二维数值模拟蒸汽膜覆盖的液滴水力学特性

采用移动粒子半隐式法(moving particle semi-implicit method, 简称MPS法)直接数值模拟了蒸汽膜覆盖的液滴破裂, 求解了关于液滴、蒸汽和环境液体的二维Navier-Stokes方程. 计算结果表明蒸汽膜的存在抑制了液滴破裂, 液滴破裂的临界Weber数随蒸汽膜厚度增加而增加. 液滴破裂过程可分为两个阶段, 液滴变形与破裂主要发生于后一个阶段. 同时计算结果揭示, 除了液滴与蒸汽界面处的Rayleigh-Taylor不稳定性较强外, 蒸汽膜覆盖的液滴破裂机理与无蒸汽膜覆盖的液滴破裂机理是一致的. 数值模拟结果的部分特征得到了相关实验的验证.     

煤层冲击倾向性试验及数值模拟

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象,而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件.对松树镇煤矿主采煤层进行冲击倾向性试验,对冲击能量指数、弹性能量指数和动态破坏时间三个煤层冲击能量指标进行分析,得出煤层无冲击倾向性.但对开采煤层数值模拟,得出深部煤层顶部最大主应力值、顶板下沉较大,需要实施一定的防治措施.这为该矿防治冲击地压提供了科学依据.     

熔液法晶体生长流场的数值模拟

本文给出了对二种熔液法生长晶体的液相流场进行的计算机模拟的结果,对ＣＺ法晶体生长的一常流场数值计算,采用了二阶迎风ＱＵＩＣＫ差分格式的有限控制体积法,通过对１２种不同参数的流场情况所作的计算表明,二阶ＱＵＩＣＫ格式具有更高的计算精度和数值稳定性。     

光滑粒子流体动力学（SPH）中摩擦接触的模拟

光滑粒子流体动力学（SPH）无网格法是岩土体崩塌与流动大变形计算的有力工具,但是,如何在SPH框架内模拟摩擦接触现象尚无系统方法,迫切需要开展研究．提出一种在SPH框架内模拟土与刚性或柔性结构摩擦接触的算法,该算法根据所存在的接触边界,将计算域分解为若干个子域,以接触力为桥梁在各子域间建立联系,最终实现接触问题的整体求解．在各子域内对土体的运动控制方程进行SPH离散时,修正了SPH固有的边界缺陷,使得位于接触边界附近的SPH粒子具有准确的加速度,保证了接触探测的精度．然后,假设允许土体SPH粒子局部侵入结构体,根据允许的残余侵入量,运用动量原理,计算沿接触面法向和切向的接触力,并应用滑移条件对切向力进行修正使其不超过极限摩擦力．与现有的在SPH中处理接触通常采用“粒子．粒子”接触或忽略摩擦滑移的方法相比,方法具有更高的计算效率和精度,适用于岩土材料与刚性或可变形结构之间相互作用的模拟．通过多个算例对此方法的精度和稳定性进行了验证,计算表明,基于接触算法的SPH计算成果与理论解或有限元解吻合很好,算法是有效的,可用于拓展SPH的计算能力与应用范围．     

土工离心模拟高速滑坡碎屑流冲击过程的科氏效应研究

土工离心模拟是土木工程、地质工程等相关领域的重要技术.但在高速滑坡碎屑流模拟方面的应用仍然受限,主要原因在于科氏效应的影响难以避免且缺乏详细研究.本文特别针对高速滑坡碎屑流冲击效应这一防灾减灾工程重要问题,开展了一系列的物理离心试验与数值试验.相关结果表明,科氏加速度的方向对高速滑坡碎屑流冲击过程的影响更为显著,发散科氏作用强化了滑坡碎屑流与拦挡结构的相互作用,表现在其具有更高的流动性、更强的冲击效应、更大的堆积体高度.离心应力水平对压缩科氏效应作用效果的影响更为显著,且随着离心应力水平的增大,模拟结果向着无科氏条件影响结果的方向发展.因此,高速滑坡碎屑流冲击效应的土工离心模拟建议在发散科氏条件下开展,且不必刻意选取较小的离心应力水平.     

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法

钢筋混凝土不但在土木工程领域有着广泛的应用,而且其强动载荷下动态力学行为的研究在国家安全方面也具有十分重要的需求,其非均质、各向异性、多组分的特性亦给其动力学特性的研究带来诸多困难.本文针对强冲击载荷下钢筋混凝土的力学行为的研究进展进行了评述,具体包括:1)钢筋混凝土材料动态力学行为、破坏机理及动态本构模型;2)钢筋混凝土结构的侵彻及爆炸作用破坏机理;3)强冲击载荷下结构力学行为的数值模拟方法与软件.在此基础上,分析了针对强冲击载荷下钢筋混凝土的动态特性、侵彻机理和数值方法等方面的研究所存在的不足之处,并对需要进一步深入开展的研究工作进行了展望.     

弹体高速冲击载荷下钢筋混凝土的破坏行为实验与细观数值模拟

钢筋混凝土在土木工程与国防领域具有广泛而重要的应用,且存在明显的尺寸效应,有必要进行大尺寸侵彻实验研究其在高速冲击下的动态响应.本文开展了1 00 mm大口径卵形弹高速侵彻钢筋混凝土靶的实验,并对靶体的破坏模式、侵彻深度和开坑直径进行了详细分析.由于钢筋的加入导致混凝土具有更为复杂的非均质性和各向异性,各组分的变形、破...     

风雪流灾害数值模拟研究进展

风雪流为空气挟带着雪粒子运行的非典型的气一固两相流。通过国内外学者六十多年的研究,在风雪流的运动特性、垂直分布规律以及输运规律、雪粒子的物理性质等方面取得了一系列研究成果,基础理论研究日趋成熟,提出了湍流扩散理论。在风雪流数值模拟方面,提出了FLOW-3D、CFD（Fluent）、IAP94、SNOWPACK等一些模型和软件。由于数值模拟工作开展较晚,建立的模型和开发的相关软件还不够完善。气一固两相流理论模拟没有考虑雪的物理性质随时问和环境的变化,模型总体比较简单,难以直接用来分析复杂地区风雪流灾害的规律。今后气-固两相流理论和多场耦合理论应该是风雪流研究的重难点,进一步开发适应复杂地区的、精度更高的专业软件,加强灾害评价方法的研究与应用。     

大Marangoni数下液滴热毛细迁移的 数值研究

采用轴对称的非定常模型对大Marangoni数下的液滴热毛细迁移问题进行数值模拟研究, 采用界面追踪方法, 发现无量纲的液滴迁移速度会随着Marangoni数的增大而减小. 数值模拟结果与神舟 4 号飞船实验中的结果进行了比较, 得到一致的变化趋势. 同时, 这也是第一次在大Marangoni数范围下利用数值模拟的方法证实该实验现象.     

高压水旋转射流喷嘴的外部流场数值模拟

运用fluent软件对高压水旋转射流喷嘴的外部流场进行数值模拟。结果表明：高压水旋转射流不同于普通圆形射流,其能量不是集中在射流中心部位,而是集中在一定半径的圆环上,并具有明显的扩散现象。轴向速度从离开喷嘴后开始衰减,随着旋流强度的增加,衰减速度明显加快。模拟的结果为喷嘴参数的设计选取提供一定的理论依据,对实际工程具有一定的指导意义。     

基于欧拉模型的淹没射流冲刷数值模拟

采用Eulerian双流体模型对二维淹没射流作用下的无粘性沙床冲刷进行数值模拟,水沙两相间以及沙粒之间的相互作用通过动量交换和相间作用力体现.分别针对Aderibigbe等人的轴对称实验和本文设计的平面二维实验进行计算,动态平衡状态下冲坑剖面形态的计算结果与实验结果吻合较好.分析结果表明：不同冲刷强度下射流水体速度场具有不同的特征;沙粒受水体作用力、重力和沙粒间的摩擦力的综合作用,在沙粒的密度、直径、孔隙度等参数均相同的条件下,水体作用力决定沙粒的运动方式,从而影响冲坑的最终形态;孔隙度是影响冲坑形态的重要因素,在本文的研究范围内,随着孔隙度的增加,孔隙水的流速增大,冲坑深度增加.     

偏离设计工况时离心泵内部流场的数值模拟

通过高效数值模拟的方法分析通流部分的气动性能,对叶轮进行优化改进,扩容改造,从而提高效率,可靠性,安全性.主要采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-s湍流模型,SIM-PLEC方法求解,对原模型泵进行非设计工况下内部流场的叶轮和蜗壳的耦合数值模拟,主要是变转速和变流量调节.得出变转速调节下全流场的速度和压力分布均与原模型相似,但转速过低时则出现明显不同;变流量模拟时,无论是大流量还是小流量,在叶轮流道和蜗壳区均出现了较为严重的回流和漩涡区,并对这一现象进行了分析.最后对原模型蜗壳提出了一些改造意见,指出了偏心蜗壳在蜗舌处的回流情况较对称蜗壳好一些.     

基于FLUENT的人工气候室风洞试验的数值模拟

在分析飓风对输电网络影响的机制上,采用流体工程仿真软件FLUENT对某人工环境模拟实验室的风洞试验进行三维数值模拟,获得了小型人工气候室内的三维流场特性和风速参数,并分析考察了导流板和导风板对子试验区流场均匀性的影响.研究结果表明,合理增加导流板和导风板数量可提高风速均匀度以满足实验模拟要求.研究工作为人工环境模拟实验室的搭建和风洞试验流场均匀性的进一步改进提供一定的理论依据.     

降压法开采海洋水合物藏的数值模拟

天然气水合物因其储量巨大、分布广、清洁而被认为是一种未来的重要能源. 为了对海洋条件下水合物藏的开采方式进行研究, 建立了降压法开采水合物藏的数学模型, 模型中系统地考虑了气-水-水合物-冰相多相渗流过程、水合物分解动力学过程、水合物相变过程、冰-水相变过程、热传导、对流过程、渗透率变化等对于水合物分解以及产气和产水的影响. 对一、二维条件下降压法开采水合物进行了数值模拟, 与实验具有较好的一致性. 对水合物藏进行了三维数值模拟, 结果表明: 在开采的前期阶段, 可以采用降压法进行开采, 但随着储层能量的消耗, 冰相饱和度的不断增加, 降压法开采产气速度下降很快, 需要转变开采方式, 如注热法, 注化学剂法等.     

基于Fluent的离心泵内部流场数值模拟

在对比了FLUENT中所提供的湍流模型以后,选取了应用范围较广的标准k—ε模型。计算完成后,分析IS100—85—250型离心泵在额定工况下和非额定工况下整机流场的速度压力分布,发现整体上的流场分布情况跟理论分析一致,而且也十分符合叶轮和蜗壳的设计原理。为了验证整机流场分析的准确性和可靠性,对该离心泵进行了性能试验,并作出了预测性能曲线,就离心泵的特性曲线进行了分析。通过扬程一流量、轴功率一流量、效率一流量特性曲线,得出模拟计算与理论分析基本吻合。最后对模拟计算作了总结。     

基于FLUENT的煤粉燃烧器动力场的数值模拟

本文通过运用CFD商用软件FLUENT 6.2对锅炉煤粉燃烧器的空气动力场进行数值模拟,即对燃烧器内气相和颗粒相的轨迹及速度场进行模拟。采用k-ε方程和Lagrange运动方程进行计算,分析燃烧器内部空气动力场在不同条件下的变化,并对各个影响因素进行对比,以此来改善煤粉燃烧器性能。     

茶条岭隧道数值模拟分析与研究

以十堰至天水高速公路茶条岭隧道现场的监测数据为依据,运用大型有限元软件 MIDAS,采用三维模型模拟隧道开挖过程,并将数值模拟的结果与实测数据的分析结果相对比.分析表明围岩在初期支护施工一段时间后,经过应力调整,其变形和支护结构受力趋于稳定,拱顶下沉和周边位移满足监控管理标准规定     

巷道布置对围岩稳定性影响的数值模拟

采用理论分析不同应力场下巷道轴线与最大水平主应力方向夹角的最佳角度,利用数值模拟不同夹角情况下,巷道围岩应力分布、正前方应力分布及变形特征。得出：1）最大水平主应力σH〉最小水平主应力σh〉垂直主应力σr时,最佳角度为0°;σt〉σH〉σh时,最佳角度为90°;σH〉σa〉σA时,最佳夹角为α0.2）巷道开挖后,水平应力在两帮出现应力降低区,在顸、底板出现应力集中区;垂直应力在两帮出现应力集中区,在顶、底板出现应力降低区;随角度变化,应力变化区均有明显变化,正前方断面的最大主应力变化明显。3）巷道达到最佳角度时,围岩变形相对较小,最大主应力围绕在巷道周边,呈环状或类环状分布;其它角度时,围岩变形相对较大,最大主应力逐渐向顶、底板的四角或两帮发展。     

阶梯溢流坝水流数值模拟及特性分析

针对Mixture模型,考察了Realizable k-ε模型,SSTk-ω模型,v2-f模型,LES模型等4种湍流模型对阶梯溢流坝水流数值模拟的适用性.通过对非掺气区域坝面平均流速、旋度大小、边界层厚度的计算,并与实验结果进行分析比较,结果表明：Realizable k-ε模型考虑了流体微团的旋转效应,提高了对较大曲率流动、旋流流动和涡旋运动的计算精度,对阶梯溢流坝有很好的适用性.以Realizable k-ε模型计算结果为基础,进一步分析了边界层内的速度分布、阶梯面压力分布等坝面水流特性.     

多时间步长结冰数值模拟方法研究

时间步长是影响飞机结冰数值模批精度的重要参数之一。本文通过求解雷诺时均N-S方程,湍流模型采用k-ε两方程模型,获得空气流场,求解水滴运动轨迹方程获得水滴撞击特性,基于Messinger热力学模型求解能量和质量守恒方程计算冰形。并采用扇形分区法,更新机翼前缘结冰区网格,保持网格拓扑结构不变,实现多时间步长结冰数值计算。比较了采用单时间步长法争多时间步长法对翼型表面结冰增长数值模拟的计算结果,并与冰风洞试验数据及LEWICE预测数据进行对比。在此基础上,计算分析了不同时间步长对部件表面的结冰冰形的影响。结果表明,只有采用多时间步长法进行飞机结冰数值模拟方是有效的,并且存在一个合适的时间步长,既满足计算精度要求,又能提高计算效率。