移动边界下塑料熔体充填模拟的稳定性方法

针对具有移动边界的塑料复合成形过程模拟中因网格变形而导致的数值稳定性问题,提出了塑料熔体充填模拟的稳定性方法．该方法基于任意拉格朗日欧拉法建立移动边界下充填模拟的控制方程,采用四面体单元中引入中心速度稳定的速度压力耦合计算方案,提升了移动网格下塑料熔体充填模拟的稳定性和精度;进一步针对计算过程中网格变形导致四面体单元反转错误的问题,采用引入反转单元罚函数的线弹性网格优化方法,提升了移动边界下网格变形的稳定性;数值稳定性实验表明该方法在网格极端变形和不同单元纵横比下均能稳定求解．最后采用具有柔性移动边界特征的注射压缩-热压复合成形工艺对该方法进行验证,发现移动边界下塑料熔体流动前沿的模拟误差为3.3%,实现了对此类成形工艺的精确模拟．     

铸型型腔充填过程的准三维水模拟实验

采用高强度片光源,并在水中加入片状铝屑的方法,对含有型芯的较复杂型腔进行了充填过程的水模拟实验,通过逐步显示不同切面上自由表面在充填过程中的演变,反映了此过程中自由表面的三维变化,该实验可用以检验铸型型腔充填过程中流动现象的三维数值模拟软件的可靠性。     

充填过程ALE自由面追踪及网格生成方法

在ALE框架中提出了一种用于成型充填过程有限元数值模拟的自由面追踪及网格生成方法,用于确定自由面网格点移动的附加方程以自适应形式引入,适用于不同形状复杂腔体充填数值模拟中的自由面追踪．充填域变质量体系的实时网格生成过程简化为特定时刻移动自由面附近区域的多边形三角化过程,因而大大减少了网格处理所需的计算量．针对充填过程的特点提出了局部Laplacian光顺方法,有效地改善了网格质量．分析了不同类型的自由面节点碰壁方式并提出了相应的处理方法．给出了一个典型腔体中充填过程的数值模拟结果,证明了所提出的自由面追踪及网格生成方法的有效性．     

基于高精度Boussinesq方程的数值模拟潜艇尾迹

基于高精度速度势布西内斯克(Boussinesq)方程的三维数值波浪水池模拟潜艇在水下航行过程中自由表面波浪形态变化.三维数值波浪水池采用高精度Boussinesq方程模拟波浪传播和衍化过程,造波区域采用流函数理论产生线性与非线性波浪,消波区域采用人工阻尼函数消除波浪反射.通过对称轴水平面将DARPASUBOFF潜艇模型分割为上下两部分,模型上部固定于数值水池水平底部,视为底部隆起.基于流函数生成规则行进波进而模拟潜艇在水下航行时形成的尾迹.数值计算结果给出伯努利水丘和开尔文波水动力尾迹特征.结果表明:该方法是有效的;相对于传统黏性流体计算方法,在同等计算精度的前提下,该方法效率更高.     

液态金属充填铸型的数值模拟

应用数值计算方法，通过求解Ｎ－Ｓ方程；并运用质点漂移法（ＭＡＣ）确定充填铸型过程中变化的流体表面形貌，对液态金属充填铸型时这一复杂的流动现象进行了仿真模拟。     

滑套温挤压成形温度场的数值模拟研究

以轿车等速万向节滑套为研究对象，采用热机耦合弹塑性有限元方法对滑套的温成形过程进行了数值模拟，得到了工件和模具的温度场，并通过工艺实验对模拟结果进行了验证。根据模拟结果分析了温反挤压冲头严重磨损失效的原因，给出了相应解决方案。     

含水层下充填开采最小充填量的确定

为确定红阳煤矿含水层下1201工作面充填开采的最小充填量,采用理论分析和数值模拟的方法对不同充填高度时,充填开采后的覆岩破坏范围进行分析。应用板壳理论分析得出造成充填开采后覆岩破坏的条件是岩层承载的载荷大于临界载荷,并且岩层下方的自由空间高度大于岩层的极限位移,据此建立了充填开采覆岩破坏范围的计算方法。数值模拟分析了不同充填量时的覆岩破坏范围。两种分析方法都得到断裂带发育高度是跳变过程,而不是连续渐变的过程。结合理论分析和数值模拟结果确定最小充填量,采用钻探的方法对现场的覆岩破坏高度进行探测,探测结果与理论计算和数值模拟的结果高度吻合。说明采用板壳理论分析充填开采覆岩变形破坏过程准确可行。     

基于滚动调度的冲压模具磨损数值模拟分析

为了提高冲压模具磨损数值的量化分析精度,提出基于滚动调度的冲压模具磨损数值模拟方法。采用动态轮廓采样法进行冲压模具磨损数值采集,结合多传感器融合采样方法进行冲压模具磨损数值采样后的滚动调度,建立冲压模具磨损数值信息融合和特征提取模型,提取冲压模具磨损数据的谱特征量,采用谱分析的方法进行冲压模具磨损数值拟合和自适应调度,建立冲压模具磨损数值模拟的滚动调度模型,从运动学角度建立了冲压模具磨损的滚动调度运动分析模型,采用工件表面形貌自适应预测方法,实现冲压模具磨损数值模拟。仿真结果表明,采用该方法进行冲压模具磨损数值模拟的精度较高,拟合性较好,提高了冲压模具磨损数值模拟和参数估计能力。     

不同充填厚度节理面剪切破坏宏细观机理研究

为了研究不同充填厚度下节理面的剪切破坏行为和强度特性,综合前人对充填节理的试验与理论成果,考虑天然岩体复合结构的不规则粗糙表面形态,对实验室制备的类岩石材料充填节理试件进行室内剪切试验,并采用数值方法进行模拟验证。对比实验结果和模拟结果,从宏观和细观角度分析了充填节理的变形特性及破坏行为,研究了充填厚度对节理面剪切强度的影响关系。研究结果表明:在同一粗糙度下,不同厚度充填节理的破坏模式没有明显区别,主要表现为粘结面的破坏;在较小粗糙度下,充填节理的剪切峰值强度和残余强度均随着充填厚度的增加有一定程度的降低,但变化不大;在较小粗糙度和较小充填厚度下,试件沿与节理面起伏较大处成一定角度产生裂隙并逐渐贯通至试件底部,充填厚度增加,仍会产生裂隙,但不会贯通。     

简化代数应力模型在型腔充填数值模拟中的应用

针对型腔充填过程中的紊流流动,将计及紊流各向异性的简化代数应力模型引入ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件中,并通过对确定自由表面界面流率的ｖａｎ Ｌｅｅｒ 格式进行修正,完成了恒温流体充填过程三维时均速度场和自由表面的数值模拟．与实验结果的对比表明,基于ＰＨＯＥＮＩＣＳ软件开发的充填模拟能够对复杂型腔的充填过程进行数值计算     

纵向直进气道电喷天然气发动机进气过程的数值模拟

提出了渐缩形直进气道发动机的进气过程的多维数值解析方法，探明了气缸内纵向滚流的存在，通过与实验结果对比，验证了该计算方法的可行性。在此基础上，考察了渐缩形直进气道应用于多点电喷(MPI)天然气发动时，天然气喷射后进气岐管内的天然气浓度场和压力场，以及随后天然气—空气混合气在气缸内的质量分布和速度分布。结果表明，若仅把MPI汽油机的喷油器用天然气喷射阀更换，大量的天然气喷到进气阀后反射，造成天然气发动机进气岐管内的燃料浓度场、压力场与MPI汽油机明显不同；并且进气阀被打开后，先期吸入气缸的天然气在纵向滚流的作用下被挤向进气阀底部下方，与后期吸入气缸的空气形成明显的分层充气构造。     

旋流快分器内气相流场的实验与数值模拟研究

用智能型五孔探针对催化裂化沉降器带筒状物的旋流快分系统(在旋流头上插入了一个筒状物)内的气体流场进行了测试。应用CFX软件,采用应力输运方程模型对系统内气相流场进行了三维数值模拟,以考察适合该旋流快分系统内流场模拟的湍流模型。结果表明,模拟结果与实验数据吻合较好,应力输运方程模型适用于带筒状物的旋流快分器内三维流场的数值模拟。系统内流场为三维湍流场,内插一个筒状物后,消除了旋流头喷出口附近的短路流,更有利于提高旋流快分器的分离效率,但在内插筒状物的底部附近还存在短路流现象。     

海上油田氮气泡沫稳油控水注采参数数值模拟

 国内某海上的油田典型块状底水油藏大部分井已经出现底水锥进现象,改善该油田的高含水井开发效果,控制直井底水锥进和水平井底水脊进成为油田稳产的关键。为了有效实施氮气泡沫稳油控水提高采收率技术,以该油田一口井为例,开展氮气泡沫稳油控水注采数值模拟研究,在历史数据拟合的基础上,对氮气泡沫稳油控水注采参数进行了优化设计,为工艺方案实施提供技术支持。氮气泡沫稳油控水最佳注采参数为,注入方式为连续注入、注气量为45×10⁴m³、气液比为1：1、焖井时间3d、焖井后最佳产液量900m³/d。     

氮气泡沫开发稠油底水油藏的物质平衡方程

稠油底水油藏蒸汽吞吐过程中易形成底水在加热范围内的锥进，在底水锥进严重的生产井底部高压注入氮气泡沫，可以将水锥压回原始油水界面。将注氮气泡沫压水锥的过程看作气驱油、油驱泡沫和泡沫驱水3个过程，建立了多轮次蒸汽吞吐后注氮气泡沫控制稠油底水油藏底水锥进的物质平衡方程，得到了泡沫分离的氮气和表面活性剂溶液的启动油量、原油富集带厚度以及底水面深度的计算方法。对胜利油田某稠油底水油藏的一口生产井实施注氮气泡沫压水锥进行了计算，结果表明，对于600m^3／h的注氮气速度，注泡沫19d可将水锥压回原始油水界面，最优的射孔高度距原始油水界面14．26m。     

煤层气试井注入压降法模拟实验

 煤层气开发首先需要通过试井分析来反演地层参数,而注入压降法是煤层气开发过程中最常用的试井方法。为进一步扩展注入压降法在煤层气试井中的适用性,尽量在煤层气试井过程中获得更多的地层信息,提高试井解释合格率,通过室内模拟实验的方法研究了注入压降法试井新方法。首先建立了室内模拟实验装置,通过控制注入流量的变化,获得井底压力时程变化曲线,与现场试井得到的井底压力曲线形式一致,证明室内模拟实验能够复现现场试井过程。实验首次提出并采用一次试井过程中多级流量注入的方法,获取井底压力不同阶段的变化曲线,结果表明,多级变流量注入时井底压力增加的幅值与注入流量的增加呈非线性关系。实验模拟过程可控制注入流量,充分反映井底压力变化,以此获得更多的数据资料,为后续试井资料解释提供更充分的信息,以便提高试井解释准确率和合格率。同时还可通过控制和改变地层参数(如渗透性)进行实验,从而在已知地层参数前提下,达到校验试井理论解释模型的合理性和准确性的目的。     

初始条件及喷雾对柴油机缸内流动影响研究

将柴油机缸内气体与整个燃烧室部件(气缸盖-气缸套-活塞组)作为一个耦合体,在对耦合体进行传热数值模拟的基础上得到缸内流动计算的壁面边界条件.利用大型通用CFD软件STAR-CD及ES-ICE对6110柴油机缸内三维非稳态流动进行数值模拟研究,着重分析不同初始条件及燃油喷射对缸内流动的影响.研究结果表明初始条件在柴油机进气过程缸内流场多维计算中主要影响流场的流动状态,特别是涡团形状和中心位置;喷雾过程中燃油的喷射流动直接影响到缸内的流场分布.     

海上稠油油藏蒸汽吞吐注采参数正交优化设计

以渤海油田某稠油油藏为典型区块,根据海上油田特点建立基础方案,运用正交试验设计和数值模拟方法对该区块蒸汽吞吐过程中的注汽强度、注汽速度、井底蒸汽干度、蒸汽温度、焖井时间和产液速度进行研究,并采用直观分析法和方差分析法对试验结果进行分析。结果表明,该区块蒸汽吞吐的最优生产方案为注汽强度为20t/m,注汽速度为250m3/d,井底蒸汽干度为0.5,蒸汽温度为340℃,焖井时间为5d,产液速度为200m3/d,并得到了各注采参数对开发效果的影响程度大小依次为注汽强度井底蒸汽干度产液速度注汽速度蒸汽温度焖井时间。该结果对于海上矿场蒸汽吞吐注采参数的优化具有一定的指导意义。     

基于FEA的拼焊板轿车中立柱拉延成形

运用DYNAFORM软件,对轿车侧围激光拼焊板中立柱进行冲压成形有限元数值模拟研究。通过观察成形极限图和厚度分布图对零件进行成形缺陷分析。针对成形结果中出现的拉裂、起皱和减薄等缺陷问题,采用调整成形工艺参数以及设置等效拉深筋的方法改善使成形结果,并根据仿真分析的结果,提出改进及优化工艺的方案。利用数值模拟过程中优化的工艺参数,进行实际零件的拉延成形实验,得到了质量较好的成形零件。研究结果表明:拼焊板焊缝模型的选取、板坯及工具网格的划分直接影响数值模拟的精度;冲压速度、压边力和拉深筋等工艺参数的选取直接影响零件的拉延成形,尤其是通过对拉深筋阻力的调节,平衡了材料的流动,解决了用调节压边力的方法无法解决的拼焊板零件成形问题。     

基于替代模型的油藏注采参数多目标优化设计

针对水驱油藏生产过程中合适的注采参数选取难的问题,提出了以净现值和累产油量为目标函数的多目标优化注采参数设计方法。采用基于粒子群算法的最小二乘支持向量机作为替代模型代替数值模拟,并用带精英策略的非支配排序多目标优化遗传算法对注采参数进行优化。以某区块两注两采模型为例,选取生产井井底压力和注水井注入量为优化变量,通过粒子群算法优化的最小二乘支持向量机构建替代模型,在优化过程中代替数模,再利用非支配排序遗传算法对注采参数进行优化。对比分析替代模型和数值模拟优化设计的结果,其误差在3%以内,并在注采参数优化时间上得到了明显提升。     

双板驱动矩形空腔STOKES流动的数值模拟

用边界元方法对A =1.5 ,s为任意值时的双板驱动矩形空腔Stokes流动进行数值模拟 .研究了矩形空腔内涡旋生成和发展的规律 .数值计算结果表明 :在s的绝对值不太大的范围内 ,伴随s的增加 ,矩形空腔内涡旋的生成、发展过程可由s的 5个临界点分成 6个阶段 .第一个临界点 ,s =- 8.5 5 ,1个涡旋变成 2个涡旋 .第二个临界点 ,s =- 0 .118,2个涡旋变成 1个涡旋 .第三个临界点 ,s =- 0 .0 0 0 1,1个涡旋变成 3个涡旋 .第四个临界点 ,s =0 .0 5 ,3个涡旋变成 2个涡旋 .第五个临界点 ,s=15 5 ,2个涡旋变成 3个涡旋 .s =- 1时的数值计算结果与理论分析结果以及实验结果比较完全一致 ,令人非常满意 .特别是 ,本文方法适用于不同高宽比和任意速率比的矩形空腔驱动流动问题 ,因此不但具有方法上的理论意义 ,而且数值计算结果还具有工程应用上的实际意义 .