网格Peclet数和网格尺寸对对流扩散方程差分格式精度的影响

用泰勒级数展开法对对流扩散方程中的扩散项进行了理论分析，从而证明对于给定的差分格式，不仅网格Ｐｅｃｌｅｔ数不能任意选取，而且网格尺寸也不能随意设定。用四种格式对一维有源对流扩散方程进行了计算，结果表明网格尺寸对差分格式精度的影响比网格Ｐｅｃｌｅｔ数更明显。为了得到真实可靠的结果，所用差分格式的阶数愈高，相应的网格尺寸就必须愈小。二阶以上的高精度迎风差分格式与二阶迎风格式相比，并无明显的优势，建议一般不必要采用二阶以上的高精度差分格式。

变异Henry问题检验网格Peclet数在数值计算中的重要性

有限元法是求解地下水流和溶质运移对流-弥散方程的常用数值方法,它可以精确高效地处理以弥散为主的问题,但求解以对流为主的问题易引起显著的数值振荡。通过Galerkin有限元法对变异Henry问题进行模拟求解,得到了用不同的剖分网格及水动力弥散系数时,在特选节点处的浓度穿透曲线,分析并找到了浓度振荡的原因及合适的消除方法,即若出现浓度数值解在某值附近振荡,可以通过加密网格或增加水动力弥散系数将其消除。模拟结果及其分析表明:即使是研究区域相同,不同的边界条件、不同的水动力弥散系数对网格精度的要求不同;换言之,同一网格对不同模型参数的有效性也不同。网格Peclet数能够有效地判定给定的网格剖分是否会引起浓度振荡,对有限元法数值计算的网格剖分具有指导意义。

多分散低Peclet数稳定具势系统中粒子的沉降

特殊函数展开法被用于解决多分散具势悬浮体系中粒子的沉降问题。以 Ｌｅｇｅ ｎｄｒｅ 多项式为基对对分布函数做展开， 导出了计算对分布函数的递推公式， 形式上给出了沉降系数的积分公式。文献［９］ 对粒子间势的处理方法被用于问题的进一步研究。结果表明，具势粒子系统的沉降较硬粒子情况更为复杂。粒子间势对粒子的沉降有重要影响， 当双电荷层厚度小于某一临界值时， 系统会从稳定的变成不稳定的， 从阻滞沉降转化成加速沉降。

塔板上液体混合池数与Peclet数之间的关系

提出了一个从已知的Peclet数确定塔板上液体混合池数的关联式。经计算结果比较,表明该关系式具有较高的精确度。在相同条件下,由混合池模型和扩散模型所计算的塔板效率,平均偏差为0.024%,最大偏差不超过0.40%。应用Ashley等和Eduljee的Pe～n关系式,平均误差分别为0.44%和0.29%,最大误差分别为-4.64%和1.93%。

滴流床的压降和持液量

以α-甲基苯乙烯加氢系统为对象,研究滴流床的流体力学特征,在冷态条件下测定了滴流床内压降和持液量,得到压降、动持液量与气速和液速的关系式。结果表明压降梯度受气速影响较液速大,动持液量受液速影响较气速大。气速增加,床层压降增大,动持液量减小;静持液量只与体系的物性、填料物性、装填方式等有关,与反应条件无关。另外,在零气速条件下,用KOH作为示踪剂,采用脉冲注入法,研究了滴流床的停留时间分布,得到床层的Peclet准数与液速的关系,Peclet准数随着液速的增加按指数级增加。

三维交叉裂隙渗流传质特性数值模拟

对交叉裂隙渗流传质特性的定量描述是研究整个裂隙网络渗透传质特性的基础。为真实模拟水流及溶质在三维交叉裂隙中的运移过程,首先通过三维轮廓仪获取天然岩石裂隙表面的形貌数据,再应用三维重构技术生成相应的三维交叉裂隙模型,随后求解Navier-Stokes方程,假定溶质运移满足Fick定律,模拟水流和溶质在三维交叉裂隙中的运移过程。通过对比粗糙裂隙模型与平行平板模型的模拟结果发现:粗糙度对流体的分布及流动状态存在显著的影响;不同进、出口工况下的流体流动及溶质运移状态亦表明:裂隙交叉的几何形貌会显著地影响溶质混合行为。这些结果表明,目前被广泛采用的平行平板模型在评估岩体内特别是交叉口的物质运移特性时将导致较大的偏差,在将来的研究中有必要针对裂隙交叉口的几何特征建立修正的模型以提高评估的准确性。

地下水渗流对地埋管传热影响的理论分析

根据有渗流时无限大介质中线热源温度响应的解析解,讨论了在不同地下水流速和土壤热物性条件下,地下水渗流对地埋管与周围土壤的换热影响;并介绍了在地埋管换热器设计中,选择Pe数作为是否应考虑地下水渗流因素的判别条件。

河流混合污染物浓度二维移流扩散方程的解析计算及其简化计算的条件Ⅱ:顺直河流考虑边界反射

在保守物质恒定连续点源条件下,从包含河流纵向扩散项的二维移流扩散方程解析解出发,考虑两岸边界反射作用,给出了河流污染物浓度的二维解析计算方法及污染物的无量纲浓度分布方程。定义了能综合反映纵向移流作用与纵向、横向扩散作用比值的修正贝克来数Pw。在Pw相等以及在相对浓度达到10-6的精度条件下,通过数值计算给出了边界反射次数与修正贝克来数的回归关系式。当Pw≥7.5,忽略纵向扩散项的条件下,岸边排放与中心排放浓度分布的一半具有自动相似性。给出了河流污染物相对浓度分布、排放岸和对岸特征浓度点的无量纲纵坐标以及全断面均匀混合的无量纲距离与修正贝克来数Pw之间的关系曲线。研究结果论证了以修正贝克来数作为移流扩散方程简化的判据,并据此给出考虑边界反射时移流扩散方程的简化条件,其是可行的。

华北平原主要城市浅层岩土综合导热能力研究——基于现场热响应试验分析

现场热响应试验方法可以获得换热深度内岩土体热物性参数的平均值,能够较真实地模拟地源热泵的实际运行情况,在地源热泵工程勘查设计阶段得到了广泛的应用。本文基于华北平原89个钻孔的热响应试验数据,对地表以下200 m深度内岩土体的综合导热能力进行分析,并对影响综合热导率的因素进行了探讨。结果表明,华北地区综合热导率大部分处于1.50~2.16 W/(m·K)之间(25%<累积概率<75%)。在富水性较好、岩石颗粒粗、地下水径流速度较快的区域,地埋管换热器的换热效果明显高于富水性差、岩石颗粒细、地下水径流速度慢的地区。地层岩性、含水率特征和地下水径流条件是影响岩土体综合热导率的主要因素。其中200m深度以内不同地区岩土体的岩性组成各不相同、地下水位埋深不同,是造成综合热导率差异的重要影响因素,地下水径流对岩土体的综合导热能力有促进作用。用无量纲Peclet值(Pe)判断地下水流动对换热过程影响的大小,在0.28<Pe<0.84的情况下,Pe值增加47%,岩土体综合导热能力增加7.56%。

一维多孔介质中气体渗流与多相气固反应分析

考虑到气体的压缩性,按渗流力学给出了多孔介质中的非均匀流场,并进一步研究多孔介质内的多相气固反应和传输。与不可压缩气体对流、反应、扩散的比较表明,两种流动的孔隙压力分布差别很小,但渗流速度的差别却较大。由于小的速度差会引起Peclet数的大的差别,最终引起气体浓度的较大差别,因而有必要考虑气体的压缩性。入口处的流速与多孔介质内由于气体膨胀产生的附加速度是有实质差别的两种对流,前者使气体浓度上升,后者使其浓度下降。对流对反应气体和产物气体传输的影响不同,但这仅是表面现象的不同,对流的本质不变。对颗粒堆积的多孔介质,颗粒半径和孔隙率越小,以Mach数作为判别气体压缩性是否可以忽略的指标就越不合理。因此对多孔介质中的气体流动,应该用压降作指标判别是否可以忽略气体的压缩性。

桩墩壅水数值计算方法

利用已有的物理模型试验成果,建立平面二维水动力数值模型,对桩墩的壅水进行计算,探讨几种紊动黏性取值方式对壅水计算的影响。研究结果表明:桩墩壅水的计算值与实测值吻合较好,验证了数学模型的合理性;利用选取常量、控制计算单元Peclet数以及应用Smagorinsky方程等3种紊动黏性取值方式均可以成功地进行壅水计算,其中以Smagorinsky方法最优。

热流测量中垂向地下水运动干扰的校正方法

本文提出了一种地表热流测量中垂向地下水干扰的校正方法．并以江西萍乡和福建安溪的二个钻孔为例，说明了热流校正的具体过程．由于地下水对流传热的影响，垂向地下水渗透层内温度和热流随深度均呈指数分布．通过对钻孔测温数据的一维垂向Ｐｅｃｌｅｔ数分析，可以确定渗透层内传导和对流热流分量以及热流的构成，从而得到未受地下水对流干扰的区域背景热流．这一方法不仅适用于渗透率结构均一的介质，也可用于水平层状介质．

边界条件对对流扩散方程数值稳定性的影响

本文利用数值计算方法对采用均分网格的一维线性无源的对流－扩散方程在各种边界条件下的稳定性进行了分析，燕求出了不同边界条件下一维问题的中心差分和ＱＵＩＣＫ格式的临界网格Ｐｅｃｌｅｔ数。指出按现有方法得出的临界网格Ｐｅｃｌｅｔ数是判别差分格式对流数值稳定性的最苛刻的要求。对中心差分和ＱＵＩＣＫ格式，除两点边值问题以外的其它边界条件下的稳定性范围均不小于或远远大于两点边值问题的稳定性范围。通过计算还得出了格式的数值稳定性主要取决于计算区域下游侧的边界条件类型而与计算区域上游侧的边界条件类型无关的结论。

对流扩散方程不同格式的数值稳定性分析

利用数值计算方法对一维、线性、无源、两点边值问题的对流扩散方程在均分网格下不同格式的稳定性进行了分析,通过理论推导和实际计算,得出了上述条件下中心差分格式(CD)、QUICK格式和稳定性可控(SCSD)格式的PΔcr数,并对稳定性可以保证的(SGSD)差分格式进行分析探讨,验证了数值稳定性是格式固有的属性。在此基础上,二维问题进行数值计算,以资为复杂的多维问题对流离散格式的稳定性分析提供依据。

纳米粒在干粉吸入剂上的应用进展

介绍纳米粒在干粉吸入剂上的应用进展,分析纳米粒应用于干粉吸入剂上的优势,并结合实例较为系统地介绍供吸入的大粒径中空纳米聚集体的制备方法及形成机制。喷雾干燥法可制备供吸入的大粒径中空纳米聚集体,其形成机制可通过扩散特性参数Peclet数来解释。由于纳米粒在肿瘤靶向性方面的优势和大粒径中空粒子优良的沉积性能,大粒径中空纳米聚集体在干粉吸入剂上具有独特的优势。

对流扩散对多孔介质气固反应的影响

针对填充床中的气固反应aA(g)+bB(s)=cC(g)+dD(s),在微元体动力学研究的基础上,考虑到气体的压缩性和惰性组分的存在,从渗流力学观点出发,导出了反应气体与产物气体的非线性对流反应扩散方程和混合流体渗流方程,用有效容积法求方程的数值解,通过实例计算,分析了不同条件下的反应转化情况.结果表明,颗粒尺度和反应器长度对反应进程有明显影响,这些影响可以用Thiele数、Peclet数及它们的比值来衡量,适当选取颗粒尺度和反应器长度可以改善反应器性能.

环抱式港池水体交换研究——以连云港徐圩港区为例

环抱式港池普遍存在水体交换能力较弱的问题,水体交换通道是提高港区水体交换能力主要方法之一。文中以规划中的连云港徐圩港区为例,建立对流扩散模型,通过计算研究徐圩港区对流与扩散之间的关系,分析港区水体交换机理和主要影响因素;通过设置水体交换通道探讨其对港区水体交换功能改善的主要影响因素。研究表明:对流作用在徐圩港区水体交换中占有绝对优势,增大流速可提高港区的水体交换能力;水体交换通道的断面面积及断面形状对港区的水体交换效果影响较大。

贝克利数对圆管流道交变流动传热的影响分析

从可压缩黏性流体的一般控制方程出发,通过数值模拟,研究管内可压缩层流交变流动传热现象,重点关注贝克利数对于传热的影响。采用离散傅立叶级数的形式表征管内交变流动传热特性,研究表明采用五阶级数拟合值与原始数据的相对误差可小于10%。给出了贝克利数为2和300时,一个周期内交变流动传热过程的计算结果,并进行了对比分析。根据模拟计算结果,分析了时均努塞尔数(即0阶努塞尔数)随贝克利数的变化关系。

全球地表热流的产生与分布

全球地表热流是反映地球内部热与动力学过程的一种主要能流 .本文在三维球坐标框架下 ,就几个不同的粘度模型分别研究地幔内部密度异常 (基于全球地震层析结果 )以及板块运动激发的地幔流动的热效应及其对于观测地表热流产生和分布特征的贡献 .由于地幔动力系统具有较高的Pe数 ,可以期望由板块运动激发的地幔流动将强烈地扰动地幔内部初始传导状态下的温度场以及地表热的热流分布 .结果表明 ,与地幔内部密度异常产生的热效应相比 ,运动的板块及其激发的地幔流动在全球地表观测热流的产生和分布特征上起着更为重要的作用 .观测到的大洋中脊处的高热流在很大程度上可以归因于板块激发的地幔流动的热效应 .计算的平均温度剖面较好地揭示了岩石圈和D″层的温度特征 ,即温度随深度的剧烈变化 ,这与我们目前通过其他手段对岩石圈和D″层的温度结构了解是一致的 .一个下地幔粘度比上地幔高出 30倍的粘度结构 (文中使用的粘度模型 2 )较之其余模型的拟合程度似乎更好 .

QUICK格式近边界点处理及虚拟压缩因子的选择

本文给出了QUICK格式在非均匀网格下近边界点与内点的统一形式,数值实验表明该格式提高了数值计算精度,但应用时需注意格式稳定性与网格Peclet数的关系;此外,通过数值实验,研究了用虚拟压缩方法计算低雷诺数传热问题时虚拟压缩因子的选取,并给出了一系列虚拟压缩因子的选择值。