核电主蒸汽阀站中电磁先导阀的动态响应仿真研究

针对核电主蒸汽阀站中关键部件之一——大气释放阀前置隔离阀在实际工况中常出现响应超时的问题,采用数值仿真软件Fluent中的动网格以及用户自定义函数技术,对控制其启闭过程的电磁先导阀动态响应过程进行了研究。首先,研究了电磁先导阀中先导结构的动态响应过程以及阀杆的受力情况;然后,研究了电磁先导阀中主阀的动态响应过程以及主阀泄压时阀内的压力和速度分布情况;最后,综合两个动态过程,分析了电磁先导阀整阀的运动时间。研究结果表明,电磁先导阀的运动时间为8.5 ms,其中先导结构的运动时间占比较小,85%的时间集中在电磁先导阀主阀动作过程。该研究结果可对前置隔离阀响应时间的优化提供参考。

基于UDF热源函数的ZrCo储氢床吸氢过程传热传质分析

为了研究双层薄壁式ZrCo储氢床吸氢过程的传热传质特性,建立了一个三维吸氢数值模型,采用Fluent软件进行流体动力学模拟分析,并运用用户自定义函数编写相应热源函数程序来模拟吸氢反应过程中释放的热量。分别从供氢压力、冷却管直径和传热翅片数量方面对储氢床的传热传质性能进行了研究,结果表明:随着供氢压力从0.03 MPa提高到0.5 MPa,储氢层温度峰值升高了41 K,在反应100 s时,吸氢量由0.95增加到1.62。当冷却管直径由4mm增加到12 mm时,储氢层温度峰值降低了7 K,在反应100 s时吸氢量增加了17%。在加入了24个传热翅片后,储氢层最高温度比未加入传热翅片时下降了18 K,在反应100 s时吸氢量增加了33%。

对冲式止回阀低流量关闭过程动态特性分析

为减小动力装置止回阀切换时的水击和阀头与阀座的撞击,提出了阀头与流体运动方向互逆的对冲式止回阀。将FLUENT的动网格技术引入到止回阀内部流场的模拟中,解决了阀门关闭时内部流场区域瞬时变化的问题。由牛顿运动第二定律的欧拉显式格式得出了阀门在关闭过程中的流量变化,阀头、阀座的受力变化和速度变化,通过以上参量判断阀头、阀座的工作状态,最后通过实验来验证理论分析的结果。模拟结果与实验表明,动网格技术能够较好地模拟阀门内部流场的变化,对冲式止回阀能够可靠地在小流量情况下关闭。

高海拔隧道施工自卸车CO扩散规律

为定量分析高海拔隧道出渣过程中自卸车CO排放对施工环境的影响,针对自卸车底部、侧部、尾部安装排气管三种CO排放方式,基于Fluent软件,采用RNGk-ε湍流模型,选取Species Transport模型模拟CO与空气的耦合作用,考虑高海拔低气压和空气密度的影响,运用动网格及用户自定义函数(UDF),模拟自卸车体行驶过程中隧道气流三维速度场、CO浓度场,基于现场实测数据验证模拟结果。结果表明:相同行驶工况下,隧道断面越大,CO沿途扩散越快,较高的CO浓度主要出现在车体高度以下区域;三种排气管中,侧部排气管最有利于沿途CO扩散。自卸车排气管轴向CO浓度的沿途扩散符合e指数衰减规律,根据一维扩散理论,提出CO浓度累积预测计算式。

圆盘浇铸机动态浇铸过程数值模拟

基于圆盘浇铸过程浇铸工具(中间包和浇铸包)的最优定量浇铸曲线的获取是决定浇铸质量的关键,而定量浇铸现场环境十分恶劣,无法通过现场反复实验来获得浇铸工具的最优定量浇铸曲线,应用Fluent软件对圆盘浇铸机的动态浇铸过程进行数值模拟,建立定量浇铸过程的数值仿真模型,编制UDF(用户自定义函数)设置浇铸工具的运动曲线,应用动网格模拟浇铸工具的刚体运动过程,并对浇铸过程进行气-液两相速度场计算。研究结果表明:数值仿真模型准确可靠;所获取的圆盘浇铸过程最优定量浇铸曲线直观地反映了中间包和浇铸包内铜液的速度场、气-液两相变化和浇铸工具刚体的运动,从而可对工业现场浇铸工具最优定量浇铸曲线的设置以及参数的优化提供参考。

低雷诺数下弹性圆柱体涡激振动及影响参数分析

利用Fluent软件数值求解不可压缩粘性流体的N-S方程,研究均匀来流Re=200时弹性圆柱体的涡激振动。圆柱体运动简化为质量-弹簧-阻尼系统,将Newmark-β方法代码写入用户自定义函数(UDF)求解运动方程,柱体与流体间的非线性耦合作用通过动网格技术实现。详细分析了涡激力系数、柱体位移特征值和尾流涡结构随频率比的变化关系,获得"相位开关"、"拍"等现象。考虑流向振动对横向振动影响时,圆柱体最大横向振幅为0.65倍直径。当固定频率比,而质量比或折合阻尼增大时,圆柱体流向与横向振动均呈非线性衰减趋势,但增大质量比对流向平均位移的偏离起到更好的控制效果。

管道复杂流场气固两相流DPM仿真优化

针对Fluent中气固两相流离散相模型(DPM)仿真,为提高通用模型对管道节流复杂流场问题仿真时的准确性,在结合气相流场分析与固相颗粒受力分析的基础上,提出DPM优化的4项措施,即从气相速度入口模型、颗粒曳力模型、颗粒壁面碰撞模型、颗粒所受各个力的合理取舍4个方面进行优化.通用模型的优化通过调用Fluent相关宏并编制用户自定义函数(UDF)程序实现.实验已验证优化DPM的准确性明显优于通用DPM,具体体现在:两相流型转换时气相速度区间的模拟,颗粒沉降气相临界速度的模拟方面,这2项指标优化后比优化前分别提高55%和50%;在实验管道局部阻力损失与节流孔板前颗粒速度分布的模拟仿真方面,优化DPM显然具有更准确的优势.通过实流实验与仿真模拟的对比,证明优化是有效的.从研究过程可以得出,模型优化的方法对于其他类似的复杂流场工况具有通用性和工程实用价值.

全玻璃真空管太阳能热水器的季节性能

采用商业软件Fluent建立了全玻璃真空集太阳能热水器流场和温度场的计算模型,并引入使用者定义函数(UDF)分析了全玻璃真空管太阳能热水器四季的性能.考虑了太阳的日运动和季节性运动对太阳入射角和投射在真空管集热器上的太阳辐射量的影响.通过与实验对比,发现数值模拟结果与实验结果具有较好的拟合性.结果表明:水温夏季升高速率快,冬季速率慢,同时在春季、夏季和秋季,热水输出足以满足生活用热水的需求.该结果可作为继续研究设计冬季里产生较高温度热水的新系统的基础.

昆虫振翅三维情形数值分析

对昆虫飞行特性的研究不但可以认知动物生理,而更现实的目的在于为微型飞行器的设计提供思路。本文利用Fluent软件嵌入UDF函数研究了三维昆虫翅翼在不同控制飞行参数时的空气动力学性能,获得在不同的振型、拍动频率、攻角、平动转动相位差和飞行速度条件下翅翼受力作用。

不可压粘性流体浸入边界直接力法及软件实现

浸入边界法通过在N-S方程中施加体积力模拟不可滑移固壁边界及动边界,避免生成复杂贴体网格及动网格,极大地节省了网格建模时间及动网格计算消耗。本文提出一种新型附加体积力简化计算方法,将简化附加体积力以源项形式嵌入动量方程迭代中,通过用户自定义函数对CFD软件FLUENT二次开发,实现了浸入边界法和通用流体力学求解器的耦合计算。通过静止圆柱和动圆柱绕流数值模拟进行了验证,并探讨了插值函数对计算精度的影响。研究表明,通过引入浸入边界模型,能够提高计算效率,并实现结构网格背景下复杂边界和动边界的高效建模。

基于FLUENT平台的LPG储罐热响应源项设计

为编制储罐外部受热时内部介质热响应的传热传质程序,利用FLUENT软件对储罐内部介质的热响应规律进行模拟。依据内部介质在受热和冷却条件下相变的控制方程,通过考虑内部介质气化热随温度的变化以及饱和温度与区域单元压力之间的关系,编写内部介质在受热和冷却条件下质量和能量源项的用户自定义函数(UDF)程序;将该程序导入FLUENT软件并在部分参数简化的条件下,分别对喷射火和池火条件下的丙烷储罐热响应模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:模拟参数值与相同条件下试验参数值(内部介质温度、壁面温度,储罐内部压力)之间的相对偏差在15%以下;模拟参数值随时间的变化与试验值变化趋势基本相同,试验结果与模拟结果吻合较好。

基于水击防护的球阀关闭规律研究

针对舰船纵倾均衡调水系统中球阀关闭时水击严重的问题,设计搭建了包含电液球阀和数字步进球阀的实验系统。通过CFD关阀水击计算与实验研究相结合的方法,重点分析单线性、多种两阶段线性关阀规律对系统水击特性的影响。结果表明:相比单线性关阀,先快后慢的两阶段线性关阀能有效缓解阀门完全关闭后的压力振荡,但当快关阶段角度太大时反而导致关阀过程中的水击压强升高;同时当快关阶段角度较小时,则水击防护效果不佳;就该研究而言,以快慢速比1. 6且快关角度在45%时水击防护效果较好。

基于用户定义函数的财务接口研究与实现

财务信息作为企业内部的重要资源 ,在企业经营决策以及战略性决策过程中起着不可替代的重要作用。针对目前企业ERP软件与财务软件共存但缺乏数据共享的现象 ,在分析它们之间区别的基础上 ,采用用户定义函数 (UDF)的方法提供财务凭证接口 ,实现了两个软件之间的数据共享问题。

文丘里管内气固两相流离散相仿真模型优化

文章针对Fluent中气固两相流离散相模型(DPM)仿真,以文丘里管内流场为例,在结合气相流场分析与固相颗粒受力分析的基础上,提出DPM模型优化的4项措施,即从颗粒所受各个力的合理取舍、气相速度入口模型、颗粒曳力模型及颗粒碰壁关系4个方面进行优化,以提高通用模型对管道节流复杂流场问题仿真时的准确性。通用模型的优化通过调用Fluent相关宏并编制UDF程序实现。对文丘里管的工况进行仿真模拟,并与国家标准中的数据进行对比,结果验证了优化DPM模型的准确性明显优于通用DPM模型。模型优化的方法对于其他类似的复杂流场工况具有通用性,具有工程实用价值。

高层建筑周围定常风场的数值模拟

通过对高层建筑周围定常风场的数值模拟与原型试验结果的比较,分析了在进行数值模拟时,入口边界条件和湍流模型等因素对计算结果的影响。模拟结果表明,入口边界条件和湍流模型均对模拟结果具有较大影响。其中,入口边界条件中速度分布对计算结果的影响大于湍流强度分布对计算结果的影响,而RNGk-ε湍流模型的计算精度优于标准k-ε湍流模型。

内管行星运动环空中幂律流体流动的数值模拟

运用函数UDF和动网格技术,对内管行星运动的偏心环空中幂律流体流动进行数值模拟,计算分析了自转与公转参数对流场速度分布、二次流、杆柱扭矩以及流体轴向压降的影响。计算结果表明:流动时的雷诺数Re=24.083~828.75;内管的公转使偏心环空流场速度核心区绕内管轴线向公转反方向偏移;内管自转与公转方向相反时,环空内二次流现象显著;内管自转且公转时,杆柱扭矩以及环空内流体轴向压降均比内管仅自转时大。

融合CFD与PI控制的船舶柴油机SCR脱硝系统设计与分析

选择性催化还原技术对氮氧化物脱除具有显著效果,是当前广泛使用的脱硝处理技术。文章从介观角度出发,采用CFD方法建立船用SCR脱硝系统的物理模型,分析SCR脱硝系统的反应机理,并通过用户自定义函数将PI控制算法融合进介观系统模型中,摒弃传统控制模型中的均匀分布假设,实现介观尺度上的非均匀喷氨控制。仿真测试结果表明:船用SCR脱硝系统的气体分布呈现严重非均匀性;融合介观尺度上PI控制算法后,不仅可改善系统的非均匀性,还可提高系统的整体脱硝率,降低系统的氨逃逸量。研究结果可为宏观控制与介观机理建模的融合提供新的研究思路。

DM3用户定义类型的设计

在分析了国外相关经验的基础上,提出了对国产数据库管理系统DM3进行扩展以支持用户定义类型的基本策略,并具体介绍了用户定义类型包括用户定义函数的设计方案。

基于FLUENT的海洋内孤立波数值水槽模拟

基于FLUENT商业软件及其二次开发功能,在标准κ-ε湍流模型下,采用VOF方法追踪两层流体内界面,通过给定入口速度和水位的设置造波边界法,建立了可有效模拟弱非线性内孤立波的分层流数值水槽,并与仿物理的双板造波方法进行了比较。采用设置边界法所造的波形与理论值符合较好,这为数值分析内孤立波与海洋结构物相互作用问题提供了一条更加有效的途径。

基于小扰动理论的低频脉冲压力波在井筒内传播规律分析

脉冲压力可以提高驱油效果,为了研究低频脉冲压力波在注入井筒中的传播衰减规律及影响因素。基于线性小扰动理论,建立脉冲压力波动在井筒中传播的数学模型,通过数学模型找到影响低频脉冲驱油的关键因素,用FLUENT的UDF(user define function)接口模拟脉冲压力波在井筒中传播的过程,采用因素分析方法进行岩心实验,结合低频脉冲器-井筒-地层的一体化实验验证方法。结果表明:频率为0.03~0.04 Hz,波长45~60 m,振幅为0.8 MPa为适合井筒和地层的最佳驱油参数。