宏观流体力学仿真在人群运动数学建模中的应用——以2019年MCM/ICM卢浮宫游客疏散问题为例

人群运动与流体运动有许多相似性.本文旨在借助FLOW3D模型模拟人群运动,为解决人群疏散问题提供定性方案.以2019年数学建模美赛d题为例,首先根据人群运动规划全局矢量场的研究结果对模型进行预处理,建立行人运动的宏观流体力学模型.运用FLOW3D模型对模型进行仿真模拟,水体的仿真运动受完整的N-S方程控制,使用RNG湍流模型模拟动态碰撞情况.最后对流体运动结果进行定性分析,得到人群的宏观运动情况,并附图像说明.

非平衡流计算方法及其模拟激波诱导振荡燃烧

给出一种数值模拟高超声速化学非平衡流动的计算方法,采用流动项与化学反应生成源项解耦处理,即可以有效地解决非平衡流动计算中遇到的刚性问题,还具有公式推导简单和应用方便的优点。从薄层近似N-S方程出发,采用ENO差分格式,数值模拟了超音速H2/Air预混合气体钝体绕流场,较好分辨出流场中激波诱导振荡燃烧非定常流动现象,表明计算方法具有较高的精度。对计算方法的效率和网格数的影响也进行研究。

外力场中不可压缩格子玻尔兹曼方法边界条件的改进

格子玻尔兹曼方法是一种介观尺度的计算流体力学方法,它使用格子玻尔兹曼方程而不是宏观尺度的浅水方程或NS方程作为计算域的控制方程。在格子玻尔兹曼方程中,基本变量是流体粒子的密度分布函数,而宏观的水力学变量则被表示为密度分布函数的矩。

CFD方法的船舶骑浪稳性研究

为研究船舶骑浪状态下的稳性损失,本文基于计算流体力学方法,对船舶骑浪航行时的复原力臂进行了计算。采用边界造波法构建了适用于船舶骑浪航行的规则波数值波浪水池,以某瘦长型船模为例,对其在静水及3种不同波高波浪中骑浪航行且波峰位于船舯时的流场进行了数值模拟,综合计入波浪及船行波影响,计算了船模在不同横倾角下的复原力臂,得到了不同工况下的船模稳性曲线。实验结果表明,船舶骑浪航行时,波高越大,稳性损失越严重;骑浪航行时船舶航速较高,在计算稳性损失时,船行波的影响不可忽略。

有理逼近和Padé逼近的高阶紧致型方法

对高阶紧致(high order compact)方法进行了详细的讨论和简洁的评述．这就是:回顾了方法的发展历史,指出了方法优点,分析了方法的基本特征、构造方式和应用现状,预示了它的近期发展和研究形势．特别地,就方法的数学基础——有理逼近和Pade逼近进行了归纳．在文章中提供了丰富的方法信息和大量的有关公式．

蜗壳泵定常流动数值计算

本文利用单流道计算方法对一单级蜗壳泵在设计工况进行了定常流动数值模拟,分析了叶轮流道内的速度、静压、总压的变化规律。计算表明,蜗壳泵内流场非常复杂,叶轮进口有明显冲击。本次计算为进一步提高蜗壳泵性能、减少水力损失提供了一定的理论依据。

过热器爆破膜装置温度场计算

文章利用流体力学软件CFD对反应堆重要压力保护装置——爆破膜装置进行热工分析。分析计算结果可知,爆破膜体表面最高温度不超过设计限值,证明了该装置的安全性。

飞翼布局横航向气动导数的总体估算方法研究

根据飞机设计初级阶段所得到的总体布局参数,建立并估算飞翼布局横航向气动导数的数值计算模型,对模型进行了算例分析,与计算流体力学方法(CFD-FASTRAN)、风洞实验所得的横航向气动导数做了对比分析。结果表明,基于总体布局参数估算的横航向气动导数简洁、快速、合理。

基于CFD方法的短峰不规则波浪数值仿真

舰船受海浪的影响产生的六自由度复杂运动严重威胁舰载机起降、导弹发射等舰载武器的使用。为了探究海浪对海上武器使用的影响,率先对海浪展开研究。针对海上常见的短峰不规则波,以ITTC推荐的方向谱为目标谱,对ITTC推荐的方向扩散函数进行计算,采用CFD方法对短峰不规则波进行了数值仿真,结果表明上述数值仿真方法具有较高精度,为进一步研究舰船复杂运动对舰载武器使用的影响打下基础。

基于滑移网格方法的井下涡轮水动力性能仿真

涡轮是钻井行业常用的一种机械结构,通常应用于井下涡轮发电机、涡轮钻具等。随着计算流体力学(CFD)理论与数值求解方法的不断拓展和革新,CFD方法已经成为井下涡轮性能研究的重要手段。目前针对井下涡轮的研究均是静态的。利用Fluent软件,采用滑移网格方法,编写UDF(user defined function)文件对井下涡轮进行动态仿真,研究了外界负载、叶片数量、流量、叶片安装角对井下涡轮水动力性能的影响,并对井下涡轮的启动特性和运动过程进行了分析。结果表明:启动力矩小于负载时,涡轮静止不动;涡轮所受的启动力矩大于负载时,涡轮开始转动。涡轮转动过程中涡轮所受力矩不断减小,而转速、冲击力不断增加。转速稳定时,流体产生的力矩与负载平衡,冲击力稳定。

室内空气品质预测方法研究

介绍了室内空气品质研究的发展历史及现状,室内空气品质预测的意义和预测的方法及其分类。重点论述了目前国内外普遍应用的几种室内空气品质预测方法的基本原理及其应用,主要包括灰色GM预测、计算流体力学CFD方法和多区域方法,并比较分析了3种方法的特点及其适用条件。

跳台滑雪飞行阶段不利工况下气动特性数值模拟

目的探讨不利工况对跳台滑雪空中飞行气动特性的影响。方法建立运动员与滑雪板构成的多体系统三维模型,引入部分时均湍流模型并通过计算流体力学方法模拟预测了侧向风以及姿态不对称工况下多体系统飞行阶段的气动特性。姿态不对称工况包括偏航旋转工况与翻滚旋转工况。结果(1)侧向风产生偏航力、偏航力矩、翻滚力矩,同时对运动员的升力、阻力以及俯仰力矩产生影响。在风速较小(小于3 m/s)时,影响很小,在风速较大(大于4.5 m/s)时,比较明显。(2)受偏航旋转或翻滚旋转影响,多体系统明显产生偏航力、偏航力矩、翻滚力矩,数值均呈现单调增大趋势;且对多体系统的升力、阻力以及俯仰力矩产生较大影响。结论(1)不利工况的影响情况较为复杂,对多体系统产生较为明显的偏航力、偏航力矩、翻滚力矩。翻滚旋转的不利影响普遍大于偏航旋转。(2)多体系统存在偏航自稳定与翻滚自稳定现象。(3)提供一种维持飞行稳定性的措施,即采取适当的偏航旋转角或翻滚旋转角来大部分抵消甚至消除侧向风的不利影响。(4)不利工况的影响机理能够为比赛临场预判与决策提供有效的辅助支持,也为运动员空中稳定飞行技术的训练以及运动表现的提升提供科学指导。

螺旋桨三维建模与水动力数值分析

推导了螺旋桨叶切面局部坐标系到全局坐标系的坐标转换公式,给出了三维实体建模过程.为数值计算方便,对桨模做了一些局部处理.然后运用计算流体力学方法(CFD)对螺旋桨的水动力特性进行数值模拟,以尽快形成螺旋桨敞水性能CFD计算的快速预报的能力.文章以MAU型桨作为研究对象,给出其敞水性能的数值计算结果并与试验值做了比较,获得良好的结果.同时还对该桨型周围流场进行了一些考察.

基于CFD的垂直管路中先导式截止阀动力特性研究

提出了一种适用于垂直管路中的先导式截止阀结构,其基本工作原理是通过控制先导阀并利用流体在流动过程中产生的压力差实现对主阀的开启与关闭,结构紧凑、反应速度快、驱动能耗低。运用计算流体力学方法(CFD)研究了该阀开启过程中不同阀芯高度下的流体压差变化情况,分析了不同流体出口静压、阀芯小孔直径以及入口速度对阀芯上下表面流体压力差的影响。研究结论对于该阀门的优化设计具有重要的参考价值。

尺度适应模型用于模拟射流流量对空腔压力脉动的抑制

空腔气动噪声的抑制对武器舱声学相关难题的解决具有重要意义。采用两方程尺度适应模型的计算流体力学方法对空腔标模进行模拟,通过与国外学者及风洞试验数据的对比,验证了该计算方法的可靠性。基于此,对比分析了不同射流量的射流方式对空腔时均变量,湍动能、压力脉动均方根、声源分布及压力脉动的频域特性的影响,分析可得:射流方式通过改变剪切层的形态来达到影响空腔中的流场形态及压力脉动均方根分布,其中射流构型4(Spout4)能有效降低整个空腔的压力脉动均方根。结果表明:不同射流量对腔内压力脉动及远场噪声的抑制效果不同,且射流量的大小与其抑制效果并不成正比关系。

不同流道结构质子交换膜燃料电池内传递现象的三维模拟

应用计算流体力学方法,建立了用于模拟质子交换膜燃料电池(PEMFC)传递特性和电化学性能的稳态、等温的三维数学模型.计算了传统流道和交叉梳状流道燃料电池的流场、电流密度和组分浓度等的多维分布.与传统流道的燃料电池相比,交叉梳状流道所产生的电极内强烈的强制对流机理提高了反应物和产物的传输速率,从而改善了电池的极限电流和极化性能等.利用模型估算的极化特性和文献实验结果吻合较好.

CFD在三通冲蚀磨损研究中的应用

应用现代计算流体力学方法及 CFD软件 ,建立三通中流体湍流和冲蚀的数学模型 ,计算三通管内不同部位冲蚀磨损的分布 ,并对计算结果进行分析。

液-液喷射混合装置微观混合特性的研究进展

液-液喷射混合装置具有优异的微观混合特性,特别适用于液-液快反应体系。在研究不同液-液喷射混合装置的微观混合特性时,选取合适的研究方法和定量指标非常关键。本文对比分析了液-液喷射混合装置中常用的微观混合特性研究方法(化学探针法、激光诱导荧光技术和计算流体力学方法),包括其优缺点、适用范围、选用原则和应用要点,并总结了表征微观混合特性的定量指标。其次,对液-液喷射混合装置进行了系统性的分类,分别介绍了不同液-液喷射混合装置中微观混合特性的影响因素和研究进展,后者主要包括3种研究方法在研究微观混合机理、微观混合特性时间、微观混合过程强化和装置结构优化等方面的进展。最后总结了罐中喷射混合装置和管状喷射混合装置微观混合特性研究存在的不足和后续研究方向。

冲压加速器非平衡流动数值模拟

采用改进的流动项与化学反应生成源项解耦处理的化学非平衡流动计算方法 ,从薄层近似N -S方程出发 ,采用ENO差分格式和 7组分 8反应机理 ,数值模拟了超声速冲压加速器在H2 /Air预混合气体中激波诱导燃烧流场 .计算结果与文献进行比较符合得很好 ,验证了计算方法的有效性 .在此基础上 ,采用 13组分 32反应CH4 /Air机理 ,对冲压加速器在组分摩尔数为 2O2 + 3CH4 + 10N2 的预混合气体中激波诱导燃烧流场进行数值模拟 .

气囊仿真现状及关键技术研究

首先概述了气囊仿真技术,然后重点对当前普遍采用的气囊仿真方法(均匀压力法、计算流体力学法和粒子法)及其应用进行了阐述,并提出了气囊仿真过程的关键技术,最后展望了气囊仿真技术的发展前景。