基于Fluent-EDEM流固耦合算法的水下台阶爆破爆堆形成过程研究

针对水下岩石台阶爆破过程中破碎块体复杂的受力运动及其堆积过程,采用FLUENT-EDEM流固耦合的数值计算方法,在颗粒间引入平行键与Hertz-Mindlin接触模型,通过巴西劈裂实验与数值计算的结果对比,标定了平行键的参数,并建立了水下台阶爆破模型,分析了水对岩体破碎和运动的力学作用机理,研究了水下台阶块体颗粒鼓包抛掷的整个运动过程,讨论了块体速度、块体分层堆积和流场特点。结果表明:块体颗粒堆积分层与其初始速度以及位置高度有关,台阶中部块体颗粒相对位置较高,在爆炸荷载作用下水平运动距离最远,上部堵塞部分的块体颗粒受爆炸荷载作用小,其主要在重力与浮力作用下翻滚覆盖在中部块体颗粒层之上。起爆初期爆炸能量主要是破碎岩石,水体无明显流速,随着块体颗粒的鼓包抛掷运动,台阶前表面附近的流体流线速度最大,当块体颗粒开始滚动滑落时,流线则主要受到颗粒的运动形式影响。另外,FLUENT-EDEM流固耦合的数值计算模型能精确模拟水下台阶爆破块体运动问题,可为水下岩体爆破工程提供新的研究手段。

基于FDS和元胞自动机动态耦合的火灾疏散模型

为研究火灾场景下温度、烟气和CO浓度等灾害因子对疏散的影响,建立基于FDS和元胞自动机动态耦合的火灾疏散模型。将FDS的网格和元胞自动机的元胞一一对应,将由FDS运行得到的灾害数据通过Python等技术手段实时加载到元胞中,使灾害数据持续影响行人转移概率,从而实现灾害和疏散的动态耦合。以单层教学楼作为仿真场景进行模拟分析,对火源位置和热释放速率等因素进行讨论,得出这些因素对行人疏散进程的影响规律;将模型与传统软件和同类方案进行对比。研究表明,火灾导致的高温和烟气会影响行人对疏散路径和安全出口的选择;热释放速率越大,行人越早处于危险状态,同时处于危险状态的行人也越多。该模型相比传统疏散软件不仅能考虑火灾产生的致灾因子对行人疏散的动态影响,还能确定行人最早处于危险状态的位置和时间,并用可视化的方式表现出来。

高过载软回收系统内弹道双向耦合特性分析

为探究高过载软回收系统中弹前压力对内弹道的影响,在20000 g过载指标要求下,建立了弹前具有高压缓冲气体作用下的双向耦合内弹道仿真模型,采用FLUENT软件计算弹前压力,并利用UDF将弹前压力与经典内弹道进行双向耦合仿真分析。在5.51 kg装药情况下,对质量为90 kg的弹仓进行高过载仿真,结果表明:2 MPa的弹前预充气体压力会造成膛内最大压力增大2.32%;预充气体为5、8、10 MPa的情况下,弹仓的最大速度分别降低7.32%、12.36%和15.61%;弹仓质量为70 kg和80 kg时,弹仓最大速度分别增大9.63%和4.56%;气体介质种类不同对弹前压力造成影响较小,选择空气作为缓冲介质最优。以弹前压力与内弹道之间的双向耦合模型为基础,分析预充气压、弹仓质量、预充气体介质对内弹道特性的影响,为空气阻尼软回收试验的内弹道研究提供了理论参考。

基于Fluent的IGBT模块散热器的优化设计

随着新能源电动汽车功率控制器中的IGBT模块向着微型化、集成化方向发展,功率密度增大会导致芯片发热量大幅度增加,降低模块的可靠性。优化英飞凌IGBT模块的散热器结构,以提高散热器的散热性能。设计开口角度为63.256°供冷却液流通的进口和出口,在散热器前、中、后位置设计直径为4~5.5 mm、叉分式排布的扰流柱。利用ANSYS仿真软件,通过计算流体动力学(CFD)的流固耦合传热计算模型进行仿真分析。仿真结果表明,采用新型叉分式结构散热器的IGBT模块的最高温度为85.10℃,最低温度为65.28℃,平均温度为78.81℃,均低于传统均分式结构散热器模块。搭建实验平台对IGBT模块散热器的散热性能进行检测,实验结果表明新型叉分式结构散热器散热效果良好,有助于提升IGBT模块的可靠性。

基于FLUENT的二维感应耦合等离子体炬数值模拟

将等离子体作为磁流体,考虑其流体属性和电磁属性,介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发,解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法,得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布。数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布。分析了温度分布、速度分布产生的物理原因,为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导。

基于FLUENT软件和内弹道模型双向耦合的超高射频火炮发射过程模拟

弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF将FLUENT软件和经典内弹道(CIB)模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律。结果表明:FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小。

基于RELAP5和FLUENT的多尺度耦合分析方法研究

基于二次开发得到的铅冷快堆一维系统程序RELAP5_LEAD和三维计算流体力学程序FLUENT,利用动态链接库技术和FLUENT用户自定义函数,开发了多尺度耦合分析程序RELAP5/FLUENT。在单相范围内,分别利用耦合程序RELAP5/FLUENT开展简单铅冷串联管道的瞬态流动和传热模拟、简单铅冷闭式回路的瞬态流动模拟,并与RELAP5_LEAD计算结果开展Code-to-Code对比分析。研究结果表明,RELAP5/FLUENT计算结果与RELAP5_LEAD模拟结果吻合良好,耦合程序的开发取得了初步成功,可用于分析铅冷快堆堆内的复杂三维热工水力现象。

基于Fluent-EDEM耦合的茶叶红外杀青机滚筒内流场数值模拟

针对目前茶叶杀青机存在杀青不均匀、热能利用率低等缺陷,提出了一种以红外辐射为热源的滚筒式杀青机,将红外热源置于滚筒中心,采用Fluent-EDEM耦合杀青过程中的离散场、流场和温度场,并进行耦合分析,在流体软件Fluent中设置湍流模型和辐射模型,在离散元软件EDEM中建立茶叶与茶叶及茶叶与滚筒的接触模型,耦合求解计算得到杀青机滚筒内流场温度分布和杀青叶升温曲线,实现对茶叶杀青过程中流场的数值模拟,并与同型号的电加热滚筒内流场模拟结果进行比较。模拟结果表明,电加热结构的温度流场在滚筒内均匀分布,热能利用率低;而红外杀青机滚筒内流场温度分布主要集中在滚筒右部及底部,能将大部分热能直接辐射到杀青叶上,热能利用率高,该杀青装置能使杀青叶在短时间内快速升温,从而快速钝化酶的活性,提高茶叶品质。红外杀青机滚筒内的温度实测值与模拟值的相对误差约为0.99%,说明模拟过程中参数设置是合理的。

WRF-Fluent耦合模式的构建及其对城市大气扩散的精细化模拟

为了准确刻画城市环境中的复杂建筑结构对大气运动和污染物输送及扩散过程的影响,结合中尺度模式WRF和微尺度模式Fluent构建了单向耦合的WRF-Fluent模式,并将其应用于榆中县城区高架源排放情景下大气扩散的模拟研究.基于城市气象/示踪外场试验期间获取的气象数据对WRF模式的模拟性能进行验证,发现WRF能够为Fluent提供比较准确的随时间变化的气象驱动场.在此基础上,将榆中县城区三维几何模型嵌入到WRF-Fluent中,对城区内的流场及污染烟羽的时空演变过程进行精细化模拟,并将模拟结果与实测示踪物浓度数据进行比对.结果显示,WRF-Fluent模式可以很好地描述城区内的复杂三维风场结构以及污染烟羽随时间的动态变化特征,而且模拟的地面和城市冠层顶浓度最大值基本位于观测值的0.3~3倍之内,这表明构建的WRF-Fluent模式具有较好的模拟性能,可作为一种有效的工具应用于实际城市规划和空气质量改善以及环境风险评估等方面的研究.

子通道程序与CFD程序的耦合方法研究

随着多种新型堆型的发展,堆芯设计将更加紧凑,为了保证堆芯安全,要求在设计阶段尽可能地精确计算出堆芯内热工参数分布,这就需要针对特定瞬态工况开展堆芯多尺度耦合研究。本文在已有的子通道程序COBRA-EN的基础上,采用动态链接库技术将其耦合到流体动力学程序FLUENT中,开发了适用于堆芯多尺度计算的COBRA-EN/FLUENT耦合程序。进一步通过带腔室的棒束通道算例,分别测试了稳态和瞬态情况下耦合程序的计算精度,结果显示COBRA-EN与FLUENT两者的耦合是有效且可靠的。本研究成果将为新型堆芯的设计和安全分析提供可靠的工具。

核桃烘干装置内部热-流-固耦合传热分析与参数优化

针对刚采摘的青核桃含水率高的问题,设计一个核桃烘干装置模型,对青核桃进行预烘干处理及确定最优的核桃烘干参数。通过3因素3水平正交试验探究不同入口温度、入口风速和烘干时间对烘干装置内部温度、速度场以及核桃温度的影响。使用Fluent软件将核桃建模成一个3层球体,分别为核桃外壳、核桃气隙、核桃仁;分别对不同烘干参数下的烘干装置与核桃进行数值模拟研究,获得烘干装置内部温度场、速度场的分布情况以及核桃温度变化规律,得到烘干装置内部与核桃的温度变化曲线。结果表明,当入口温度为393 K,入口风速为1.7 m/s,烘干时间为45 min,烘干装置内部以及核桃的温度场分布最好,变化最均匀;通过试验验证仿真数据的可靠性,试验结果与仿真结果变化曲线一致。研究结果为确定核桃预烘干最佳工艺参数提供理论依据。

基于Fluent压光机加热辊的热流耦合数值模拟分析

针对压光机加热辊外表面温度分布不均匀的问题,采用Solidworks软件建立加热辊三维模型,再用Fluent模块进行热流耦合分析,得到了不同加热油流速条件下加热辊辊体的温度场分布和加热油的温度变化及流动状态等参数,并进行影响因素的研究,得出现有压光机加热辊加热不均匀、加热效率低的原因,为后期纸机压光辊的设计提供参考。

FDS软件在有限空间机械通风模拟中的应用研究

为指导有限空间机械通风,使用FDS软件研究机械通风过程中供热有限空间内流场、浓度场、温度场等的分布规律,同时将FDS软件模拟结果与FLUENT软件所得模拟结果进行对比分析。结果表明:机械通风过程中,检查室内风速总体较大,管沟内风速相对较小;各测点O_(2)浓度、CO_(2)浓度最终恢复至正常的时间相同,可仅以O_(2)浓度恢复情况作为衡量通风效果的代表气体;采用FDS软件获得模拟结果与FLUENT软件较一致,但在风流的湍流细节方面FDS软件结果更理想。

自适应大流量安全阀的流固耦合分析与保压实验

为提高自适应大流量安全阀关键零件的可靠性及寿命,利用UG软件建立自适应大流量安全阀关键零件的三维模型,并借助ANSYS Fluent软件对其进行了网格划分,通过单向流固耦合分析得到了一级锥阀、二级差动阀芯等关键零件的应力、应变云图;为进一步研究自适应大流量安全阀的低压密封性,利用ZF-2WG液压支架阀综合实验台对其进行了6、14 MPa 2种不同压力的打压实验。仿真及实验结果表明:一级锥阀的锥面附近区域为应力集中区域,锥尖附近区域为应变集中区域;二级阀芯4个阻尼孔靠差动腔侧的出口处为应力集中区域,二级阀芯外环形差动腔接触流体区域为应变集中区域;通过操作控制P口压力为6、14 MPa,保压时间为120 s,压力值基本保持在设定值,保压效果非常理想。

耦合消防设施的航站楼火灾演化机理研究

机场航站楼属于大型公共建筑,一旦发生火灾易造成烟气聚集且导致人员疏散困难,传统消防设施难以满足此类建筑的消防需求。本文针对耦合消防设施的演化机理进行研究,首先建立航站楼候机厅建筑信息模型(BIM,building information modeling),然后通过火灾动态模拟器(FDS,fire dynamics simulator)对航站楼候机厅进行不同场景下的火灾模拟,进而得到不同场景、不同区域下的喷淋、烟气层高度、能见度、热释放速率等指标数据,并根据其变化过程分析火灾演化机理。研究结果表明,针对航站楼这种具有特殊性的公共建筑,耦合消防设施和消防设施未启动情况下火灾演化机理具有显著差异。同时,模拟结果可以为航站楼消防设计的优化和应急疏散方案的制定提供思路。

基于JMCT和FLUENT的物理-热工耦合计算

基于蒙特卡罗程序JMCT2. 2和商用CFD程序FLUENT,通过C++语言,采用外耦合的方式开发了一套耦合接口程序。利用JMCT网格和FLUENT计算域之间一一映射的方式完成物理模型和CFD模型之间的网格匹配,实现了物理模型的简单划分和CFD模型网格的精细划分。利用该耦合程序计算了压水堆单根燃料棒模型和3×3带水洞的燃料子组件模型,并与MCNP与FLUENT耦合计算结果进行对比。计算结果表明,使用本文的方法,耦合JMCT程序与FLUENT程序能够用于物理-热工耦合计算并准确提供其反馈参数。

Flowm aster与Fluent耦合接口技术研究

在进行复杂的流体系统计算时,单一维度的模拟计算难以同时满足模拟精度及计算周期的要求。本文以Flowmaster和Fluent为对象,基于C#平台开发了一/三维耦合程序。并建立Y形管道一维、三维模型,通过耦合程序实现了Y形管道Flowmaster和Fluent的耦合计算。结果表明,Flowmaster和Fluent互相传递的质量流量、压力、温度等参数吻合良好,耦合程序能有效实现一/三维软件的数据传递。

基于Fluent的蛇管换热器耦合传热数值模拟

结合某工程项目中蛇管换热器的结构和工艺参数,利用Fluent软件对蛇管换热器进行耦合传热数值模拟,得到管壳程的速度、压力和温度分布信息,计算得出管壳程出口温度、压降和换热量,并将模拟结果与经验计算值进行了比较,相对误差分别为3.0%、0.1%、2.4%、28.0%和1.2%,模拟结果可靠,为蛇管换热器换热面积和压降的校核计算提供了新的方法和途径。

基于Fluent的低空浮空器热特性研究

该文针对浮空器的多流场耦合分析需要,利用Fluent对浮空器的热特性展开数值模拟研究。通过将浮空器蒙皮简化成零厚度壁面,结合气囊内外流场的耦合计算,获得蒙皮表面的内外对流量;利用UDF的Profile宏加载太阳辐射和长波辐射换热量。计算典型季节不同时间点下,蒙皮外表面温度分布和氦气温度变化规律。结果表明,蒙皮表面极值温度位置受对流换热的影响位于浮空器尾部;同一典型日期下,蒙皮表面昼夜温度变化范围在3~8 K,且极大值变化大于极小值变化;氦气平均温度变化范围在5 K以内,且与蒙皮表面温度变化趋势一致。研究结果对于保障浮空器的安全运行具有一定帮助,也为后期浮空器传热-流动-结构的多场耦合计算奠定基础。

基于EDEM和FLUENT耦合模拟的煤泥颗粒分选可行性研究

本文以煤泥颗粒分选为研究对象,通过对煤泥颗粒分选的理论分析,为解决单一CFD数值模拟的局限性,引入EDM离散元素分析法来分析颗粒分选时颗粒的运动情况。分别在EDEM和Fluent设置边界条件开启耦合仿真。结果表明:EDEM和Fluent耦合仿真分析,在CFD仿真的基础可以更直观的观察颗粒分选过程中,可以在EDEM软件中直观的观察分析颗粒分选时的运动情况,并可以对颗粒进一步数据处理,为下一步建立真机煤泥分选模型对不同颗粒分选行为做进一步分析,具有工程实际运用价值。