浮动式反应堆事故多舱室气溶胶扩散泳沉积与三维流动的耦合数值模拟

基于计算流体力学方法对浮动式反应堆破口事故在壁面冷却条件下水蒸气冷凝及壁面冷凝引起的气溶胶扩散泳沉降进行仿真分析,并与静态条件下气溶胶扩散泳沉积对比,发现:所采取的冷凝模型经实验对比能很好地预测水蒸气冷凝;静态条件下气溶胶扩散泳沉积速度与气溶胶粒径几乎无关,与集总参数法的规律一致,此外湍流沉积会使气溶胶衰减因子增大约3×10^(-4)。非均匀流场在冷凝环境下会产生大范围的回转流动。气流曳力会使衰减因子产生量级上的增加,同时曳力作用对于气溶胶粒径不敏感;冷凝使堆舱出现很大的湍流强度,会增强扩散泳的沉积效果,增强效果对小粒径颗粒更明显,使1μm颗粒衰减因子明显大于堆舱中的10μm颗粒衰减因子,最大可达0.035。

考虑入水冲击过程的舱段结构优化

水陆两栖飞机的舱段结构在入水过程中需要承受入水冲击力的作用,对水陆两栖飞机的结构性能有着重要影响。本文建立了水陆两栖飞机的初始舱段结构模型,基于该结构通过数值仿真方法获取了结构入水过程中的压强分布。建立了舱段结构的有限元模型并开展了参数分析,探究了不同设计参数对舱段结构的影响。在此基础上,考虑舱段入水过程中的结构变形与应力分布,搭建了舱段结构优化设计框架;以舱段结构的应力和应变作为约束、减少质量为目标开展优化设计;根据优化后得到的舱段结构,进一步验证了单向耦合分析方法的准确性。优化结果表明,舱段结构的底面加强筋分布以及底面蒙皮厚度对入水过程中结构产生的最大米塞斯应力有着重要影响。通过对舱段结构的设计参数开展优化设计,可以在满足强度与刚度的前提下,显著降低舱段结构的质量。

浮动式反应堆事故气载放射性多舱输运仿真分析

浮动式反应堆受限于特殊的使用环境容易发生事故,事故后气载放射性会在舱室之间传递影响可居留性。为详细分析其事故后气载放射性在舱室之间的传递过程,利用计算流体力学方法开展了破口事故下气载放射性从堆舱中向邻舱的输运过程,对比分析了采取堆舱排风及机舱排风对气载放射性输运的控制效果。结果表明:堆舱放射性泄漏后,气载放射性经泄漏口进入机舱,局部浓度相异;排风系统在舱室内形成局部循环流,使气载放射性汇于主流经排风口排出舱室。堆舱循环流在压力容器与泄漏口之间形成气幕,阻止气载放射性迁移;机舱循环流会在泄漏口机舱侧产生指向机舱的速度,加强气载放射性向机舱的迁移。同时采用堆舱及机舱排风在排风时间达到180 s时可使机舱气载放射性浓度相比无通风情况下降92.5%。

民机客舱空调送风方式对CO_(2)传播及通风性能影响的数值模拟

利用计算流体力学方法构建A320经济舱7排座数值模型,并对CFD模型进行验证。对顶部送风、混合送风以及置换送风三种空调送风模式进行数值模拟,以CO_(2)作为污染物对比分析飞机客舱通风性能及排污效率。研究发现:顶部送风会使中间乘客吹风感较强,乘客垂直温差约为3K;混合送风的速度场和温度场分布均匀,热舒适性良好;置换送风模式下,乘客周围速度小于0.3m/s,存在温度分层现象,气流运动受到人体热羽流的影响显著。从排污效果看,置换送风会使乘客周围的CO_(2)积聚时间较长,呼吸区平均浓度高出约35%;顶部送风和混合送风的排污效率大小相近。相较于传统空调送风模式,置换送风的排污效率提升了约42.8%,适用于飞机通风结构的优化。

太阳辐照强度与特种车辆甲板温度和舱内空气温度的关系模型建立与分析

目的 开展特种车辆夏季野外作训条件下,太阳辐照引起车体甲板温度和舱室空气温度变化的数值仿真分析研究,建立太阳辐照强度-车体甲板温度-舱室空气温度三者之间的关联关系仿真模型,为下一步开展特种车辆舱室环境温度控制提供技术支撑。方法 采用流体力学仿真模拟方法,建立太阳辐照强度与特种车辆车体甲板温度仿真模型,获得车体甲板表面温度的分布规律,将仿真计算结果与实测结果进行对比。建立特种车辆舱室空气温度的仿真模型,分析舱内空气温度的变化规律,对比仿真结果与实测结果,验证仿真模型的准确性。结果 分别将太阳辐照强度-车体甲板温度仿真模型和舱室空气温度仿真模型的仿真计算结果与试验结果进行对比,最大误差均小于10%,表明建立的关系模型具有可信度。结论 运用流体力学模拟仿真方法建立了太阳辐照强度-车体甲板温度-舱室空气温度的关系模型,为开展舱室温度控制系统设计提供了理论依据。

无人机电子设备舱热环境仿真分析

为满足无人机电子设备舱对舱内热环境的严苛要求,文章采用了有限体积法求解温度场的控制方程。根据无人机电子设备舱的材料结构特点和边界条件,应用FLUENT软件进行了设备舱的数值仿真分析;在此基础上提出了搭建支架的散热方案并对舱内热环境进行了模拟。结果显示,采用搭建支架的措施可使电子设备的表面温度降低5℃,较好地改善了电子设备舱的散热情况。该研究可为航空航天领域电子设备舱的热设计提供参考。

反应堆舱室屏蔽冷却水系统换热性能的数值模拟研究

以某高温气冷堆项目的屏蔽冷却水系统为研究对象,采用Fluent软件对笼式和扩展板式2种管道布置方案进行了数值模拟计算,分析了保温材料的导热系数、保温层厚度、扩展板竖向间距和高度对混凝土壁面温度的影响。研究结果表明:保温材料导热系数的降低和保温层厚度的增加有利于降低混凝土壁面的最高温度,且扩展板管道布置方案对混凝土壁面的冷却效果优于笼式方案;通过降低扩展板的间距可以加强混凝土壁面的散热效果,但扩展板高度的变化对评价指标没有明显的积极作用。

舰船舷侧防护液舱舱壁对爆炸破片的防御作用

针对破片撞击液舱外板，建立分析模型探讨背水靶板的穿甲过程。以能量分析为基础，根据破片穿甲的运动方程和德·玛尔模型，推导破片穿透背水靶板后的剩余速度公式。根据给出的剩余速度公式，计算不同初始速度（1．0～1．6km／s）的破片穿透背水靶板后的剩余速度，根据已有剩余速度公式计算破片以同样的初始速度穿透背空靶板后的剩余速度，并用非线性动力学分析软件AUTODYN对相应的破片穿甲过程进行数值模拟。模拟结果能较好地与理论计算结果相吻合。与破片穿透空背靶板的情况相比，破片穿透背水靶板后剩余速度降低更明显。破片初始速度越高，板后的液体对破片阻碍作用越明显，破片速度降越大。

舰船底部液舱结构在水下爆炸作用下的动态响应实验研究

实验研究了舰船底部液舱双层板结构在水下爆炸作用下的动态响应问题。对舰船底部液舱模型在空载、半载和满载状态下进行了水下爆炸实验,测量了底部液舱外板和内板的壁压、加速度和动态应变等参数。在此基础上,分析了船体底部液舱外板和内板在水下爆炸作用下的响应特点,液舱满载时水下爆炸冲击波的透射作用和半载液舱飞溅载荷对内底的冲击作用等问题。

陶瓷/液舱复合结构抗侵彻机理试验研究

为探讨EFP战斗部的防护方法,文章根据陶瓷材料和液舱结构的抗侵彻机理,提出在舰船防护液舱前增设抗弹陶瓷材料层抵御大质量弹丸的侵彻,设计了1/10缩尺的防护液舱结构模型,开展了3类陶瓷/液舱复合结构抗侵彻试验研究,分析了弹体、液舱前、后面板的破坏模式和侵彻过程以及复合结构的抗侵彻效能。结果表明:弹体主要发生墩粗-侵蚀破坏;液舱结构前面板的破坏分为剪切冲塞(花瓣开裂)、碟形变形、薄膜鼓胀和失稳凹陷四个阶段;后面板的破坏随板的厚度而变化:后板较厚时发生剪切冲塞,较薄时发生花瓣开裂;初始压力峰值远远大于空化载荷峰值,但空化载荷对结构的破坏起着主要作用。

近爆荷载作用下固支水背方板的变形挠度研究

将水背板在近爆荷载下的响应过程分为3个阶段,基于动量守恒原理,在一定简化条件的基础上推导了近爆荷载作用下固支水背方板的挠度近似计算方法。通过数值仿真方法,研究了板后液体对变形挠度的影响,结果表明,板后液体的存在减小了板的最大挠度,使板的变形呈现明显的局部效应。进一步对水背板在不同装药形状和爆距下的变形响应进行了仿真分析,将近似计算结果和仿真值进行了比较,结果在爆距较小的情况下,两者吻合较好。

剪切增稠液体液舱侵彻实验

为研究剪切增稠液体(shear-thickening fluid,STF)液舱对弹体的防护性能,制备特定规格剪切增稠液体,并开展弹体侵彻剪切增稠液舱实验研究。实验中采用高速相机记录液舱侵彻过程中空泡的演化情况,并测试得到了弹体的剩余弹速以及前后靶板变形数据。实验结果显示,剪切增稠液体可有效抑制液舱侵彻过程中空泡的增长,从而降低液舱结构的损伤程度。结合空泡扩展理论模型,并考虑液体密度以及黏度变化对空泡增长的影响,验证了剪切增稠液体在高速冲击下产生的局部密度增大以及固化现象是抑制空泡扩展的主要原因。此外,剪切增稠液体对弹体速度的衰减作用明显,且相同初始弹速下,剪切增稠液体液舱前后靶板变形明显小于水体液舱。将剪切增稠液体填充于舰船液舱防护结构,可显著提高液舱结构的防护性能。

基于CFD仿真的车辆散热器模块传热性能对比分析

为了解影响车辆散热器模块性能的因素,保证车辆工作的可靠性,依据原始资料建立了车辆动力舱物理模型,用热交换模型表征车辆散热器模块.将动力舱模型置于虚拟风洞内,采用计算流体动力学方法对模型进行典型工况仿真分析,并与相应的实验数据进行对比,验证仿真结果的正确性.结合另一种常用的动力舱布局方式建立模型,将两模型的仿真结果进行对比,发现:散热器内部冷空气温度变化呈现梯度特征;规则的动力舱几何特征可以有效地增强动力舱的空气流动性,当配合侧置的散热器组后能够提高散热器的工作性能.

船舶住舱热环境优化设计分析

[目的]船舶住舱的热舒适性对船员生活与工作有着重要影响,而采用实验研究和传统的数值模拟试算法进行送风参数设计耗时较长,为此,将基于本征正交分解(POD)的逆向设计方法应用于典型住舱的送风参数设计。[方法]选择船舶典型的住舱结构,采用计算流体力学(CFD)方法建立三维数值模型,在获得流场、温度场以及浓度场结果的基础上,结合基于本征正交分解的逆向设计方法,以九人住舱的热舒适性和呼吸区最低污染物浓度作为优化目标进行逆向设计。[结果]结果表明,基于本征正交分解的逆向设计方法可以对多参数、多目标进行逆向优化,相比传统的试算法,其可节约时间90%以上,大幅提高了船舶住舱送风参数的设计效率。[结论]本征正交分解方法是一种高效的船舶住舱设计方法,通过逆向设计,可以得到合适的送风参数设置范围,能够为船舶住舱送风参数的选择提供参考。

船舶机舱机械通风数值模拟分析和优化设计

某海监船在进行机舱机械通风效用试验时,发现存在舱内气流分布不均、风速梯度变化较大、部分船员操作和活动区域温度偏高等问题。为解决上述问题,利用CFD技术对该船机舱机械通风系统进行数值分析,并提出机舱气流改进方案。随后,选取优化前、后的典型截面进行分析,指出在保证舱内适当负压的情况下可将机械送风改为机械抽风,从而实现机舱进风量增加50%,并消除舱内气流大漩涡和改善气流组织。此外,还提出可在右舷开一个新增风口,以更有效消除气流漩涡,并降低局部温度。结果显示,该优化方案能够满足海船规范要求且施工方便,对于工程设计具有一定的参考价值。

飞机客舱中人体辐射散热的实验与模拟

辐射散热是人体显热散热的重要途径,决定着人体的热舒适和飞机客舱内流场的分布,是分析和设计健康舒适客舱环境的重要因素.针对客舱中人员的辐射散热问题,在简化的半机舱模型中通过实验研究自然对流状态下单体坐姿仿真人体辐射散热;并选择CFD提供的DTRM、DO、S2S辐射模型进行数值预测.研究显示默认划分射线数量的DTRM模型可以精确预测人体各部位的辐射换热量,但创建射线文件比较消耗计算机资源,单核运算最大消耗25%的CPU进程,计算时间相对适中.DO模型的计算精度强烈依靠经度角和纬度角的划分,计算时间偏长,但不需要消耗瞬时大量的CPU进程.相比前两者,在计算时间和人体壁面网格数量(表面束的划分)方面,S2S辐射模型有较大的优势.结果表明CFD具有精确预测人体辐射散热的能力,可为以后室内环境研究者提供方法和参考.

舰艇舱室内爆毁伤的建模与仿真分析

半穿甲反舰导弹战斗部在舰艇舱室内部爆炸具有高效的毁伤能力。通过对舱室结构特性的分析,结合内爆热辐射和焊接对材料性能的影响,应用温度相关和应变率效应材料模型,采用流固耦合方法对舰艇舱室在爆炸荷载下的动态响应过程进行了数值模拟,分析了舱室内部的流场变化和内壁面爆炸荷载的分布情况,得到了舰艇舱室在爆炸冲击波作用下的响应特性和破坏机理。结果表明,舱内爆炸下,加筋结构的破坏方式为沿加筋部位发生局部剪切破坏,不会看到结构整体大变形;角隅部位是舰艇毁伤的薄弱部位,在爆炸荷载作用下舱室容易沿焊接影响部位发生撕裂。

汽车下护板对发动机舱散热性能的影响

为提高汽车发动机舱的散热性能,通过计算流体力学数值仿真研究汽车下护板对整车散热性能的影响。研究表明:在高速工况下,增加下护板后格栅和冷却模块进气量增加;在高负荷工况下,下护板可改善发动机舱的空气温度分布形态。下护板开口可增加冷却模块进气量,不开口时舱内温度较低,所以在整车设计时应综合考虑散热量和热害。下护板能明显减少风阻,但开口会减弱其效果,因此设计时应多方面考虑。

载人航天器舱内流场与温度场松耦合计算方法研究

快速有效的舱内热环境预测分析方法及工具在载人航天器的设计中具有重要的研究地位,而预测方法的合理性、准确性及其计算速度是此类问题研究中的重点和难点。文章围绕计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)数值计算方法阐述了载人航天器中导热与对流换热的耦合求解问题,分析了不同的求解原理和特点。为了缓解计算速度的问题,基于航天器舱内热环境CFD数值预测方法提出了一种全新的"流场/温度场松耦合"计算方法。对比分析了此方法中温度场在不同时间步长下的计算结果,对计算步长的选取给出了合理的判定准则,同时还分析了不同时刻下设备表面对流换热系数和温度场的计算结果,结果表明文章提出的"流场/温度场松耦合"计算方法在大幅提高计算速度的同时还能在一定范围内保证计算精度,具有一定的工程应用前景和价值。

辽河西部凹陷船舱式油气运聚系统特征初探

辽河坳陷西部凹陷发育 2套区域性异常流体超压封盖层 ,将凹陷分隔成上、中、下 3层各自独立的层状流体封存系统。因超压封盖层深度较固定 ,不随层位变化 ,将其称为“船舱式流体封存系统”。下舱的顶板深 2 90 0～ 3 3 0 0m ,是形成最早、演化程度最高的油气发生器 ,生成的油气最丰富 ,大部分已向上运移到中舱和上舱 ;中舱深度为 12 0 0～ 2 90 0m ,具有广泛分布的高孔渗优质储集层和良好的超压封盖层 ,并发育良好的圈闭 ,最有利于油气成藏 ;上舱为 12 0 0m以浅 ,是开放式油气赋存系统 ,其边缘开启带处于湖盆岸线附近 ,是上、中、下 3层舱泄漏油气的共同排放带 ,油气来源丰富 ,成为稠油富集带。西部凹陷应加强中舱的勘探 ,在继续加强构造油气藏勘探的同时 ,应以寻找岩性等隐蔽油气藏为主 ;在上舱 ,应注重寻找浅层气和稠油 ;下舱勘探以寻找各凹陷的低潜山油藏为主。图 3参