粒子系统在复杂风场及湍流场中的实现

为真实地模拟气溶胶在复杂风场中的输运扩散效果,提出一种将计算流体力学计算的风场结果与粒子系统相结合的方法.以一个存在障碍物的三维区域为例,采用非结构四面体网格对其进行网格划分,运用计算流体力学方法对这一区域的风场和湍流场进行求解;在仿真平台Unity 3D中建立了与计算模型对应的环境模型,并将风场和湍流场的计算结果导入环境模型中,实现了风场在虚拟环境中的可视化.在环境模型中建立了粒子系统,并在存储于非结构网格中的风场及湍流场的作用下模拟了粒子系统的运动变换,实现了虚拟环境中复杂风场、湍流场条件下的气溶胶的扩散仿真.     

方柱截面驰振分析的能量方法

针对驰振Den Hartog判据的局限性,发展了驰振的能量分析方法:应用CFD动网格技术,计算截面做强迫简谐振动时气动力输入结构的能量大小,判断截面是否具备发生驰振的可能.以方柱截面为主要研究对象,分别通过Den Hartog判据和能量分析方法判断了其不稳定驰振区域,并对两种方法的计算结果进行比较.在验证能量分析方法可靠性的基础上,进一步分析了振动频率、振幅、来流风速对气动力输入能量的影响,确定了方柱截面驰振的最大振幅及抑制振动所需的最小阻尼比.研究结果表明:Den Hartog判据和能量分析方法的结果较吻合,能量分析方法能够用于评判截面的驰振稳定性能.     

方形截面高层建筑间气动干扰对其驰振稳定性的影响

基于高频天平测力风洞试验技术,在4种模拟风场中对干扰建筑处于36个不同位置时方形截面超高层建筑的基底弯矩进行了测量,分析得到了驰振力系数和驰振临界风速,讨论了风场特性和干扰效应对它们的影响.研究结果表明,无周边建筑的干扰时,方形截面超高层建筑的驰振仅可能发生在风向与建筑体轴之间的夹角小于16°的情况,在有湍流的风场下,0°风向角附近时,发生驰振的可能性最大;当干扰建筑位于目标建筑上游正前方时,目标建筑的在0°风向角时的驰振可能性受到明显的抑制;在湍流风场下,干扰建筑仅处于少数干扰位置时会使目标建筑在0°风向角时的驰振不稳定性有所增大.     

基于性能的大跨桥梁颤抖振响应概率性评价

大跨度桥梁颤抖振响应因风场的随机性呈现较大差异,建立基于性能的大跨度桥梁概率性评价方法尤为重要.文章建立了基于性能的大跨度桥梁颤抖振性能概率性评价方法;首先对同风速时的风场进行10?20组多组随机生成,分别计算不同风速、不同随机风场下桥梁的随机振动响应;然后对同风速下多组响应计算结果进行最不利响应曲线拟合,确定结构响应...     

经典式Spar平台涡激运动与驰振特性的对比试验

为研究经典式Spar平台的涡激运动和驰振特性,开展了平台在系泊状态下的水池模型试验,分析不同流速作用下Spar平台的横荡运动特性,并通过对比仅流、仅波浪与波流耦合工况试验结果,分析波流耦合作用对Spar平台涡激运动和驰振运动性能的影响.结果表明:高折合速度的海流使得Spar平台发生驰振运动,相比涡激运动,其振荡周期更长...     

斜拉桥抖振时域分析实用方法

基于模态综合理论提出一种斜拉桥抖振时域分析实用方法.在桥梁随机风场数值模拟的基础上,建立斜拉桥时域抖振分析计算模型.该方法简化了自激力时域化过程,并在计算中考虑了气动刚度、气动阻尼和气动耦合作用对结构响应的影响,提高了斜拉桥抖振时域分析的效率.通过对一座大跨斜拉桥的抖振时域分析,验证方法的正确性和可行性.     

覆冰导线驰振时其极限环幅值反馈控制

首先推导了单档覆冰导线面内驰振运动方程,接着进行了风洞试验,得到了导线的三分力气动参数。利用多尺度法分析了导线的极限环,引入线性反馈控制函数、二次非线性反馈控制函数以及三次非线性反馈控制函数对导线驰振时所产生的极限环进行控制,最后通过具体的数值算例进行验证。结果分析表明：线性反馈控制函数与三次非线性控制函数皆能有效的控制导线的幅值,但二次非线性控制函数对导线的幅值不起控制效果。针对具体的覆冰导线,选取合适的反馈控制函数能使得导线发生驰振运动时的幅值大幅降低,能保证工程结构的稳定性和安全性。     

大跨径桥梁非平稳抖振响应过程数值模拟方法研究

大跨度桥梁的抖振频率与跨度场景的风场变量因素有关。为了更加准确地获得大跨度桥梁抖振特征,需要对其抖振响应过程进行分析。但是,由于桥梁所处场景的风场环境不同,想要采集多组桥梁的抖振响应数据十分困难。结合桥梁抖振响应的非平稳性,结合多种风场场景模拟结果分析桥梁抖振响应过程,因此提出大跨径桥梁非平稳抖振响应过程数值模拟方法。首先对大跨度桥梁风场数据进行分析计算,获得风场特征函数量,在风场变量模拟场景下,对大跨度桥梁非平稳抖振响应过程相关量进行计算,实现对大跨度桥梁非平稳抖振响应过程数值的全场景模拟。通过选取实体桥梁数据来对提出方法的准确性进行论证,通过数据拟态还原方法分别对桥梁的风场模拟数据、跨度位移数据以及抖振数据三方面进行数据对比分析,通过与实际数据进行对比,得出提出方法具有准确性、可行性的实验结论。     

喷雾干燥设备设计的数学模拟法

系统论述了喷雾干燥器内粒子的运动状态与风场流动特性及其数学模型的建立过程,在传递理论的基础上根据马歇尔方程计算了干燥过程中粒子与干燥介质之间的传质传热,通过求解粒子在干燥室内的运动方程而进行喷雾干燥设备设计的粒子运动轨迹法及设计计算程序的计算机实现过程,并用实验数据及理论解对程序的可靠性进行了论证.     

基于混合编程的大跨桥梁桥塔抖振时域分析

基于大跨桥梁桥塔抖振时域分析,采用Matlab和ANSYS参数化设计语言(APDL),编写了相应程序和命令流,分析大跨桥梁抖振响应;给出了用改进谐波合成法模拟风场和用混合编程实现抖振分析的方法,在Matlab中实现风场模拟,用ANSYS中的瞬态分析实现抖振时域分析,并应用于湖北鄂东长江公路大桥桥塔抖振分析.结果表明:基于混合编程抖振分析方法是可行和正确的;拉格朗日插值改进模拟风场的谐波合成法减少了矩阵分解的次数,提高了计算效率.     

油气分离器内油滴轨迹的数值模拟

采用数值模拟的方法研究分离器内油滴的运动。单相流场采用各向异性的雷诺应力方程模型，气液两相流场采用相间耦合的DPM模型计算，用随机轨道模型对油滴的运动轨迹进行追踪。通过对油滴轨迹的分析，揭示了油滴在分离器中运动的物理机制。结果表明：油滴的轨迹受叶片数量、叶轮转速和油滴粒径的影响很大。     

Direct numerical simulation on the particle flow in the wake of circular cylinder

The spectral-element approach is used to simulate the gas-solid two-phase flow behind of the circular cylinder. Based on the method of a high accuracy calculation for the gas phase flow, the particle dynamic field is put into practice. Two key influence factors, Stokes number and Reynolds number, are investigated. The simulation results give a clear pattern of the physical characteristics of gas-particle flow. Due to the construction properties of the eddies in the wake of the circular cylinder, the suction is the main dispersion mechanism of particles near to the centric axis. This effect can make the small particle sucted to the near wake of the circular cylinder. The particle dispersion is also induced by the pressure gradient which is caused by the strong velocity gradient of gas phase.     

筒仓内部压力及流场的数值模拟与实验验证

利用离散单元法研究了筒仓装卸料过程中的力场和速度场,以期揭示宏观力学行为的内在机理。文中首先介绍了离散单元法的基本原理,然后用物理模型实验测试和模拟了筒仓壁法向压力及物料流动过程,最后用离散单元法研究了筒仓内部压力和物料颗粒速度场,并探讨了颗粒密度和物料密度的影响。     

涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离的涡结构研究

为了研究涡旋射流控制边界层分离的物理机理,设计、搭建了涡旋射流控制逆压梯度平板边界层分离实验台,在此基础上对低雷诺数下平板边界层分离及射流控制进行了实验和数值研究.通过对比不同射流控制方式的统计特性及射流控制效果,揭示了射流流场大尺度相干结构的演化规律.射流瞬时流动细节的研究表明:发卡涡和类发卡涡是逆压梯度环境下直射流和斜射流中比较典型的涡结构;在斜射流中,随着类发卡涡的发展,射流孔下游发展成熟的类发卡涡涡腿外侧出现了不断增强的次生流向涡结构;次生涡结构对壁面附近能量的增大和质量的输运、耗散具有重要的作用.经对比发现,斜射流控制流动分离的效果明显优于直射流.     

基于CFD的尾水冷却器布置方案优化

为解决水电站二次循环技术供水冷却器传统布置方案存在的依赖工程经验、检修困难和降低水轮机效率等问题,通过对尾水渠三维流动定常数值模拟,提出了一种基于计算流体力学(CFD)的尾水冷却器布置优化方法。通过对模拟结果中尾水管上方平台拟安装冷却器区域内流场的流线、流速、湍动能等多个物理量的空间分布特性进行分析,选定来流速度较大的位置安装冷却器,建立了考虑实际冷却器几何模型的复杂尾水渠三维流动域模型进行数值模拟校核,以验证该布置方案的合理性。模拟及校核结果表明,此方案不仅满足冷却器的散热要求,同时便于检修和能避免对机组运行产生影响。     

致密大模型逆向渗吸物理模拟实验研究

为了研究致密油藏压裂和注水吞吐过程中逆向渗吸采油机理,通过大型露头岩样物理模拟实验系统,建立致密油藏逆向渗吸物理模拟实验系统和反向驱替渗流阻力测量物理模拟实验方法,对两种不同渗透率模型进行逆向渗吸物理模拟实验,研究逆向渗吸渗过程中的渗流规律,揭示逆向渗吸采油机理。研究结果表明:在实验条件下,逆向渗吸采油效果很弱,且渗透率越低,逆向渗吸置换效果越差;水通过毛管力进入基质置换其中的油,并在裂缝附近区域形成油水混合带,阻碍流体流动;2 m D和0.2 m D露头模型逆向渗吸作用区域分别为10 cm和8 cm;在逆向渗吸作用区域内,2 m D和0.2 m D露头模型逆向渗吸采出程度分别为6.3%和3.7%。     

河道二维非恒定流计算

本文采用边界拟合坐标系统把物理上不规则域变换成平面上的矩形域,从而克服了天然河道边界形状复杂及长宽比相差悬殊所带来的困难.还探讨了用算子分裂法把二维问题分解成若干个简单的一维问题求解,指出该法只适用于小Courant数,否则会引起严重的"轴化"效度.在此基础上提出了合适的分步及求解方法,并用Delft弯道模型试验资料作了验证.本文还对基本方程组作了修正,修正后的方程组能近似地考虑河道弯曲时环流所引起的横向动量交换,计算结果有很大改善,与实测资料吻合得较好.     

定常与脉冲涡旋射流下矩形扩压器流动分离控制研究

为了研究涡旋射流控制流动分离的物理机理,基于大涡模拟方法对涡旋射流控制下的矩形扩压器流场和射流流向涡结构的生成、发展等动力学演化过程进行了数值研究.结果表明:射流产生的流向涡将主流高动量气流带入分离区,增加了边界层内气流流动方向的动量,使流动分离得到了抑制.射流流场的涡结构主要由射流剪切层涡、马蹄涡、尾涡组成,由于速度梯度大小的变化,使得射流剪切层涡系的结构随着时间推移从涡卷演化为涡环.对于脉冲射流,在低频脉冲下,射流产生的流向涡呈涡卷结构,流动控制效果明显.在高频脉冲下,射流剪切层涡演变成间歇涡环结构,流动控制效果减弱.通过对比脉冲频率和占空比对流动控制的影响发现,占空比为0.5、频率为20Hz的脉冲射流具有较好的流动控制效果.     

液力缓速器瞬态两相流动大涡模拟及性能预测

为了全面掌握液力缓速器各个流动单元内速度场和压力场的分布特性,提取了全流道几何模型作为计算区域,利用CFD平台的大涡模拟法和多流动区域耦合计算的滑动网格法对液力缓速器内部气液两相流动进行了三维瞬态数值模拟,将混合模型与欧拉模型交替运用在其多相流模型中,获得了不同充液率下液力缓速器内流场结构的变化及两相体积分数分布情况,分析了流场内二次流、脱流及涡旋的产生机理,并计算了缓速器的外特性.结果表明:数值计算结果与试验结果吻合很好,误差在8％以内;流场计算十分准确,运用的大涡模拟方法可以有效地模拟液力缓速器流场内的真实液流结构,其结果可以用来指导液力缓速器的设计及其结构优化.     

一种新型地层裂缝液固两相径向流动物理模拟方法

裂缝滤失和堵漏是油气田开发与增产改造的关键,但目前对裂缝中液固两相径向渗流缺少物理模拟研究。提出一种新型物理模拟实验方法,该方法的创新点在于基于Eascan-D光电扫描技术和MATLAB建模方法成功设计了地层裂缝径向流动模拟实验装置。该装置能更佳符合真实的地层裂缝空间形态特征、可视化模拟井眼和地层裂缝的径向流动。并通过实验分析验证了装置的可靠性,结果表明颗粒在孔喉较小处沉积并堵塞,且流速越小,堵塞效果越好;平均开度相同的模拟天然裂缝出口流量较小,说明了在解决裂缝漏失问题时需要考虑裂缝面形态特征对流体渗流的影响。实验装置对堵漏颗粒的选择与堵漏剂的堵漏效果评价,以及认识井下裂缝内液固两相流动规律有重要的指导意义。