基于模型耦合的北部湾风暴潮增水与风浪模拟研究

台风风暴潮引发的增水和风浪效应是造成沿海低地灾害和损失的重要因素。本文设计了区域嵌套、波-流耦合的有限元数值模拟系统,对北部湾及附近海域风浪和增水过程进行有效模拟,精度达到应用要求。结果表明北部湾在台风影响下引起明显风浪和增水效应。台风中心风浪较小,仅1 m以内;而台风臂扫过海域风浪较大,可达9 m以上。最大增水海域出现在北部湾东侧靠近琼州海峡附近,可达2.5 m。风浪与增水叠加具有非线性效应,最大增水与最大风浪出现时间如与大潮高潮位相遇易形成超高水位,将对北部湾沿岸低地造成巨大淹没风险。本研究意在突破北部湾现有模型局限性,为进一步深化科学研究和工程应用提供基础数据。     

填埋气体迁移的滑逸耦合模型及数值模拟

考虑气体滑脱效应条件下,提出了填埋气体迁移过程中滑逸理论模型,并给出了模型的有限差分格式.采用所建立的数值模型对单井抽气状态下填埋气体逸出的动力学行为进行了数值分析.数值模拟结果表明滑脱效应对填埋气体的逸出过程有较大影响,并且随着抽气量和时间的增加,其差别愈加明显.因此,研究填埋气体逸出及开发决策时不能忽略滑脱效应,这对于气体资源化利用及环境预测评价具有重要的参考价值.     

水-热-力耦合的单管冻结理论及其数值模拟

为研究考虑水-热-力耦合的人工冻结的环境效应,保证冻结施工安全,推导了水-热-力耦合的单管冻结理论公式,并将推导公式基于ANASYS软件进行了数值实现,对数值模拟成果进行了对比分析.结果表明:数值模拟冻结壁厚度达1.5 m,径向最大拉应力为0.39 MPa,最大压应力为0.2 MPa,与同条件下实际工程监测结果较为一致;冻结壁最大剪应力为0.36 MPa,最小剪应力为-0.27 MPa;冻胀最大位移达4.15 cm,比同条件下实际工程的监测结果大.数值模型验证了理论公式的有效性,相关结果可为类似工程参考.     

液-固两相流的运动描述与数值模拟

提出一种数值方案,模拟颗粒状固体在液体中沿一条水平管道的流动.粒子的运动和液体的速度场,是通过一个应用程序交替计算而确定的,即对所有单个粒子的运动应用牛顿定律得到盘状颗粒物的轨迹,求解Navier-Stokes方程得到液速场.利用本文模型及数值模拟方案,可以在计算机屏幕上直观地显示出每一个粒子的流动.     

预应力硬态切削的热力耦合模型及数值模拟

基于预应力切削原理,分析了工件材料的本构关系、刀屑接触面的摩擦模型以及热控制方程等切削模拟中的关键技术.采用任意拉格朗日-欧拉方法(ALE)和网格自适应技术实现了切屑的分离,建立了预应力切削的三维热力耦合有限元模型.对轴承套圈的预应力硬态切削过程进行了模拟,获得了不同预应力条件下的切削力、切削温度和已加工表面残余应力的分布规律,并与实验数据进行了比较和分析.结果表明,两者具有较好的一致性.     

堆浸工艺中流动-反应-传热耦合过程数值模拟

通过建立一组瞬态的流、固、热全耦合方程组,对浸出过程中浸堆内的温度、氧相对浓度、目的金属离子浓度等分布进行数值模拟.分析结果表明:沿堆体斜坡边界处氧的浓度较大,而在堆的中央部分,氧气的浓度非常小,导致这部分区域浸出反应缓慢;沿浸堆边坡处的温度偏低.温度最高的部分在底部区域附近靠近边坡位置处,且温度升高值超过6℃;矿堆底部靠近边坡区域目的金属离子浓度最高.本文的数学建模与数值模拟方法对研究城市风暴潮洪水演进过程具有指导意义.图4,表1,参9.     

运动罐体内液体晃动的双向流固耦合数值分析

针对部分充液运动罐体内液体晃动对罐车运输安全的问题,以带有单个防波板的运动罐体模型为基础,采用双向流固耦合方法,对运动罐车在刹车过程中罐体内液体的晃动现象进行了数值分析,研究了不同材料防波板在载液罐体内的受力情况,以及在刹车制动过程中罐体内气液两相分布状态,从而获得了采用单向耦合方法不能获得的罐体结构应力随时间的变化历程.研究结果表明:罐体端面受力随着充液比的增加而增大,当充液比为0.8时,罐体的总体受力最大;对于不同材料的防波板,当防波板变形较小时,其对罐体端面和罐体整体受力的影响相对较小,防波板的最大剪切应力随着材料剪切模量的增大而非线性减小.     

圆盘水漂运动特性数值模拟研究

为研究近水面的起飞再入式运动对飞行器近海面的高机动突防能力的影响,文中基于CFD数值模拟方法,湍流模型选取SST k-ω模型,利用重叠网格技术,将N~S方程与六自由度弹道方程耦合对三维空间内薄圆盘的水漂运动进行了数值模拟,研究了不同工况下水漂的入水特性和运动规律.结果表明:数值模拟计算得到的圆盘从接触水面到离开水面的时间与实验值吻合较好,圆盘的运动轨迹与实验结果相吻合;圆盘在打水漂向前运动的同时由于自身的旋转产生了马格努斯效应,从而使圆盘的运动轨迹产生了一定的侧向偏移以及圆盘自身的姿态发生了侧向偏转.      

螺旋桨流固耦合特性的数值模拟

基于ANSYS Workbench平台,利用其多场分析功能,采用求解RANS方程的方法,利用CFX求解器对螺旋桨3维流场进行数值模拟,利用有限元求解器计算螺旋桨结构响应,并将有限元求解器的设置输出为结构求解子程序,供CFX计算时调用以实现数据的实时双向传递,从而将流体计算与结构变形计算耦合起来,给出一种求解螺旋桨流固耦合问题的3维数值模拟方法,并通过与试验数据的比较验证了方法的可靠性.设定2种材料特性,对螺旋桨的水动力性能、桨叶变形及应力应变特性等进行了数值模拟.结果表明:材料特性对变形及应变较为显著,弹性桨的变形与应变较刚性桨约高1个量级;变形后的螺旋桨又对水动力性能及周围流场产生影响,弹性桨的推力和转矩均比刚性桨小.     

煤炭地下气化干馏气渗流运动多场耦合数值模拟

基于传热，渗流力学及弹塑性力学理论，建立了气化煤体温度场，干馏气渗流场和煤体变形场耦合数学模型，研究发现，在煤炭地下气化过程中，因高温条件，煤体的物理力学参数不再是一个常数，而变为温度的函数，为了提高数值模型的精度，对相关的物理力学参数进行了标准化热趋势研究，根据有限元法原理，介绍了其耦合求解方法，并结合计算实例，对计算结果进行了分析，根据计算结果，非等温度条件下干馏气压实测值和模拟值之间的拟合情况明显好于等温条件下的拟合情况，且实测值高于理论值，计算值和实测值的一致性表明，对气化盘区温度场，渗流场及应力场的数值模拟是正确的。     

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。     

燃气射流气固两相流场研究

以含颗粒的燃气射流为研究对象,分析燃气射流中颗粒在发动机喷管内外的物理特性、颗粒的形状与尺寸特性、燃气与颗粒的相互作用等性质,在此基础上建立气固两相流颗粒随机轨道模型,并进行数值模拟.结果表明:采用随机轨道模型可以有效地模拟气固两相燃气射流中的颗粒脉动现象,得到与实验性质一致的结果;由于颗粒与燃气的相间作用,颗粒在追随燃气运动的同时,对燃气运动发生阻滞和传热作用,影响两相燃气射流流场结构.     

两相流相浓度检测技术的研究

对各种两相流离散相浓度的检测方法、基本原理、应用范围及研究成果进行了论述.分析和总结了相浓度检测技术的发展现状和存在的问题,着重分析了电容法测量两相流相浓度技术在工业应用中存在的问题及研究现状.给出了电容式相浓度传感器的设计准则,阐明了该传感器用于相浓度测量的优越性及其广阔的工业应用前景,并指出了两相流相浓度检测技术的发展趋势.     

气流/纤维两相流动的数值计算和实验的研究

气流／纤维两相流动总是在纺织加工中十分普遍，研究气流／纤维两相流动规律为其在实际中的应用提供理论依据，通过对气流／纤维两相流动的数值计算和实验的发展过程的回顾以及对国内外研究现状的分析，指出目前关于气流／纤维两相流动的数值计算和实验的不足之处，为今后进一步研究奠定了基础。     

撞击流气固两相流动中曳力模型的分析

为研究水平对称撞击流中气固两相曳力模型对球形颗粒运动的影响,运用FLUENT软件对spherical、stokes-Cunningham模型以及一种新型曳力模型下的气固两相流进行了数值模拟。新型曳力模型利用FLUENT中用户自定义函数(UDF)程序实现。采用欧拉-拉格朗日方法计算流场速度分布、进出口压力差、颗粒在撞击流装置停留时间以及颗粒运动轨迹。结果表明,采用新型曳力模型模拟撞击流气固两相流动,其速度分布基本关于撞击面对称分布。对于不同曳力模型,气固两相撞击流装置进出口的压力差在24. 9～25. 0 Pa之间。采用新型曳力模型模拟颗粒在撞击流装置停留时间主要分布在0. 4～1. 0 s,其颗粒运动现象与实验结果在定性上是一致的。     

垂直下降管中高粘液体两相流的流型转变

对垂直下降中高粘液体两相流的流型转变进行了深入的理论研究。     

气力输送的数值模拟研究

对气相湍动能采用修正的κ-ε二方程模型,颗粒相湍动动能采用颗粒动力学方法,发展建立了气力输送的数学物理模型和计算方法,就垂直管中圆柱坐标系下二维悬浮稀相和密相动压气力输送过程进行了初步数值研究,所得结果(包括管压降、气固速度分布、一定输送量下最佳经济速度等)与文献实验结果吻合,为进一步用该法研究气力输送打下了基础.     

垂直管道中固液两相流动摩擦损失

本文运用两流体模型,提出计算垂直管道中固液两相流动摩擦损失的“双向”耦合数值方法。通过数值计算,研究固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度对摩擦损失的影响。计算结果表明,摩擦损失随固相颗粒直径、密度、浓度和液相速度的增大而增加。本文的计算结果与试验值基本吻合。     

叶片泵内气液两相流的三维流动数值模型

基于双流体模型建立针对叶片泵内气液两相三维湍流流动的数学模型和数值计算方法.相间作用力考虑了阻力和附加质量力,湍流模型考虑了因相含量脉动引起的附加源项,在SIMPLEC算法基础上提出了一种气液两相流的压力修正算法.运用所建模型计算了叶片式气液混输泵在进口含气率分别为5%,15%,25%的系列工况下叶轮的内部两相流场,并作了扬程特性预测.与实验结果的对比表明,所提出的流动模型是可靠的,并具有较宽的进口含气率适用范围.     

短管炮模块装药两相流内弹道模拟

大口径火炮模块发射装药通常由多个模块组成,流场结构复杂。该文对燃烧场进行分区模化,并在此基础上给出两相流内弹道理论模型和计算步骤,编制程序对短管试验炮膛内发射过程进行了数值模拟。结果表明,膛内的压力、压差及弹丸速度等参量的理论计算结果与实验吻合得较好,模拟结果有较高的置信度。该模型和计算程序可用于模块装药结构火炮内弹道模拟、装药设计和安全性能分析