变截面管道对瓦斯爆炸特性影响的数值模拟

以气体爆炸理论为基础,利用高精度的加权本质无振荡(WENO)格式对变截面管道中的瓦斯爆炸进行了数值模拟,探讨了变截面管道对瓦斯爆炸火焰传播的影响规律,得到了变截面管道造成瓦斯爆炸强度增大的结论. 在此基础上,分析了障碍物、壁面和三波结构对瓦斯二次爆炸的影响. 结果表明,经壁面反射后的激波和三波点的碰撞都能够诱导二次爆炸的产生. 这些结论为瓦斯爆炸的预防、安全评估和防火防爆提供了重要的理论依据.     

强流脉冲离子束辐照钨靶温度场演化数值研究

强流脉冲离子束(HIPIB)使材料表面气化产生喷发等离子体从而进行薄膜生长、纳米粉的制备等工作。金属钨的熔点高,热导性好,是耐高热流密度防护层最可能的材料。为了研究金属钨在高热负荷下的响应,建立了HIPIB辐照钨靶的考虑相变的非线性热力学方程,并采用有限元方法数值求解了靶材辐照后的二维温度场演化问题,得到了钨靶温度场的时空演化规律。当离子束流密度为100 A/cm2时,脉冲结束后束流入射中心表层约0.3μm厚的材料熔化,且熔化是从表面开始的,而后因热传导固化;脉冲结束后开始时靶材表面温度急剧下降,而后变得缓慢,温降的梯度在不同时刻均存在峰值,且随时间增加峰值向纵向深度处移动。     

变截面叠合结构力学特性数值模拟

为了探讨不同预制板截面高度与叠合后截面总高度比例对叠合结构力学特性的影响,利用ABAQUS软件对比例为0.6、0.5和3/7的叠合板进行有限元分析.模拟结果表明,该比例的变化对后浇层受压混凝土的"应变滞后"和钢筋的"应力超前"等叠合结构的典型力学性能具有重要影响.本文的研究为叠合结构的设计和工程应用提供了理论基础.     

输运方程数值解法分析

输运方程的数值解法有很多种,该文将介绍其中的两种数值方法：其一为向前差分法,其二为向后差分法,通过这两种方法求解同样输运方程会得到一些有趣的结果,并将计算结果与解析解的结果进行比较,最后对数值结果加以分析。     

变截面管道中爆轰胞格演变机制的数值模拟研究

应用频散可控耗散格式和基元化学反应模型模拟了二维爆轰波在变截面管道中的传播过程;研究了由于流动压缩和膨胀的影响,近壁面区域爆轰波横波和胞格的演变规律;通过分析爆轰波后气体组分变化、化学反应速率、反应区尺度和热力学参数,探讨了两种异常爆轰波的传播机制及其化学反应、反射激波和稀疏波在这些异常爆轰波发展和胞格演化过程的作用．     

新型双螺杆捏合机流场动力学特性数值模拟

针对一种新型双螺杆捏合机流场动力学特性进行数值模拟,建立双螺杆捏合机流场数值仿真模型,依据计算流体动力学(CFD)理论,对非牛顿流体进行三维、等温稳态数值分析,研究其在不同转速及中心距条件下压力场分布、速度场分布、最大剪切应力、物料流动速率等特性。研究结果表明：随着转速不断提高,流场最大压力、流量流动速率、最大剪切应力都会随之增大;螺杆转子对流场的最大剪切应力值随中心距的增加先增大后减小,而流动速率随中心距的增加不断增加,但当中心距增加到一定值后,流动速率会出现负值,物料出现严重回流,导致捏合机无法正常工作。研究结果为双螺杆捏合机结构参数的设计优化以及性能预测提供理论依据。     

结合数值方法的流体动力学

现代流体动力学的研究综合使用了传统的理论分析方法与数值计算两种新手段。近几十年来,随着数值算法与计算机技术的发展,使用数值计算求解Navier-Stokeks方程已经很普遍。而且出现了很多商业CFD软件,很多人非常精通这些软件,但是由于缺乏对流体动力学理论的深刻理解而影响了软件效果的发挥。     

变截面铁木辛柯梁的数值分布传递函数方法

为了研究数值分布传递函数方法对变截面铁木辛柯梁计算中的适用性,基于铁木辛柯梁的静力微分方程,通过定义状态向量,建立变截面铁木辛柯梁状态空间形式的控制方程,利用数值分布参数系统传递函数方法,并借助有限元的单元组集方式,获得变截面铁木辛柯梁变形和内力的近似解。以两端固支的变截面梁为例进行了数值计算,与NASTRAN结果进行了对比,吻合良好,表明了此方法的可行性。分布传递函数方法是一种适用范围很广的方法,还可将其推广到铁木辛柯梁的动力学分析,以及其它结构问题的研究方面。     

粘性流体动力学的边界积分方程及其数值解法

本文给出了不可压缩粘性流体动力学的边界积分方程及其数值解法。 将数学物理偏微分方程的初值——边值问题化成相应的边界积分方程求解,具有一系列的优点,因而形成了计算物理中的一个新分支——边界积分方程法,并且已成功地用于声学,热传导和固体力学中。这一方法与迭代技巧相结合,可用于处理一类颇为广泛的非线性问题。这里介绍作者对粘性流体动力学的边界积分方程所作的分析。     

强流脉冲离子束与钛靶相互作用数值研究

简要讨论了强脉冲离子束与钛靶相互作用的理论模型,选取特定参数,应用数值计算的方法模拟计算离子能量为100 keV、300 keV和450 keV的H 、C 离子束与钛靶相互作用,给出了钛靶在辐照后离子浓度-深度分布、能量梯度分布等模拟计算结果.H 与钛靶相互作用过程中的能量损失在钛靶内部出现峰值,然后迅速减少为零,而C 在钛靶表面沉积较多的能量.     

结冰风洞变截面拐角数值计算与实验研究

为了降低变截面拐角流动损失,提高拐角出口速度均匀性,采用数值计算与实验相结合的方式研究了某型结冰风洞变截面拐角流动情况。研究结果表明:在未安装导流片的情况下变截面拐角流动会出现旋涡,造成能量损失,并会导致拐角下游速度均匀性较差;圆弧直线型导流片能够改善变截面拐角流动,降低整个流道压力损失;预偏角的选取对拐角流动具有较大影响,当预偏角为0°和2.5°时拐角段损失系数较小,随着预偏角增大为5°、7.5°、10°拐角段损失不断增加。     

非平衡等离子体运输系数的数值计算

利用Ｃｈａｐｍａｎ－Ｅｎｓｋｏｇ方法计算了非平衡氩等离子体的运输系数及压力、温度和电子－重离子温差系数θ的影响规律．电子和重粒子被视为两种不同气体，并利用广义Ｓａｈａ公式计算等离子体成分．结果表明：非平衡态运输系数与平衡态相比有较大差别．     

DARPA2潜艇模型定常绕流水动力数值计算

自主开发了数值求解RANS方程的CFD计算软件.采用多块结构化网格的有限体积法,各块间网格线在交界面处正接,并有一层网格的重叠,便于块间的信息交换;采用SIMPLE方法和动量插值法处理速度-压力耦合;对流项的离散有多种差分格式选项,如一阶迎风(FOU)、二阶迎风(SOU)、中心差分(CD)、QUICK和NND等格式,扩散项采用中心差分格式离散;可选择的湍流模式有高雷诺数k-ε模型加壁函数,SA和SST三种湍流模式;给出了DARPA2潜艇模型大攻角定常流场和水动力的数值计算结果,并与国外文献的实验结果进行了比较,两者符合很好.     

脉冲电子束照射下材料表面熔化深度的数值解析

根据温度场热传导基本方程,建立用于脉冲电子束加工的有限元模型,提出一种脉冲电子束对材料表面熔化深度进行数值解析的方法.采用均匀体热源的热加载方式,对电子束熔化材料表面后的温度场进行数值解析,分析不同加速电压、电子束能量密度以及能量均匀性对材料熔化深度的影响,归纳了能量均匀度0.9～1.0、能量密度2～17 J/ cm2、加速电压25～50 kV情况下材料表面熔化深度曲线,得到了表面熔化层深的变化规律,为电子束对模具表面精密光整加工提供了理论依据.     

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。     

FLUENT的浆液远距离输送数值模拟研究

矿井灌浆管路系统是一个相对封闭的空间,浆液在流动过程中对管道的压力分布情况却难以掌握。因此,首先建立了一种浆液管道流动的数值计算模型,对其进行网格划分、边界条件设定和数值模拟计算流程,并对所建立的模型进行数值计算,得到浆液在管道中的变化特性;其次,针对静压灌浆和动压灌浆2种不同的方式对管道造成的影响程度,利用ANSYS FLUENT12.1分别对这2种不同方式时的压力场进行模拟,对比静压与动压灌浆时的管道压力分布特点和分析浆液在管道中流动过程的压力损失等情况,该模型可以较好的预测静压灌浆和动压灌浆时的管路中的压力分布状态,有助于分析管路输送过程中不同管路位置的压力变化及分布规律,模拟结果显示利用动压进行灌浆作业,可以起到显著的增压效果;最后,通过对比数值模拟计算和工业现场试验监测得到的数据,分析得出两者数据基本吻合。对比结果分析表明:该数值模型建立合理,对矿井远距离灌浆工作具有一定的指导价值。     

基于FLUELT的滑行艇直航运动数值模拟计算

针对滑行艇运动的水动力性能预报问题,在FLUENT软件平台上,使用VOF方法,结合RNGk-ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,对水面滑行艇的直航运动进行数值模拟计算,获得滑行艇航行阻力随航速变化规律.该规律直观反映了滑行艇周围流场变化情况和滑行艇艇底的压力变化情况.FLUENT计算结果与船模试验值及理论估计值的比较结果证明了在FLUENT平台上模拟水面滑行艇直航运动和研究水动力性能的可行性,该方法具有较高的准确性.