同轴射流中颗粒流振荡弥散的LES-DPM模拟

采用大涡模拟(LES)和离散颗粒法(DPM)耦合对颗粒流在同轴射流中的振荡弥散模式进行了模拟.在考虑孔隙率和颗粒间碰撞作用的情况下,在Fluent中通过自定义函数对该模型进行了模拟.数值计算结果表明,LES-DPM能较好地再现颗粒流在同轴射流中振荡弥散的模式,且模拟结果与实验结果吻合较好,获得了振荡弥散时的流场结构,加深了对振荡弥散的了解.     

基于Fluent超高压微流道撞击流反应器速度场的研究

采用ANSYS软件建立了超高压微型反应器的三维模型,并对整个计算区域采用结构和非结构网格进行离散处理.运用Fluent软件分别对同向撞击流反应器和同轴相向撞击流反应器的速度场进行了模拟,研究了在相同高压下两种不同结构的撞击流反应器内部的速度场.结果表明,在相同的高压下,同轴相向撞击流反应器内的速度明显大于同向撞击流反应器内的速度,同轴相向撞击流反应器能产生更高的动能,这会增强反应器内部流场的湍动混合和撞击效果,为进一步优化超高压微型撞击流反应器的结构提供参考.     

螺旋列板立管受迫振动时的水动力学研究

为了减小立管受到的振动损伤,本文对无列板立管以及三螺旋对称分布列板立管的水动力参数进行了实验评估.自然环境中的波浪与来流被抽象为振荡流与均匀流叠加,实验工况分为静止流场和相对运动流场.同时,立管受迫振动方向分别为流场纵向、横向以及纵向45°夹角.结合Morison公式,由实验数据计算得到立管的附加质量系数C_m和托曳力系数C_d.实验结果表明,带螺旋列板立管的C_m与Keulegan-Carpenter(KC)数无关,C_m与受迫振动方向无关;C_d与流场速度和振动最大速度间的比率以及KC数的1/3次幂成反比关系.该发现与经典理论振荡流中平板结构Morison参数的形式相吻合,使经典理论在立管设计中获得新的验证与应用.在相同条件下,带螺旋列板立管的C_d值平均高出光滑立管273%.该发现表明在复杂工况下,螺旋列板能有效降低振动造成的影响.该结果可为海洋结构物的消振设计提供新的思路,在海洋工程领域具有较高的应用价值.     

深水造流系统的垂向剖面流预报与流场特性分析

采用CFD方法通过求解N-S方程和k-ω湍流模型对深水造流系统进行了时域数值模拟.为了研究深水试验池内垂向剖面流的分布,揭示海洋深水造流系统的流场特性,建立了造流系统的三维数值模型.采用多块结构化网格对计算区域进行离散.廊道与深水池之间生成非匹配的网格,并通过交界面的方式连接.同时对深水试验区域进行实测试验.对比分析表明,计算值与实测值吻合较好,利用CFD方法模拟造流系统是可行的;试验区域水流均匀,基本不存在横向速度,垂向剖面流满足试验要求,该造流系统性能良好.对整流器、进出水廊道、导流隔墙等周围的流场分布进行了数值预报,为今后进一步研究深水造流系统的流场特性、有效控制水池内的流速、提高造流系统的效率和有流工况下模型试验的精确度提供了参考.     

轴流式叶轮机S_2流面半反命题不可压流动的局部线性化有限元法

为探索局部线性化的有限元法在轴流式叶轮机S2流面半反命题不可压气动流场中的应用,使用八节点曲四边形等参元,通过通常的变分有限元法,计算了轴流式叶轮机S2流面半反命题的气动流场,同样,使用局部线性化有限元法也计算了该流场.两种计算结果一致,并且和实验结果符合较好,但后者的计算时间明显减少,储存量有所增加,计算过程的收敛性是好的.     

纤维悬浮槽流场稳定性研究

在纤维取向张量基础上,建立了纤维悬浮流本构方程,并推导了纤维悬浮流的修正Orr-Sommerfeld稳定性方程.采用谱方法和有限差分法对方程进行了数值求解.对无纤维存在的流场进行计算后,所得结果与实验结果符合较好,且比以往的计算结果有更高的精度.对纤维悬浮流场计算结果表明,纤维的存在减弱了流场的不稳定性,使流场临界Re数提高,扰动增长率降低,不稳定扰动波的存在区域缩小.减弱的程度与纤维的体积分数和长径比成正比.     

大涡模拟二维平面尾迹湍流拟序结构

首先采用大涡模拟方法对二维平面尾迹流进行了数值模拟,分别分析了整个流场的流动特点和近壁处展向大涡结构的形成、发展、脱落和破碎过程.然后定量计算了流场下游不同断面上流向时均速度分布、流向时均湍流强度分布以及流向相均速度的分布情况,并与Yang等最近所做的实验进行了对比分析.数值结果表明大涡模拟方法可以较好地模拟二维平面尾迹流.     

圆柱绕流水动力学特性的数值模拟

应用计算流体动力学软件FLUENT对低雷诺数(Re)(Re≤300)下圆柱绕流问题进行数值模拟。采用分区结构化网格及层流模型求解不可压缩Navier-Stokes方程,在未施加任何扰动的条件下获得了圆柱绕流2种特殊的绕流场,系统分析了壁面压力系数、平均阻力系数、脉动阻力、升力系数及旋涡脱落频率等水动力学特性参数随Re数变化的规律,结果与实验研究吻合较好。     

管式反应器中交混流场的数值模拟

对管式反应器中的交叉混合流场进行了三维数值模拟,采用分块结构化网格技术以及网络拼接技术实现了适用于复杂形体的分块结构化网格的计算程序,采用修正的ｋ－ε双方程湍流模型描述反应器的湍流流动,用类似ＳＩＭＰＬＥ法对控制方程进行求解,经冷态模拟试验检验,结果令人满意     

浸没循环撞击流反应器的流场数值模拟

利用通用有限元分析软件ANSYS中的计算流体动力学模块(FLOTRANCFD),对浸没循环撞击流反应器(简称SCISR)的流场进行了模拟和分析·计算结果表明,SCISR流场中各参数关于撞击面完全对称;导流筒上下两侧及撞击区内仍然有死区存在,可以通过增加雷诺数来减小·在撞击区内速度等值线比较密集,即这个区速度梯度比较大,这对于促进湍动混合非常有利·最后,应用计算机压力采集装置对流场进行了压力测试,并与模拟结果进行了比较·     

微细管内流动特性的数值分析

通过结合实验数据的数值计算方法研究了微细管道内可压流动的流动特性,提出了改进的表面粗糙度粘性系数模型,将表面粗糙度的影响引入计算模型中,计算结果与实验数据符合较好,说明表面粗糙度是影响微细管道内气体流动特性的重要因素。扩张管的计算结果表明在Re>450时,流动开始由层流向湍流转捩。因此微细管内流动的数值模拟需综合考虑粗糙度的影响以及流动的提前转捩,才能得到与实验比较吻合的计算值。     

多孔介质中单相对流换热分析的流体渗流模式

自然界和工程上常遇到多孔介质的渗流流动和传热传质,具体的研究分析总要涉及渗流的模式问题．本文对经典达西流和Ｆｏｒｃｈｈｅｉｍｅｒ扩展达西流、Ｂｒｉｎｋｍａｎ扩展达西流以及Ｆｏｒｃｈ－ｈｅｉｍｅｒ－Ｂｒｉｎｋｍａｎ－Ｄａｒｃｙ流模式作了简明、系统的整理和综述,分析其适用的场合,供理解和研究多孔介质中的流体流动与传热传质作参考     

节点环流网络中的最大流算法

为了求出节点有容量并有存储功能的网络中的最大流,提出使用改进的带有节点环流的网络模型。在改进的网络模型中,网络节点改由新的结构代替,即节点分为入点和出点,增加中转弧和节点环。提出了进出节点的配平算法,使用了改进的流量守恒约束,通过虚拟源、虚拟汇进行配平,使用最大流算法求出由节点环流调节过的最大流。在配平算法中,遇到入流容量小于出流容量,要判断节点环流量的大小;遇到入流容量大于出流容量,要判断节点环流的残容量大小。算法应用于流的分配或流的汇聚。     

单向和双向行人流经过通道瓶颈的实验

通过实验研究了人群经过通道瓶颈时的自组织现象. 采用不同的瓶颈宽度和初始分布,分别进行了单向和双向行人流通过瓶颈的实验, 发现了瓶颈前人群呈类扇形的聚集形态、行人侧身通过狭窄瓶颈和振荡流等现象. 产生该现象的原因是由于行人具有同向跟随、异向避让的行为特征. 另外, 探讨了单向和双向实验在协同性、流量、单位宽度流量等方面的异同. 研究发现: 随着瓶颈宽度的增加, 流量随之增加; 单向实验的单位宽度流量先下降后增大, 而双向实验的单位宽度流量持续下降; 当瓶颈宽度小于肩宽时, 单向流的效率最高, 而当瓶颈宽度略大于肩宽时, 双向流的效率高于单向流.     

木材采运系统物质流与能量流模式的分析

在木材采运系统中,物质流可分为木质流、生物质流、养分流、土壤流和水分流,能量流推动物质流的流动和转换。用输入、排放、输出3股物质流组成的木质流图,反映出木材采运系统各工序内部和工序之间的物质流动,可分析系统的立木资源效率和环境负荷。采用输入、输出、加入、损失、回收他用5股能量流组成的能量流图,反映出系统各工序内部和工序之间的能量流动,可用于分析单位能耗和能量效率。对原木采集生产过程进行分析,得出采集系统中各物质流之间的相互关系以及物质流与能量流的耦合关系。     

水平管内气液两相环状流形成机理实验研究

采用观察法和光纤探针信号识别流型,对水平管内气液两相环状流形成机理进行了实验研究,提出用表示气液两相惯性力之比无量纲准则数K和液相韦伯数来关联实验数据,得到了分层流和间歇流向环状流转变的准则关系式．结果表明。环状流可分别由分层流和间歇流转化而成,但其转化机理各不相同．分层流转化为环状流是帆船机理与二次流机理共同作用的结果,而间歇流转化为环状流则是气相对液相的冲穿机理作用的结果．计算结果和实验结果符合良好．     

等离子体流动分离控制的数值模拟

采用Shyy等提出的等离子体激励器对流动施加体积力的简化模型,测试了激励器对圆柱绕流分离的控制效果。研究了激励器对于大迎角下NACA 0015翼型流动分离的控制情况。数值结果表明:前缘是施加激励作用的最佳位置;当激励器处于最佳激励位置时,对NACA 0015翼型施加等离子体激励能有效的抑制流动的分离。在所研究的范围内,施加的激励强度越大,控制效果越好。结果表明:该方法对于流动分离的控制效果显著,达到了增升减阻的目的。     

动脉血管中的血液流动问题

论述了存在于动脉血管中血液流动的3个重要问题入口效应问题、锥度角效应问题和流固耦合效应问题.分别讨论了表征这3个问题的数学模型.还论述了这3个问题之间的关系和求解方法.     

突发事件条件下旅客列车流网络脆弱性分析

为了对全路旅客列车开行方案的高效性及可靠性进行研究,基于全国铁路旅客列车开行方案构建旅客列车流网络,建立了列车流复杂网络节点与边的容量-负荷混合动态模型以分析其脆弱性. 运用计算机仿真的方法,分别模拟蓄意攻击与随机故障条件下旅客列车流网网络效率,结果表明我国铁路旅客列车流网络在蓄意攻击条件下脆弱性明显,而对于随机故障具有较强的抵抗性.     

涡街流量传感器在二维和三维流场中特性之比较

涡街流量传感器中的涡街现象存在于三维管道中,其信号特性表现出与二维情况较大的差异．研究这种差异对于涡街流量传感器的设计以及三维建模具有十分重要的意义．通过在近似二维流场（水槽中）以及三维流场（管道中）的实验,发现管道中的涡街频率比水槽中高出至少1倍,且最强信号出现的位置比水槽中更靠近旋涡发生体,由此引发了对二维、三维涡街流场特征的研究．通过数值仿真,揭示了造成差异的原因是管壁的约束作用以及涡管的扭曲,同时对涡街流场的速度分布等特征进行了分析．