故发生时动态隔离阀组能够将事故区域与其他区域迅速隔离,从而有效控制由于设备突然停机造成大的压力波动所引起的氮气纯度波动,同时各组之间又有机地联系在一起,使得设备交叉运行方便,编制设备运行程序后,易于实现计算机自动控制。     

噪声对水跃区脉动压力的影响及处理方法

在模型试验中,由于各种噪声的存在,常使水跃区脉动压力信号产生畸变,需要一定的处理方法来还原真实信号．为此,应用信号分解和自适应滤波方法对水跃区脉动压力信号进行研究和处理．结果表明,水跃区脉动压力信号包括真实信号和噪声2部分,而噪声一般包括背景噪声、电噪声和传感器振动所产生的附加脉动压力噪声3个部分,其中附加脉动压力噪声不可忽略．自适应滤波可以有效地滤除附加脉动压力噪声使信号得到很好的还原．该方法和结果为脉动压力模型试验布置、测试及数据处理提供了有益的技术参考．     

基于改进粒子群优化PID参数的风力除尘控制系统的研究

对卷接机组集中工艺风力除尘系统控制需求及工艺特点进行了研究,针对风力系统中压力和流量之间存在非线性与强耦合性的特点,以及控制系统中传统自动化科学技术(proportional plus integral plus derivative controller,PID)控制和现有的模糊PID控制自适应和鲁棒性较差、系统稳定性能不理想的问题,文中提出对角矩阵解耦方法将压力和流量进行解耦,利用改进粒子群算法(particle swarm optimization,PSO)优化参数的PID控制器对两者进行独立控制。通过仿真软件和可编程序逻辑控制器(programmable logic controller,PLC)程序对算法进行实现。位置阶跃响应实验粒子寻优实验结果表明:该方法在阶跃响应上升时间、最大超调量和响应速度上均有很好的优化效果,即时控制调整变频器频率以及阀门开度,使主风管压力波动在0. 5%～1%内,流量波动控制在0. 4%～0. 8%内。     

使用PAFV湍流模型对叶栅流动的数值研究

为进一步发展更有效的湍流模型,提高对高负荷跨声速压气机流动的数值计算精度,以侧偏平均脉动速度和应变率张量为基础构造了新的侧偏平均脉动速度(partial average fluctuation velocity, PAFV)湍流模型。在使用Python计算机语言进行编程计算过程中,将流动控制方程在一般曲线坐标系下变换后,采用有限差分方法进行空间离散。方程对流项采用Steger-Warming通量向量分裂法,扩散项采用中心差分格式离散,时间导数项采用具有TVD(total variation diminishing)性质的二阶Runge-Kutta法离散。使用该湍流模型对德国航空航天研究试验院的L030-4叶栅亚声速和超声速流动进行了计算,在进行网格无关性研究基础上,获得了流场压力等值线云图、马赫数等值线云图,压力系数分布等结果。计算显示侧偏平均脉动速度在激波附近区域受到明显抑制,避免了激波附近区域出现过大的湍流黏性。数值计算结果与实验符合比较好,初步验证了PAFV湍流模型可以有效地模拟该类型的叶栅流动。     

基于SPH方法的液体晃动数值模拟

采用光滑粒子流体动力学(SPH)方法模拟研究贮液容器中带有自由表面的液体晃动问题.应用密度对比法捕捉自由表面粒子,并采用边界排斥力法与镜像粒子相结合的方法处理固体边界.计算了贮液容器中粘性流体的自由晃动以及外部激励下的一阶模态晃动,得到了自由液面的波动和监测断面上的压强分布.将计算结果与理论值以及前人的实验数据对比表明,光滑粒子动力学方法作为一种无网格法,能较好地模拟带有自由液面的液体晃动问题.     

船舶艏侧推器脉动压力数值计算

以艏侧推桨为研究对象,采用有限体积法,通过求解非定常RANS(Reynolds-Averaged Navier-Stokes)方程对槽道流场进行了数值模拟得到槽道壁的脉动压力,为结构减振优化设计提供初始数据输入.数值模拟得到的脉动压力与试验结果吻合良好,压力脉动集中在桨叶梢附近小块区域.通过对比不同来流方向的脉动压力,发现船舶正前方和正后方来流时,压力脉动值分别出现极小值和极大值,压力脉动情况与流场复杂性相关,水流越顺畅,压力脉动值越小,反之亦然.数值模拟得到的槽道内及螺旋桨叶片上完整的压力云图可为结构优化设计提供重要参考数据,具有工程实用价值.     

基于拟静力法分析库水变化条件下地震荷载对某边坡稳定性影响研究

以三峡库区某边坡工程实例为背景,选用拟静力法对地震荷载进行模拟,采用有限单元法对库岸边坡在地震和库水变化综合作用和仅在库水变化作用2种工况条件下的位移和等效塑性应变进行了计算,通过对2种工况计算结果进行对比,分析了地震作用对库岸边坡稳定性的影响.