湿蒸汽两相流动的数值方法及其在喷管中的应用

针对在高维情况下存在自发凝结的湿蒸汽两相流动数值模拟,回顾了当前湿蒸汽两相流计算的概况,在此基础上给出了守恒型的两相流流动控制方程组及数值求解方法,对二维喷管中存在自发凝结的跨音速两相流动进行了数值分析,结果表明,计算可准确地预测喷管中自发凝结发生的位置,反映边界层影响膨胀率,从而引起喷管中冷度及相应水滴状态分布的不均匀,计算也显示了凝结流动与单相流动马赫数分布的显著差异,为研究透平叶栅中的湿蒸汽两相凝结流动奠定了基础。     

数值流形法局部网格加密算法

数值流形方法中网格加密是提高精度的方法之一,全局加密会严重导致计算效率低下,因此需要研究在数值流形法中覆盖系统网格局部加密.提出了数值流形法一到四级局部网格加密,可以根据实际情况需求自主选择网格加密等级进行计算分析.在数值流形法覆盖系统生成的算法基础上,采用C++面向对象编程技术开发程序.最后绘制裂纹分析数值算例计算后的位移图.结果表明:按照一到四级加密顺序对需加密区进行网格加密后,应力强度因子(stress intensity factor,SIF)与解析解误差均在5％以内,且符合加密越精细、计算结果精度越高的规律.可见此局部加密算法有效.     

MRT-LBM三重网格局部加密算法研究

应用MRT-LBM计算流场中运动粒子上的力和力矩时,可使用三重网格局部加密方法来提高计算结果的精度.将流场计算区域划分为互不重合的粗糙区、过渡区和加密区,相邻区域界面重合节点上的物理参数如密度、速度和应力等保持连续,不同区域的分布函数通过过渡区边界点进行传递,运算程序采用碰撞-迁移算法,给出了数据的初始化过程和加密的网格结构.通过对含非对称放置的粒子Couette流动,分别采用标准Boltzmann、全场加密、局部二重加密和三重加密的4种网格进行计算.数值计算结果表明,三重网格加密算法减少了计算结果的波动.对方腔流顶盖下方左右奇异角落处应用三重局部网格加密,结果显示,对雷诺数1 000的方腔流动,沿腔中心线的速度分布与经典文献结果对比效果良好,压力轮廓图的噪声明显降低,应力振荡明显减少.模拟结果证实了所建立的局部加密方法的有效性.      

汽轮机中湿汽损失的定量计算

为了提高湿汽损失的计算精度,在湿蒸汽非平衡凝结流动计算结果的基础上,采用Fortran语言发展了湿汽损失的定量计算程序,即利用多级透平内湿蒸汽非平衡凝结流动的三维计算方法获得各透平级的气动参数和一次水滴的三维分布,再对三维计算结果进行周向平均,从而获得了圆柱坐标系下子午面内的流场参数,并以此为基础进行湿汽损失的定量计算。对某核电汽轮机低压缸中的湿汽损失进行了分析,结果表明:湿汽损失中热力学损失主要产生于发生非平衡凝结的中间级和末级;水滴阻力损失在末级中较大,其余各级中较小;制动损失沿着流动方向逐级增加,是湿汽损失最主要的组成部分;疏水损失及离心损失在湿汽损失中所占比例较小;总的湿汽损失占该核电汽轮机低压缸总功率的3.1%。与Baumann公式3.9%的计算结果相比,该定量计算得到的湿汽损失更小,定量计算方法可为核电汽轮机的设计和优化提供参考。     

澳门周围水域潮汐流动的数值模拟

采用有限体积法求解二维浅水流动方程,建立了一种在非规则结构化网格上数值求解平面二维浅水流动的数值方法,其中应用Roe格式计算数值对流通量,并通过MUSCL途径插值界面状态,以对水位插值代替水深插值来消除地形变化对格式的影响;对源项采用分步法及半隐式求解,防止了源项引起的计算不稳定;处理动边界采用人工小水深的方法．应用于澳门水域潮流的模拟,计算结果与实测吻合较好．     

澳门周围水域潮汐流动的数值模拟

采用有限体积法求解二维浅水流动方程,建立了一种在非规则结构化网格上数值求解平面二维浅水流动的数值方法,其中应用Roe格式计算数值对流通量,并通过MUSCL途径插值界面状态,以对水位插值代替水深插值来消除地形变化对格式的影响;对源项采用分步法及半隐式求解,防止了源项引起的计算不稳定;处理动边界采用人工小水深的方法.应用于澳门水域潮流的模拟,计算结果与实测吻合较好.     

SST k-ω-kp两相湍流模型及其在湿蒸汽凝结流动数值模拟中的应用

首先，建立了湿蒸汽凝结流动的双流体模型，考虑了湿蒸汽两相流动中相间的速度滑移、耦合以及湍流扩散作用的影响．然后，针对蒸汽透平叶栅中流动的湍流特性，在单相湍流计算中数值模拟精度相对良好的两方程SST k-ω湍流模型基础上，参照颗粒湍能输运方程理论，推导建立了SST k-ω-kp湿蒸汽两相流动湍流模型，模型中引入了液相黏性、导热及扩散系数等拟流体概念．对二维叶栅中存在自发凝结的湿蒸汽流动进行的数值模拟表明：建立的数值模型表现良好，明显优于单流体模型，特别是吸力面的压力分布模拟精度有很大提高，具有较高的精确性和可靠性．由于实验数据的匮乏，数值模拟中发现的汽液两相的动力特性以及液相的参数分布有待于进一步的实验来验证．     

注蒸汽水平井井筒内参数计算新模型

注入蒸汽在水平井筒内流动时,蒸汽沿着水平段的质量流量越来越小,且加速度压降不等于零,导致蒸汽的物性参数发生变化,而蒸汽物性对井筒内蒸汽的沿程参数分布有较大影响。依据质量守恒和能量守恒,建立了注入蒸汽干度沿水平段的变化方程,利用动量守恒原理,推导了沿水平井筒的蒸汽干度分布和压力分布计算公式,构建了摩擦力做功、湿蒸汽混合物密度、水平段吸汽量和井筒与油层之间的热传递计算模型,模型同时考虑了变质量流与蒸汽PVT参数的变化对计算结果的影响,采用按压力增量迭代的计算方法对模型进行求解。实例的模型计算结果与油藏数值模拟结果对比表明,新模型具有较高的计算精度。     

汽轮机初始湿蒸汽级的不平衡两相流

本文提出一种采用自发凝结成核理论进行汽轮机初始湿蒸汽级圆柱面轴对称不平衡湿蒸汽流动数值计算方法。以一台国产汽轮机的初始湿蒸汽级为例,得到不同半径上不平衡流气动热力参数的变化规律;分析了该级中不平衡两相流动的特点及其对级特性的影响:指出了改进湿蒸汽透平级工程热力计算方法的途径。     

面向高速列车过隧道气动效应的自调节数值模拟方法

为研究高速列车过隧道时的气动效应问题，本文建立了基于结构网格和Cartesian网格的融合网格生成策略，提出了基于全叉树数据结构的融合网格生成方法，开发了一种具有移动边界条件的自调节Euler方程数值求解器.采用流动方向上单位压力变化的反馈绝对值作为网格自调节的控制参数，实现了动边界条件下流场网格的自动加密与稀疏.基于上述求解器对高速列车通过隧道场景进行了数值分析，获得了隧道壁面关键部位测点的压力变化数据，还进行了相同条件下的高速列车动模型试验.试验对比结果表明，求解器计算与模拟试验结果基本吻合.本文发展的网格生成策略以及动边界条件下的Euler求解器具有较高的数值精度，是面向高速列车动边界问题数值求解的一个较好选择.     

Numerical Simulation of the Mechanical Properties and Failure of Heterogeneous Elasto-Plastic Materials

A general numerical approach was developed to simulate the mechanical properties and the failure of heterogeneous elasto-plastic materials using statistical distributions of the material properties. An appropriate elastic-plastic constitutive relation is used to describe the material behavior and failure in each element, with a two-parameter Weibull distribution used to produce the initial heterogeneous material property variations. An adaptive incremental load-step is applied so that only one or a few elements (or integra- tion points) change their status (i.e., from elastic to plastic, or from plastic to strain failure) within one load step. A failed element is then assigned a very small modulus to simulate the failure rather than removing it from the model, which keeps the continuity of the geometric mesh. The numerical results show that the model is suitable for simulating the effective mechanical properties and failure of heterogeneous materials with local elasto-plastic constitutive relations.     

非均匀裂缝性油藏蒸汽驱的自适应网格计算

为提高非均匀裂缝性油藏流动数值计算的效率,自适应网格算法对裂缝和基质采用了不同网格结构,避免了基质渗透率非均匀情况下基质饱和度空间不连续给网格的粗化、细化带来的严重数学问题,并采用重正化方法计算裂缝粗网格等效渗透率。二维蒸汽驱算例的计算结果表明,相比于全精细网格计算,自适应网格算法不仅能够很好地提高计算效率,其计算精度也得到了较好的保证。     

泡沫辅助SAGD开发特征

应用数值模拟及Surfer制图软件绘制蒸汽辅助重力泄油(SAGD)和泡沫辅助SAGD(FA-SAGD)在均质和非均质油藏中温度场分布图,对不同开发方式下蒸汽腔扩展过程进行直观、形象地描述,并对比两种开发方式的开发效果。结果表明:FA-SAGD蒸汽腔横向扩展速度大于SAGD,垂向扩展速度小于SAGD,FA-SAGD蒸汽腔主要作用于油层中部,蒸汽腔与盖层接触面积较小,盖层热损失较小;非均质储层SAGD开发过程中,蒸汽易沿高渗透层窜流,蒸汽腔在水平井筒方向不均匀扩展,FA-SAGD开发过程中,由于泡沫对蒸汽沿高渗层窜流的调控作用,蒸汽腔在地层内的扩展更为均匀,可以减小产出能量和盖层热损失,提高生产油汽比和采收率。     

饱和蒸汽在高速过冷水射流外凝结换热的数值模拟

采用数值计算的方法,研究了高速过冷水射流外饱和蒸汽的凝结换热过程,在研究中,采用标准的k-ε紊流计算模型,两相界面上采用了凝结换热边界条件,并考虑了蒸汽凝结造成的相界面处的法向速度,计算表明,凝结换热强度完全由高速过冷水充中的紊流运动决定,其平均对流换热系数可以达到1．0MW／（m2,℃）,与实验结果相符合。     

钛酸钡粉体的表面包覆与电子陶瓷改性

为实现改性杂质与钛酸钡粉体的均匀混合，达到对材料微结构、相结构和电学特性的准确控制，对水热纳米晶钛酸钡粉体进行了改性杂质的非均匀形核表面淀积包覆．文中利用包覆Y（OH），后的钛酸钡粉体在水中的毛细管浸润性得到改善、以及两种工艺方法制备的粉体在液一固分离离心过程中离心转速对液一固分离率的影响，判断Y（OH），对钛酸钡粉体的包覆效果；探讨了掺杂工艺对Y掺杂钛酸钡陶瓷半导化和室温电阻率的影响，以及用非均匀形核表面淀积包覆工艺制备的陶瓷PTCR和细晶介质陶瓷的性质．润湿性实验显示，利用表面淀积包覆工艺确实能获得良好的包覆效果．     

一种识别储层非均质性的双示踪剂方法

根据非均质多孔介质渗流与示踪剂迁移理论,提出一种识别储层非均质性的双示踪剂方法,通过构建考虑层间绕流的非均质单管模型,对双示踪剂方法进行试验验证。该方法利用两种扩散系数存在明显差别的示踪剂(离子型化学示踪剂溴化钾KBr和颗粒型荧光标记示踪剂荧光碳纳米颗粒Cdot)分别反映非均质多孔介质的总孔隙体积和非均质多孔介质内流动区的孔隙体积,识别储层非均质性和评价注入水的波及状况。结果表明:均质条件下KBr和Cdot的穿透曲线基本重合,而非均质条件下KBr和Cdot的穿透曲线产生分离,且KBr和Cdot在多孔介质中的流体置换率或改变率fv值相差较大;在一定的注入速率条件下,通过分析KBr和Cdot的产出规律及其fv值的变化规律,可识别储层非均质性和评价注入水的波及状况,验证了双示踪剂方法的可行性和有效性。     

载流体导热性能对相变微胶囊悬浮液层流传热特性的影响

以低熔点液态金属为载流体的相变微胶囊悬浮液（MEPCM-LM）作为散热工质,是解决高热流密度芯片散热的一种新的技术手段。针对以低熔点液态镓作为载流体的相变微胶囊悬浮液,考虑轴向导热的影响,采用等效比热法对相变微胶囊悬浮液在等热流密度圆管内的层流传热特性进行数值模拟,并与以水为载流体的相变微胶囊悬浮液（MEPCM-W）的传热能力进行比较。结果表明：对于MEPCM-LM悬浮液,轴向导热主要在热入口段产生较大影响,且随x/r0减小而增大;Peb0数越小,轴向导热的影响越大;轴向导热促进了悬浮液中相变颗粒的相变吸热,对换热的强化效果更显著。相较于MEPCM-W悬浮液,MEPCM-LM悬浮液相变更快,对流换热系数更高,可采用更短的流道而获得较大的传热能力。     

三维蒸汽辅助重力驱油过程的自适应网格法

针对蒸汽辅助重力热采稠油过程中,蒸汽腔周围存在的物理量变化十分剧烈的锋面及计算计算网格必须足够的小的问题,为了有效提高对蒸汽辅助重力驱油问题的数值计算效率,研究了考虑井筒与油藏间相互耦合的三维均匀油藏的蒸汽辅助重力驱油问题的自适应网格方法,自适应网格法和均匀精细网格法之间的计算结果对比表明自适应网格法可以大幅度地提高对于蒸汽辅助重力驱油这一复杂流场的计算速度并具有很好的精度。     

水平光滑管外油自然对流换热的电场强化效应

对水平光滑管外油的自然对流高压直流电场强化换热效果进行了实验研究,实验确认了对自然对流换热性能很差的油类工质施加高压电场能够有效地促进换热强化,同时比较系统调查了换热系数强化率与电场强度、油温、热负荷之间的相互耦合关系,发现换热系数强化率基本不受热通量的影响,而与电场强度存在强函数关系,实验中,当外加电压为４ＫＶ时的对流换热系数比大空间内自然对流换热系数约提高１倍。     

用多视技术抑制SAR图像斑点的新方法

为抑制合成孔径雷达图像中的相干斑,提出了一种新的滤波方法。利用多视技术,定义一个参数向量来描述场景中每一点,并估计其协方差矩阵。对该矩阵进行主成分分析,分解为代表信号子空间和噪声子空间的两个子阵。根据矩阵特征值能量集中程度,判定当前点处于何种区域,并采取不同的滤波策略。信号子空间中包含目标边界特征,将参数向量中非直流部分投影到信号子空间,得到场景内目标细节信息,然后据此估计场景各点的雷达反射截面(RCS)。对比已有的几种斑点滤波方法,该方法更有效地保持了目标细节,并且斑点抑制不逊色。由于无需假定统计分布模型,也不依赖对ENL的估计,新方法有很好的普适性。