基于RANS/LES混合方法的三维L型弯管流场特性数值模拟

L型弯管是船用典型部件,可实现流体质量输运和热量交换等功能。由于弯曲段曲率的影响,其内部流动十分复杂。传统的雷诺平均方法(RANS)无法模拟弯曲段的复杂流动,而大涡模拟方法(LES)则计算量太大。为此,采用RANS/LES混合方法对经典L型弯管进行数值模拟研究,该方法在近壁面区域采用RANS方法,在湍流核心区采用LES方法,不仅可保持模拟精度,而且网格需求量较低更适用于工程应用。针对商软中的2类RANS/LES方法——脱体涡方法(IDDES)及应力混合涡模拟(SBES)方法,比较分析其在L型弯管内部流场仿真方面的优劣,并同时考虑流向曲率修正的影响。结果表明:SBES方法对弯管内二次流(迪恩涡)的预测能力优于IDDES方法,且曲率修正模型可进一步改善SBES方法的仿真结果。

弗朗索瓦·邦的数字写作及其启示——以Le Tiers Livre网站为例

弗朗索瓦·邦是较早利用网络技术进行数字实践与数字写作的法国当代作家。他在自创的Le Tiers Livre网站进行了形式多样的数字写作:添加对作品的总体评论;通过超链接形式在不同作品之间建立联系;续写;纸质版与网络版作品互为补充;通过添加对作品整体与局部的详细评论变旧书为新作;等等。通过不断评论、修改、续写、利用自己的旧文本,邦在旧作品的基础上获得了全新的作品,实现了文学创作形式的更新,同时也推动人们在技术时代对文学创作与观念进行更为深入的反思。

亚临界区圆柱绕流相干结构壁面模化混合RANS/LES模型

本文发展了一种具有壁面模化大涡模拟能力的雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)和大涡模拟(LES)方法的混合模型(简称WM-HRL模型),致力于对亚临界区雷诺数钝体绕流相干结构这类复杂流动现象进行高置信度的CFD解析模拟研究.该方法通过一个仅与当地网格空间分布尺寸有关的湍动能解析度指标参数rk即可实现从RANS到LES的无缝快速转换,并且RANS/LES混合转换区的边界位置及其各个分区(包括RANS区、LES区及RANS/LES混合转换区)对湍动能的解析能力均可通过两个指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则进行预先设定.通过对雷诺数Re=3900下圆柱绕流场的系列数值模拟研究,获得了能够高置信度解析并捕捉其绕流场中三维时空瞬态发展相干结构特性的湍动能解析度指标参数nrk1-Q和nrk2-Q准则的组合条件.研究表明,该WM-HRL模型不仅能够准确获取圆柱绕流场中剪切层小尺度K-H不稳定性结构的精细谱结构,而且在同一套网格系统下通过变化湍动能解析度指标参数nrk2-Q和nrk1-Q准则的组合条件,还可以精细解析圆柱绕流场中两类不同回流区的长度结构特征,及其对应的圆柱尾部近壁面处V和U形两个平均流向速度剖面的分支结构特性.

基于WRF-LES模式的大气边界层近地风场精细化模拟研究

台风等极端气象灾害对工程结构安全造成严重威胁,研究近地面大气边界层精细化模拟对于土木工程具有重要应用价值.数值天气预报系统(WRF)中的大涡模拟(LES)模块具有参数方案多、精度高等优点,适用于近地面风场精细化模拟,但数值天气预报-大涡模拟(WRF-LES)精细化模拟效果与参数设置密切相关.寻求适用于精细化模拟近地面风场的参数设置,选用WRF-LES模式中的几种次网格模型和空间差分格式,采用较细密的网格分辨率,进行理想大气边界层模拟.对比平均风速剖面、湍流强度剖面和功率谱等风场特性,讨论关键参数对近地面风场模拟精度的影响,确定合适的参数设置.研究表明:对次网格模型,非线性回波散射和各向异性(NBA1)模型可有效改善近地面风场模拟精度;对网格方案,在计算域底部不均匀加密垂直网格可更好地描述近地面风场空间分布特征,有效减小计算资源;对空间差分格式,偶数阶差分相较奇数阶差分格式可捕获更小尺度湍流结构.所提出的WRF-LES模式参数方案,可为精细化模拟近地面风场和台风边界层提供技术参考.

基于LES湍流模型的角形喷嘴数值模拟

针对RANS方法存在空化流场预测不准确的问题,通过采用大涡模拟(LES)对角形喷嘴进行数值模拟来获得其瞬时速度场以及空化云分布。通过对其流场进一步分析,揭示了空化水射流在发展过程中漩涡结构与空化之间的关系以及不同压力下的射流分布特征,为工程实践应用及空化射流机理提供了理论参考。

上颌骨改良Le FortⅠ型截骨术的三维建模和术后咬合有限元分析

目的根据CT扫描数据,基于4种软件建立光顺的上颌骨三维几何模型,模拟改良Le FortⅠ型截骨术及固定方案,对患者术后咬合情况进行有限元分析。方法使用Mimics软件初步处理CT图像,建立STL模型。将模型导入Inspire Studio软件中,建立光滑的PolyNURBS几何模型。使用SpaceClaim软件,模拟手术截骨及钛板、钛钉固定方案。使用ANSYS Workbench软件,对术后患者咬合情况进行三维有限元分析。结果仿真结果显示,在磨牙咬合状态下有限元模型的连接关系建立准确无误。在共计6 N的咬合力作用下,钛板最大等效应力为73 MPa。结论本研究采用的上颌骨建模和分析方法可获得适用于仿真分析的光滑几何模型,有限元分析结果可以为各类正颌手术的固定方案提供参考。

基于LES模型的箱涵式进水流道水中消涡装置分析

为解决某泵站箱涵式进水流道内部水涡问题,以该泵站箱涵式进水流道为研究对象,基于LES模型,求解5种不同消涡方案对应的箱涵式进水流道内部水涡时空演变过程,定量对比喇叭口处旋涡中心平均涡量变化。结果表明:采用流线型消涡锥和后消涡板方案箱涵式进水流道消涡的效果最佳,相比原方案旋涡涡心的平均涡量降低96.53%,喇叭管进口面的轴向速度分布均匀度为95.7%,速度加权平均角为86.4°,消涡效果较好。

基于Le Bissonnais法揭示桉树人工林土壤团聚体的崩解机制

以广西国有大桂山林场为研究区域,选择连栽第1代(Ⅰ)、第2代(Ⅱ)、第3代(Ⅲ)桉树人工林为研究对象。采集0~20 cm和20~40 cm土层原状土样,通过传统湿筛法和Le Bissonnais(LB)法探究土壤团聚体稳定性的变化规律,其中LB法包括快速湿润(FW)、慢速湿润(SW)和预湿扰动(WS)处理。结果表明,桉树人工林土壤主要以>2mm团聚体为主。在不同湿润处理下,土壤团聚体稳定性指标MWD和GMD值均表现为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ,说明连栽第3代的桉树人工林土壤团聚体稳定性最高。在桉树人工林中,MWD和GMD值随着土层深度的增加而减少,表明表层土壤团聚体稳定性较高于底层。在LB法的3种湿润处理中,桉树人工林土壤团聚体MWD和GMD值均表现为WS>SW>FW,表明FW处理对本研究区域的土壤团聚体破坏最大。该处理是模拟大雨突然来临时的情形,其破坏机制是团聚体内闭蓄空气被快速压缩而产生的气爆作用。因此,适当增加林下植被覆盖度则有利于桉树人工林土壤结构的改善。

基于RANS和LES的高大空间建筑气流组织仿真和热舒适度评价方法

针对大空间建筑的暖通空调设计,开展气流组织分析和热舒适评价对于改善室内环境热舒适度和降低能耗具有重要意义。结合基于雷诺时均方程的稳态分析和基于大涡模拟的瞬态分析这2种计算流体力学分析方法的特点,建立了高大空间建筑气流组织仿真方案和热舒适度评价方法。利用稳态分析计算消耗较小的特点,开展多工况热舒适度和空气质量评价;选取典型工况实施计算消耗较大的瞬态分析,获取空气调节全过程,给出室内温度达到设定温度所需要的空调运行时间,从而优化空调运行策略,降低能耗。基于实验结果对2种方法的准确性进行了验证,介绍了所用方法在实际工程项目中的应用,供其他工程参考。

上颌Le Fort Ⅰ型截骨术对鼻形态影响的研究进展

上颌Le Fort Ⅰ型截骨术是正颌外科中矫治上颌骨畸形最常采用术式之一。但是,上颌骨的移动、肌肉的剥离会影响周围软组织的形态,其中鼻形态的改变越来越受到重视。已有研究报道,正颌手术后鼻形态的不利改变是降低患者手术满意度的主要原因之一。明确上颌Le Fort Ⅰ型截骨术对鼻形态的影响能够帮助医生更准确地预测术后鼻形态的变化,从而优化手术设计、提高医患沟通效率。本文将对上颌Le Fort Ⅰ型截骨术后鼻部形态变化的研究进展作一综述,旨在为临床实践提供相应的参考。

基于WRF-LES的崇礼复杂地形局地风场模拟研究

采用四重嵌套的WRF-LES,针对2022年北京冬奥会张家口崇礼赛区开展局地风场模拟试验,基于地面自动气象站和激光雷达观测资料,对一次晴空高压系统控制下的具有明显局地风环流特征的天气个例模拟结果进行检验评估。文中引入了STRM130 m地形数据、glc201527 m土地利用数据和CL‐DAS的土壤湿度数据用以提高模拟结果的准确性,并设计了敏感性试验来探讨不同资料对模拟结果的影响。结果表明:(1)WRF-LES能够呈现出复杂地形下局地风场的时空变化特征,各站风向绝对误差在10°~60°,风速绝对误差在0.5~2 m·s^(-1)。在山谷和山沟区域,模拟风场和观测风场都表现出明显的日变化特征,海拔较高站点的误差比海拔相对较低站点的误差更小。海拔较低站点在山谷风或上下坡风发展稳定时段风向误差较小,风向转换时段误差较大。(2)更新地形、土地利用以及CLDAS土壤湿度初始场对模拟结果都有一定程度改善。其中更新CLDAS土壤湿度初始场对风向和2 m气温的改善效果最为明显,风向绝对误差减小4.26°,2 m气温绝对误差减小0.84℃。更新土地利用对风速的改善效果最明显,风速绝对误差减小0.32 m·s^(-1)。(3)CLDAS土壤湿度较ERA5的土壤湿度明显偏小,较小的土壤湿度会使土壤具有低传导率或低热容量,这种状态会导致地表温度在白天的升温幅度和夜间的降温幅度都增大,较强的白天增温垂直高度可延伸至700~900 m,较强的夜间降温垂直高度在200 m以下,与此同时,较小土壤湿度也会使白天低层风速增大,这些特征在山谷和山沟中更为明显。

上颌Le FortⅠ前徙术与前份根尖下截骨后退术术后软组织变化的比较研究

目的测量不同上颌骨正颌术式前后鼻唇区域软组织变化,分析可能导致变化的因素。方法2017—2021年于四川大学华西口腔医院正颌及关节外科住院行正颌手术的患者37例,其中因上颌后缩行上颌骨Le FortⅠ型骨切开前徙术(LFIA)的患者18例,因上颌前突行上颌骨前份根尖下截骨后退术(AMOS)的患者19例。收集其术前即刻和术后6~12个月的螺旋CT影像,通过Mimics和3-Matic软件进行三维重建和匹配,测量软硬组织标志点变化。使用GraphPad Prism软件进行统计学分析,显著性水平α=0.05。结果2种术式术后最主要的软组织变化均发生在上唇区域且改变方向与骨组织移动方向相同。在前后向软组织改变上,LFIA组软硬组织改变的比例为0.628,而AMOS组为0.465。颊部和鼻尖软组织在2种术式后均发生了前移,其中AMDS组中颊部软组织前移的量与软组织厚度的改变具有显著正相关性。在垂直向软组织变化上,LFIA组鼻尖点发生上抬且其距离与颌骨前徙距离具有显著正相关性,AMOS组上唇缘点发生下降且其距离与颌骨后退距离具有显著正相关性。在水平向软组织变化上,鼻翼宽度在行2种术式后均出现增宽,但在AMOS组中鼻翼宽度增宽量与后退距离呈显著负相关。结论AMOS和LFIA术后的鼻唇区域软组织改变与颌骨移动量及方向具有显著相关性。上唇前后向改变与颌骨移动距离具有显著正相关性,鼻翼宽度改变与上颌骨后退距离具有相关性。以上相关性的发现可能帮助临床医生更准确地判断鼻唇区域的软硬组织改变。

铝合金中Portevin-Le Chatelier效应的研究进展

铝合金具有高的比强度与耐蚀性,在航空航天及轨道交通领域应用广泛。作为一种常见于铝合金中的塑性不稳定现象,Portevin-Le Chatelier(PLC)效应是一种典型的多尺度效应。该效应在宏观尺度上表现为,在一定温度和应变速率范围内,材料塑性变形呈现锯齿状波动的应力-应变曲线,并在试样表面伴随出现局部变形带;而在微观尺度上,这种现象则涉及位错与溶质原子间的动态交互作用。室温下铝合金形变过程中可能伴随的PLC效应会造成其塑性的降低和表面粗糙化,影响其可成型性及力学服役性能,一定程度上制约了其工程应用。因此,研究铝合金PLC效应的外在表现和内在机理具有重要的理论意义和工业应用价值。主要从类型特点、机理分析、影响因素和发展趋势4个方面对铝合金PLC效应的研究进展进行综述讨论:首先介绍了3种常见的PLC效应类型,重点阐述其分类标准、各自特点以及存在的类型转变;其次从动态应变时效理论的发展出发,描述了现阶段对PLC效应的主要理论解释;进而以温度、应变速率、晶粒尺寸、沉淀相颗粒等为代表,讨论了多种因素对铝合金PLC效应的影响;最后对铝合金PLC效应的研究发展趋势进行了展望。

基于LES的螺旋桨精细流场特性分析与研究

为了研究大侧斜螺旋桨的精细流场,采用有限体积法结合大涡模拟(LES)模型,对E1619螺旋桨的速度场、压力场、涡量场和湍动能场进行不同程度的分析。模拟结果表明:大涡模拟很好地捕捉了尾流涡结构,梢涡互感合并的本质是相邻的下游梢涡将上游梢涡推向尾流轴向速度较高的内半径区域,梢涡与相邻上游梢涡的随边涡符号相同,导致他们相互吸引;近场轮毂涡比梢涡强度更高是因为轮毂涡包含了叶根涡,且其衰减速度更快;外半径湍动能极大值在梢涡处,且梢涡的不稳定现象极大地影响了外半径湍动能的变化,内半径湍动能先减小后增大,其增大原因是梢涡失稳导致轮毂涡振荡产生湍流。

上颌骨Le Fort Ⅰ型截骨术后上颌窦炎的研究现状

上颌窦炎是Le Fort Ⅰ型截骨术后常见的并发症,对正颌术后的骨质愈合等非常不利。明确Le Fort Ⅰ型截骨术后上颌窦炎发生的相关因素,针对性采取预防措施,早期发现与及时治疗,对于降低上颌窦炎的发生率,加快患者术后康复,以及提升患者术后生活质量具有重要意义。本文就上颌骨Le Fort Ⅰ型截骨术后并发上颌窦炎的影响、病因、诊断、治疗和预防等进行总结,为正颌外科相关医护人员早期诊治上颌窦炎提供参考。

基于LES-FGM方法的部分预混湍流燃烧中间组分模拟

基于FGM建表燃烧模型对德国达姆施塔特工业大学的MRB部分预混湍流火焰开展大涡模拟,并对比研究了预混和部分预混FGM建表方法对模拟的影响.结果表明,不同建表方法对MRB火焰结构、速度分布和主要组分分布等影响较小,但部分预混建表能显著提升中间组分CO和H_(2)的模拟可靠性.其根本原因是部分预混建表使用了对冲火焰模型,能够充分引入燃空混合过程对中间组分的影响.通过添加额外的组分输运方程可提升预混火焰建表对中间组分模拟的可靠性,且前人提出的拉伸作用在该火焰中影响较小.该研究为基于建表方法的部分预混湍流燃烧准确模拟提供了重要参考.

基于WRF-LES的门头沟地区近地面风场模拟与边界层方案敏感性研究

近地面风场与人类生活密切相关,精细准确的风场模拟可以为气象实况产品提供数据支撑。目前,中尺度模式的时空分辨率无法满足局地精细化模拟的需求,因此本研究基于中尺度模式(WRF)内层嵌套大涡模拟(LES),采用五层双向嵌套在门头沟东部区域展开百米近地面风场模拟。结合地面观测,设计边界层和亚网格模型敏感性试验,对比1 km分辨率下YSU和LES边界层方案对里层嵌套的影响,检验和评估不同亚网格模型在真实大气中的适用性。结果表明,在中微尺度过渡分辨率1 km开启YSU边界层较LES边界方案模拟效果更佳,在保持捕捉湍流细节的能力下,拥有较低的误差。不同的亚网格敏感性试验中,1.5TKE,SMAG,1.5TKE_NBA和SMAG_NBA四种亚网格模型差异较小,统计指标上,SMAG的均方根误差最低,相关系数最高。同时,四种亚网格模型依旧存在模式本身造成的高值低估,低值高估的现象,SMAG在风矢量分布和风速风向概率密度分布中与观测最为接近。在风场的瞬时空间分布上,SMAG_NBA表现出对细小的湍流捕捉能力的优势。

改良鼻旁植骨减少Le FortⅠ型截骨术后上颌骨垂直向复发的探讨

目的:探讨改良鼻旁植骨是否能减少Le Fort 1型截骨下降手术术后上颌骨垂直向的复发。方法:选择双颌手术中上颌骨下降幅度>3 mm的患者30例,分为改良鼻旁植骨组和非改良鼻旁植骨组。利用术前(T0)、术后3天(T1)和术后6个月(T2)的颌面CT数据对上颌骨位置进行三维测量;同时利用T1与T2的CT数据计算植骨块厚度的变化。采用SPSS 22.0软件包对数据进行统计学分析。结果:术后6个月,在垂直方向上,改良鼻旁植骨组上切牙点复发量为(0.54±0.35)mm,非改良鼻旁植骨组上切牙点复发量为(1.18±0.76)mm(P=0.3997)。2组在前后、水平方向的复发率无显著差异。改良鼻旁植骨组的植骨块厚度降低(11.75±6.25)%,非改良鼻旁植骨组的植骨块厚度降低(33.77±11.56)%(P<0.0001)。结果:改良鼻旁植骨可有效减少植骨块吸收,以及术后上颌骨垂直向复发。

基于RANS/LES混合方法的箱梁气动导纳函数研究

为了研究RANS/LES(Reynolds-averaged navier-stokes/large eddy simulation)混合方法在桥梁非定常气动力的应用以及大积分尺度湍流中桥梁断面的气动导纳函数,首先选取3种典型的RANS/LES混合方法,即SBES(stress-blended eddy simulation)方法、SAS(scale-adaptive simulation)方法、WMLES(wall-modeled LES)方法,分别对3种方法的特点和适用性进行简要的概述,然后在均匀流中将其用于箱梁断面和分离式双箱梁断面气动力的计算,最后在提出的改进湍流合成方法基础上,实现了与实际桥位处积分尺度类似的大积分尺度湍流模拟,在此流场中识别了箱梁断面的气动导纳函数。数值计算结果表明,SBES方法适用于弱流动不稳定和强流动不稳定流场气动力的模拟,SAS方法仅适用于显著流动分离的断面,而WMLES方法对两种断面整体表现都较差。对于流线型箱梁断面,大积分尺度湍流场中识别的升力气动导纳在低频处大于Sears函数和小尺度湍流场中的结果,并显著大于节段模型风洞试验结果。在高频处大积分尺度湍流场的结果与小尺度湍流场以及风洞试验结果吻合较好。研究结果表明,将传统小尺度格栅湍流场风洞试验识别的气动导纳用于桥梁抖振分析时,会导致低频处的抖振力显著偏小。

基于RANS/LES混合方法的近岸水域波浪增阻影响的数值模拟

分析船舶在近岸水域航行时所受波浪增阻大小的影响因素,以寻求降低波浪增阻的方法。基于近岸水域中船舶阻力理论,采用雷诺平均(RANS)和大涡模拟(LES)相结合的方法进行数值求解,并运用两相流方法和造波消波技术建立数值水池模型。用Fluent求解器对船舶在不同工况下的波浪增阻进行数值模拟。试验结果表明:用该方法对近岸水域航行的船舶进行波浪增阻的数值模拟可有效提高计算机运算效率,在粗糙网格层面上得到的计算结果精度良好;船舶在近岸水域中航行时的波浪增阻随波高的增加而增加,并且与船体湿润面积呈正相关;船舶在近岸水域以中低速航行时所受波浪增阻随弗劳德数的增加而增加。该研究为近岸水域通航船舶减小航行阻力提供了可行的方法与思路。