水下爆炸气泡脉动的实验及数值模拟

用实验方法研究球形TNT炸药及柱形含铝炸药水下爆炸冲击波传播及气泡脉动规律.应用有限元程序MSC.DYTRAN,结合流固耦合技术模拟在重力影响下气泡脉动的全物理过程.计算结果与实验结果进行对比说明,二者具有较好的一致性,验证了有限元模型正确、有效,结果准确.以此为基础,分析和总结了状态方程对水下爆炸气泡运动相关参数的影响.有限元模型、方法及计算结果对相关的工程研究和计算具有一定参考价值.     

近水面水下双气泡耦合作用数值模拟

为研究近水面水下双气泡耦合作用过程,基于LS-DYNA软件开展了近水面水下单、双气泡数值模拟.通过利用高速摄影技术获得的试验结果与仿真结果进行对比验证,证明了本文数值模拟模型的有效性.通过对数值模拟结果进一步分析,得到了该过程的气泡最大半径、膨胀时间以及由气泡形态分析得到耦合作用过程.结果表明,近水面水下双气泡耦合作用过程并非两个单气泡的简单叠加,其横向收缩速度比单气泡慢,气泡到达最高点时间与单气泡相比有1 ms延迟,融合气泡膨胀过程融合,收缩过程中顶端两侧向斜下方凹陷.     

高能气体压裂径向多裂缝延伸数值模拟方法

数值模拟是高能气体压裂径向多裂缝延伸机理研究的重要内容.本文对数值模拟的方法作了探讨,内容包括火药燃烧,岩石变形及裂缝扩展和气体流动三部分.数值计算方法采用了边界元理论中的位移不连续法。初步试算表明,所探讨的数值模拟计算模式稳定可靠、可以较好地模拟径向多裂缝的延伸特征.     

不同边界附近气泡的三维数值模拟与实验值对比研究

基于势流理论,引入涡环模拟气泡的环状气泡阶段,运用边界元法求解流场中气泡的运动,且计及结构的弹塑性,将边界元法与有限元法耦合计算气泡与弹塑性结构之间的相互作用,并开发相应的三维计算程序．利用自主开发的程序分别模拟了自由场中、近自由面、近壁面以及近弹塑性结构附近气泡的三维动态特性,并与现有的实验数据进行对比分析,计算值与实验值之间误差在10％以内．通过研究不同边界附近气泡的动态特性,揭示不同边界条件对气泡复杂动态行为的影响,旨在为相关的气泡动力学研究提供参考．     

用Level Set方法对水下两个气泡运动的数值模拟

利用Level Set方法,三维数值模拟了两个气泡的上升运动.通过改变气泡尺寸及位置,研究气泡对在上升过程中的尾迹流及其相互作用规律.数值模拟准确再现了气泡对的变形、吸引或排斥行为,气泡上升速度计算结果与经验关联式结果吻合;气泡周围的速度场揭示了两个气泡尾迹流的流体动力学作用;对于水平或垂直放置的气泡对,当下方气泡有大于50%的投影面积进入到上方气泡的尾流区时,两个气泡将发生聚并现象.     

基于VOF法的近自由面水下爆炸气泡运动数值模拟

对于近水面水下爆炸气泡的运动特性,在结合SOLA算法差分格式,利用投影算法对气泡的控制方程进行数值求解的基础上,基于VOF法进行了数值模拟,并利用MSC.DYTRAN软件进行仿真分析,通过对两者的分析结果对比研究. 结果表明,基于结合SOLA算法差分格式的投影算法,利用VOF法可对水下爆炸气泡各时刻的运动界面进行较精确的捕捉和重构,从而实现精确追踪水下爆炸气泡脉动全物理过程的运动界面. 同时,也研究了距离参数对气泡坍塌、射流及环状气泡的影响,掌握了距离参数对近水面水下爆炸气泡运动特性的影响.      

变压力场中气泡非线性振荡的数值模拟

本文采用计及液体可压缩性的Ｇｉｌｍｏｒｅ方程作为气泡壁面运动的数学模型，并用吉尔方法建立求解非线性常微方程组初值问题的计算程序。通过实例计算，结果表明：气泡在较大幅度的变化压力场中，会发生十分显著的非线性振荡现象；泡壁振荡幅度与压力场变化幅度、颇率及指数脉冲宽度有关。     

锚杆支护的数值模拟方法

锚杆支护基岩土工程中常用的一种支护形式,对锚杆支护机理的研究,不同作者曾采用过多种方法。本文提出了以锚杆拉拔试验确定锚杆轴力及粘着力的理论方法,并结合边界元法对锚杆支护的的机理进行数值模拟。文中给出的算例表明,本文提出的方法计算机实施简单,结果与实际符合较好。     

单个三维气泡运动的直接数值模拟

采用VOF（Volume—of-Fluid）中的PLIC（Piecewise Linear Interface Calculation）界面重构方法模拟了三维气泡在另一种静止流体中的上升和变形运动;在数值模拟的例子中分别考察了不同黏度和表面张力对气泡在上升过程中的变形及上升速度等的影响．计算结果表明,PLIC界面重构方法可以正确地模拟气泡的变形、破裂等过程．黏性和表面张力在气泡运动过程中的作用可以用Eoetvoes数和Reynolds数来描述．在相同的密度和黏度比的情况下,表面张力越大,则气泡的形状变化越小,上升的速度越快,表面张力起着使气泡保持原状的作用;黏性越小,则气泡在上升过程中射流穿透上表面的时间越早,变形速度越快．     

基于新型轴对称无网格方法的水下爆炸冲击波和气泡运动数值模拟

采用无网格光滑粒子流体动力学（smooth particle hydrodynamics,SPH）方法,结合粒子体积自适应技术（volume adaptive scheme, VAS）构建高精度、高效率的新型轴对称SPH模型,实现水下爆炸冲击波和气泡运动模拟。在冲击波传播阶段,通过与经验公式及文献理论值对比,验证了该轴对称SPH模型的精度。针对气泡脉动模拟,选取典型的双气泡耦合问题,分析气泡形态和压力载荷的力学特性,讨论了两气泡之间的距离参数对气泡相互作用过程的影响。结果表明,该新型轴对称SPH模型可实现水下爆炸过程压力载荷和气泡形态演化的精确预报。     

激波诱导气泡破碎过程的数值模拟

为了对可压缩多介质流动中介质界面的剧烈变化过程进行模拟,采用发展的含拓扑结构改变的大变形非结构运动网格生成方法处理介质界面运动导致的网格畸变及拓扑变化.采用Riemann解构造出Lagrange界面来显式地追踪多介质界面运动.采用改进型虚拟流体方法构造介质界面的边界条件,在介质界面两侧分别求解守恒型的任意朗格朗日欧拉方法方程.对空气激波诱导圆柱氦气泡破碎过程、水中冲击波诱导二维气泡破碎过程进行了模拟,结果表明:该文基于非结构运动网格的多介质界面追踪方法可以有效地处理界面运动引起的拓扑结构改变.     

低温管路中Taylor气泡形成位置预测公式

使用粒子图像测速技术（PIV）和高速摄像技术对低温管路中由漏热产生的Taylor气泡形成过程进行了实验研究.将传统的流型转变理论和实验获得的流场结构相结合,建立了低温管路中Taylor气泡形成位置的预测公式,考虑了湍流强度、漏热、气泡上升速度和管路倾角等众多因素的影响.公式适用范围较广,其计算值与文中实验结果最大误差不超过±7.9%,与文献结果的最大误差也在±20%以内.     

单个蒸汽气泡溃灭过程的边壁效应数值研究

采用数值模拟的手段,耦合流体体积(VOF)多相流模型和自然空泡模型,通过改变单个蒸汽气泡距竖直固壁和水面的距离,计算了这2类边壁共同作用下的溃灭过程.在溃灭的前期,气泡外形主要受水面边壁影响,呈远离水面向内凹陷的趋势;在溃灭的后期,固壁的影响凸显,凹陷的方向逐渐指向固壁.当气泡离固壁越近,溃灭时间越长;当气泡离水面越近时,溃灭时间越短.对固壁上的压力峰值,气泡距竖直固壁的距离起决定作用.     

数值模拟气泡在粘性液体中上升运动的Euler—Lagrange方法

在考虑界面张力的条件下,用边界层方法通过把液体粘性对无粘势流的影响化为修改势流在自由面上边界条件的办法,导出了数值模拟二维气泡在粘性液体中上升和变形的边界积分方法,势流计算采用Ｌａｇｒａｎｇｅ坐标,粘性修正采用Ｅｕｌｅｒ坐标,边界层近似的误差为δ的三次方量阶。数值模拟结果显示,在大气泡情形,粘性的影响很小,随着气泡尺寸的减小,表面张力和粘性的影响都增强,但与表面张力相比,粘性的影响处于比较次要的地     

文丘里高压湿气测量虚高特性数值模拟

给出一种高压条件下文丘里湿气虚高的预测方法．该方法基于计算流体动力学离散相模型,对标准文丘里（直径比为0．55,口径15．24cm）虚高特性进行数值模拟．仿真流体介质为氮气和煤油,工作压力为2MPa、4MPa和6MPa,气相流量为400m3／h、600m3／11、800m3／h和1000m。／h,液相流量范围在0～65．11m2／h之间．数值模拟实验虚高预测结果与英国国家工程实验室高压实流实验数据进行比较,虚高预测值的最大相对误差为5．14％,平均相对误差小于2．8％．同时,将TJU-CFD仿真模型与Steven等7个经典模型的气相流量预测能力进行了比较,在3个压力下．仿真模型依次排序为第2、第4及第3位,最大相对误差小于7．5％,平均误差为2．5％．     

气泡羽流的数值模拟

提出了一个预报圆形气泡羽流特性的k－ε－E湍流模型。对静止环境中的圆形气泡羽流流场进行数值模拟,得出了气泡羽流的流速场和浓度场。预报结果表明,气泡羽流的流速及气泡浓度在横断面上的分布为高斯型曲线分布,模拟结果与实测资料对比两者吻合较好。     

球磨机筒体振动噪声的仿真分析

本文对球磨机筒体的振动和声辐射进行了理论分析,然后结合边界元方法对筒体辐射声场进行了仿真分析。对比实测数据,仿真计算结果与实测结果有较好的一致性。对比分析表明噪声仿真分析可以应用到球磨机的降噪工程上,也能为低噪声球磨机筒体的设计提供理论依据。     

混合边界油藏压力分布的有限元法模拟

建立了稳定渗条件下的有限元方程，针对定边界和封闭边界合作用下的渗流问题进行了模拟计算，给出了圆形地层和矩形地层在以上条件下的压力分布，结果表明，混合油藏外边界将产生复杂的地层压力分布，压力分布随地层方位的不同而不同，同时说明，有限元法用于求解复杂边界条件的渗流问题是方便有效的。     

激波诱导圆柱运动数值模拟

该文采用基于含有运动边界自适应非结构网格点的显式有限体积方法求解Euler方程，提出了一种运动边界的数值处理方法，对激波诱导的圆柱运动进行了数值模拟。由于物体的运动，物体边界附近的网格将发生变形。对运动边界附近严重变形的网格采用局部网格重新生成的方法进行处理。采用HLLC方法来处理运动边界问题，计算并比较了气流流过静止圆柱和圆柱在静止流场中运动2种情形。结果表明，应用HLLC方法处理运动边界是可行的。