超重机内多孔板填料上气液流场的计算流体动力学模拟

采用Fluent软件对填料内径65 mm、外径250mm的超重机内多孔板填料上的气液流场进行模拟研究.模拟结果表明,填料上的液体速度场分布不均匀;填料转速对液体的切向速度场有影响,液体入口速度对径向速度场有影响;填料上的气体静压力场分布很有规律;填料转速对气体干床压降的影响很小,气体流量对干床压降的影响较为明显;当填料转速为0 ～1 000 r/min、液体入口速度为0.3～ 4.0 m/s时,液滴在填料上的运动轨迹呈螺旋线型,停留时间为0.10～ 0.94 s,运动路程为0.13～ 0.45 m;当气体流量为22.8～ 132.3 m3/h、填料转速为0～1 000 r/min时,干床压降为7～1 844 Pa.

固体推进剂燃烧气体释放的计算流体动力学模拟（英文）

为建立固体推进剂燃烧气体检测的测试装置,采用计算流体动力学(CFD)模拟计算了不同参数对气体释放的影响。结果表明,测试装置腔室体积应大于2.7×10~5 mm^3,风口直径应为Φ100mm,温度变化对气体释放影响较小。球形障碍物和立方体障碍物对气体三维模型有显著影响。根据以上模拟结果和参数,设计了固体推进剂燃烧气体模型测试装置原理图,设定了测试装置的具体参数。模拟和设计的测试装置可用于下一步红外遥测谱仪对燃烧气体的测试。

八角亭平台放空火炬热辐射强度的计算流体动力学模拟

用于计算放空火炬热辐射强度的API RP521荐用方法及其被修正后的一些工程计算方法均未考虑燃烧火焰的温度和热辐射的方向性,不能得到更准确的结果。应用计算流体动力学(Computional Fluid Dynamic,简称CFD)模拟技术对东海八角亭平台放空火炬在不同工况下的燃烧和热辐射状况进行了模拟,建立了该平台放空火炬全场、关键截面的温度场和热辐射强度场。将CFD模拟结果与以往工程方法计算结果进行了对比,指出了工程计算方法在热辐射强度计算方面存在的不足。CFD模拟技术能够直接模拟火炬燃烧和热辐射等物理过程,可以得到符合实际的更为准确、详细的结果。

循环流化床生物质气化炉内计算流体动力学模拟——鼓泡流化床内改进的颗粒床模型(英文)

采用改进颗粒床模型的CFD方法模拟了实验室规模冷模装置内鼓泡床的流体流动时空特性。模拟结果表明表观气速是影响气固动态特征和压力波动的主要因素之一:随表观气速的增大,气泡数目增加,气泡体积增大,压力波动增强;气速越高时均压降越大;在内循环鼓泡流化床内固体颗粒呈“单室”流型。上述与实验观察相吻合的模拟结果将有助于放大和设计商业化的内循环流化床生物质气化炉。

狭窄几何对中央气道阻塞时气流动力学和呼吸的影响

目的通过数学建模和数值模拟等工程衍生方法,分析气管解剖结构与通气功能之间的定量关系。为了对气管支气管狭窄患者的功能进行定量评估,提出了一种基于空气动力学的评估方法,该方法将计算流体动力学分析应用于合成气道模型和患者特异性气道模型。方法通过气管支气管树的三维重建和计算流体动力学模拟,在合成模型和患者衍生模型中研究了从狭窄的中央气道到气管支气管树的第4~6分支的空气动力学环境。在气管-支气管树三维模型上,研究了狭窄解剖结构(狭窄程度、狭窄长度和狭窄位置)对气道内压降、面积平均速度、体积流速、壁面剪应力和气流阻力等气动参数的影响。结果36个综合模型的结果表明,70%的收缩标志着相对于正常气道气流急剧减少的开始。对8个患者特异性模型的模拟结果分析表明,Myer-Cotton狭窄分级系统可以用空气动力学的描述来解释,如流动阻力。气管狭窄明显影响外周支气管阻力,尤其是严重狭窄患者。结论本研究形成了一个系统的框架,可以定量评估中央气道阻塞患者的呼吸功能,为未来开发更强大的、生物工程知情的评估方法打下基础。

基于CFD模拟的混合式住宅小区布局对风环境改良的研究

文章旨在探讨衡阳市住宅小区的风环境问题,并提出优化方案。通过对该市不同季节的气象数据和现存建筑的模拟分析,研究发现建筑布局和围合形式对风环境有着显著的影响。因此,作者提出了针对冬季和夏季不同风向的方案,以改善住宅小区内部的风环境。本研究采用计算流体动力学CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟技术模拟住宅小区周边的风环境,并控制改良后的模拟方案中的变量,以验证所提出的优化方案的可行性,同时对比分析不同方案的效果。结果表明,合理的调整建筑布局能显著优化其周围的风环境,改善通风并缓解局部风速过快的问题。证明CFD技术在未来住宅小区的规划上能提供更科学合理的方案。希望本研究能为未来同类型研究提供参考。

漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明:漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°~0°和25°~30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.

隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响

目的:随着城市建设水平和强度提高,带匝道的分岔隧道日趋增多。针对分岔隧道通风设计难题,亟待获取隧道分岔形式对分流局部通风阻力特性的影响规律。方法:通过搭建同步满足阻力和压力相似的1/13缩尺分岔隧道通风试验平台,构建分岔隧道三维CFD模型,探究了分岔隧道不同分岔形式气流的流动特征和局部阻力系数,并进一步分析了分流结构与减速车道等隧道分岔形式特征对局部阻力系数的影响。结果:表明主线与匝道局部阻力系数随分流比增大呈现先减小后增大的趋势,且在分流比为0.4时达到最小。平行分岔隧道相比定向分岔隧道,主线局部阻力系数差别不大,而匝道局部阻力系数存在较明显的差异,分流比较小时,平行分岔隧道匝道局部阻力更大,分流比较大时则相反。增设减速车道,分流比较小时会减小匝道局部阻力系数,但会增加主线局部阻力系数,分流比较大时则相反。结论:研究结果可为分岔隧道的通风设计提供参考。

用于研究流动剪切力对内皮细胞YAP表达影响的局部狭窄血管芯片

目的本研究旨在构建一种具有扰流特征的局部狭窄血管芯片,以模拟血管狭窄区域的力学特征,为研究动脉粥样硬化等血管疾病提供体外研究平台。方法首先,通过计算流体动力学模拟,设计并验证了狭窄芯片中的流动形态和壁面剪切力的分布。其次,基于软光刻技术,使用聚二甲基硅氧烷构建了局部狭窄结构的微流控芯片,并采用多段培养的方法,在微流道表面包被人脐静脉内皮细胞,形成完整的内皮细胞单层。最后,应用微流动循环系统对内皮细胞层加载流动剪切力,应用免疫荧光法检测力学信号分子YAP的空间分布。结果构造了微流道高度为120μm,狭窄率为75%的血管结构。在狭窄率为75%的芯片中,壁面剪切力空间变化明显,狭窄处具有较高的剪切力,而下端区域则分布着极低的剪切力,与动脉狭窄的体内情况相似。免疫荧光图像显示,通过多段培养24 h后,芯片内能够形成完整的三维内皮细胞单层。在生理剪应力下,YAP在不同流动剪切力下的空间分布存在显著性差异,与层流区相比,扰流区内皮细胞的YAP表达显著增加,这与先前的体内动物研究结果一致。结论本研究开发了一种新型的具有扰流特征的局部狭窄血管微流控芯片,解决了微流体模型突出特有的狭窄结构、细胞三维培养和流动加载等问题。

规则球床堆熔盐流动压降与对流换热CFD模拟

球床堆复杂的几何结构导致直接建模进行热工水力模拟非常困难,一般使用多孔介质模型简化处理,但多孔介质已有的压降和对流换热公式在熔盐冷却球床中的有效性仍待验证。本文基于固态燃料熔盐堆建立了6 cm直径小球的规则球床模型,给定球床进口熔盐流量和球壳发热功率,模拟了球床内的稳态流动与换热,计算了对应的压降和对流换热系数,并分别得到了球床压降、对流换热Nu随球床内流动Re变化的曲线。对比发现:模拟压降结果与已有公式差异较大,而模拟对流换热Nu结果与已有公式的差异相对较小。结合模拟结果和已有的公式,拟合得到了修正的压降和对流换热Nu公式。将修正公式应用于3 cm直径规则球床中,结果表明多孔介质修正模型与直接模拟结果一致。

街道峡谷内颗粒物扩散沉积的数值模拟研究

采用计算流体动力学(CFD)技术,模拟分析了孤立街道峡谷内气流运动和颗粒物的扩散沉积.计算中选取中低来流风速(3,5,10 m/s)和高来流风速(20 m/s),颗粒粒径范围为0.01～10μm.得到了峡谷内气流速度场、颗粒运动轨迹和颗粒在建筑物不同表面及地面上的沉积率.结果表明,颗粒在地面上的沉积率明显高于在建筑物各表面上的沉积率;来流风速一定时颗粒在峡谷迎风面、背风面、建筑物屋顶及地面上的沉积率都对粒径的变化不敏感,中低风速范围内颗粒在建筑物各表面和地面的沉积率都对风速变化不敏感;在峡谷迎风面及地面上,颗粒在高风速下的沉积率明显大于中低风速下的沉积率,而在峡谷背风面及建筑物屋顶上,颗粒在高风速下的沉积率明显低于中低风速下的沉积率;在中低风速下,颗粒在背风面的沉积率高于在迎风面的沉积率,而在高风速下,颗粒在背风面的沉积率却低于在迎风面的沉积率.

基于CFD模拟的高密度街区交通污染物分布

高密度城市街区的空间特征对其内部交通污染物的浓度分布有显著影响.为研究高密度城市街区中交通污染物扩散和分布的影响因素,建立了深圳市某高密度街区的空间模型.以东北、西南偏南两个典型风向上模拟的PM2. 5和氮氧化合物浓度作为交通污染物积累的量化指标,采用计算流体动力学模拟的方法,对室外交通污染物的扩散进行数值模拟.结果表明,道路上的交通污染物浓度明显高于建筑组团内部的;尽管污染物的排放可能会引起街区内某些位置的污染物累积,但城市绿化和城市通风廊道等开放空间可能会促进交通污染物的稀释;建筑物形态以及下冲风对交通污染物的扩散有影响.

超临界CO_2磨料射流流场影响因素的模拟分析

为了揭示超临界CO2磨料射流流场特性,利用计算流体动力学模拟软件,对超临界CO2磨料射流结构及不同因素对射流流场的影响规律进行了研究。结果表明：超临界CO2磨料射流轴向速度和冲击力随着喷距的增大,先增大后减小,即存在最优喷距,喷射压差为10~30 MPa时最优喷距为3~6倍喷嘴直径;喷射压差一定时,围压由10 MPa增至30 MPa对射流速度场及液相冲击力会造成较小的负面影响。通过超临界CO2射流破岩实验对上述2因素进行了辅助对比验证;流体温度由333K增至413K,固液两相轴向速度增大,而流体密度降低,导致液相冲击力减弱;磨料浓度由3.0%连续增至11.0%,射流固液两相轴向速度逐渐降低,降幅逐渐减小。

舰载燃气轮机间冷器内部流动的三维数值模拟

板翅式换热器是舰载燃气轮机首选换热器形式。针对平直型翅片的矩形通道的结构特点,建立了流动换热分析的耦合计算模型,采用计算流体动力学(CFD)方法对间冷器的通道流场进行了数值模拟。给出并分析了计算区域内多个截面的温度、压力、速度、局部传热系数等参数的分布图形和变化趋势,并考察了不同工况下间冷器的工作能力。

填料塔内液体分布器均布性能的CFD模拟

针对适用于规整填料的槽式液体分布器的初始布液性能 ,在现有的经验参数基础上 ,我们利用商业计算软件FLUENT对特定条件下的液体分布时的流动情况进行数值模拟计算 ,所得结果基本符合实验情况。

超重力分离装置填料内流场的CFD模拟研究

为了优化超重力分离装置,课题组对其内部流场进行了研究。通过计算流体力学软件FLUENT对超重力分离装置填料内部的流体流动进行数值模拟,分析了转速、填料外径和丝网尺寸对流场的影响。结果表明:液相速度分布与气相速度分布一致,液相速度主要受气相的影响,与液相入口速度无关;同一转速下填料区气相速度由内向外逐渐增大,各位置的气相速度随转速的增大而增大;气相最大速度与转速和外径有关,与丝网的尺寸无关。数值模拟的结果对超重机的设计与优化有一定的借鉴意义。

地铁内楼梯口处全尺寸火灾实验与数值模拟

建立了地铁实体模型,开展了地铁火灾实验研究,测量了站台与站厅之间的楼梯处的速度和温度等火灾参数。同时利用火灾动力学模拟程序软件对地铁站台火灾进行了数值模拟,研究了地铁站台和站厅连接楼梯处温度和烟气速度的变化趋势,并与实验结果作了对比分析,验证了数值模拟结果的有效性。研究结果可为有效控制烟气在地铁中的蔓延和组织人员疏散提供技术支持。

风雨共同作用超大型冷却塔气动力和受力性能

为定量评价雨荷载对超大型冷却塔气动力和风效应的影响,以国内某在建世界最高的220m超大型双曲线间接空冷塔为例,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)方法对冷却塔周围风场进行数值模拟,验证模拟结果的有效性后添加离散相模型(discrete phase model,简称DPM)进行雨强为50mm/h的暴雨模拟,系统分析了风雨共同作用下冷却塔表面流体绕流特性、风雨荷载特征值及平均压力系数的变化。在此基础上,采用有限元方法分析了风荷载和风雨荷载共同作用下超大型冷却塔风致稳定性和受力性能。研究表明:冷却塔表面所受总雨荷载占总风荷载的6.71%,部分区域内雨压系数可达0.07以上,与风压系数的比值最高可以达到26.98%;相比于风荷载,风雨荷载共同作用降低了冷却塔整体屈曲稳定和局部稳定性能,增大了塔筒、支柱和环基结构内力响应,屈曲位移最大增量达10%,0°子午向轴力最大增量达17.4%。该结论可为此类大型冷却塔结构抗风/雨荷载设计提供参考依据。

三种工况下裸体状态数值假人的热传递模拟

为了探索一种能够取代暖体假人现场实验的有效途径,建立数值气候室,利用计算流体动力学(CFD)的数值模拟方法,在送风温度为20℃、速度为0.05m/s工况下,对数值假人体表自然对流边界空气层的温度、速度场分布及热传递属性参数进行模拟,然后在送风温度为20℃、速度分别为0.15和0.50m/s工况下,对室内混合对流的温度场和速度场以及热传递属性参数进行模拟.研究表明模拟结果具备很高的可靠性.

某滨海任务舰空调区域气流组织模拟分析

以某滨海任务舰为例,对主甲板层内空调区域气流组织分布进行评估。基于计算流体力学(CFD)方法,对舰内送风系统和各舱室内空调送、回风情况进行数值模拟。对各舱室关键区域速度场进行分析,重点关注餐厅、厨房、卫生间等负压舱室的气流量分布。结果显示,各舱室内正负压分布满足设计要求且有一定的气压裕度,表明该舰主甲板层内空调区域气流组织设计合理。