基于动网格和UDF技术的假底流场特性分析

可升降假底作为海洋工程水池重要组成部分,其主要作用是模拟海底平面,根据实验要求模拟不同海况下的海底深度。为研究可升降假底上升过程中的流场特性,采用动网格技术对假底在静水中上升过程中的流场进行计算,结果表明:应用动网格技术以及用户自定义函数(UDF)程序成功实现了假底在水池中上升时的运动状态。假底在水池中上升经历加速-匀速的过程,在上升的过程中,会挤压流体,流体进入假底与水池壁面之间缝隙时流速明显变快,流场发生剧烈变化,进而使得假底上方湍流强度增加。为海洋工程水池假底的设计、优化以及假底系统的模型试验工作提供参考依据。

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。

UDF技术在冲裁凸模结构设计中的应用

介绍了冲裁凸模常用的结构形式,用户自定义特征的特点以及构建用户自定义特征库的方法。使用编程的方式对用户自定义特征进行调用,从而开发出基于用户自定义特征的冲裁凸模结构设计模块。模块包含了冲裁凸模的常用结构,同时也可按照用户的要求方便地进行扩充,极大地提高了凸模结构设计的效率和质量。

基于动网格与UDF技术的流量开关仿真设计

为解决非稳定流排水过程流量信息不能准确预报的问题,设计了一种干簧管流量开关。基于数值仿真软件Fluent提供的计算方法和物理模型,利用动网格和UDF技术(用户自定义函数),采用全面试验方法,研究了流量开关阀瓣在不同含气率条件下的运动特性。仿真结果表明,流量开关阀瓣在高含气率、小流速条件下保持在起始位置振荡,在低含气率、大流速能保持较高的平衡位置。试验结果与仿真结果趋于一致,验证了数值模型的可靠性,流量开关对非稳定流的高含气率排水状态具有很好的鲁棒性,解决了排水初始状态和结束状态流量信息的误报问题,对海洋机器人排水自动化具有重要意义。

自定义函数拟合在乙酸乙酯皂化反应实验中的应用

数据处理方法对乙酸乙酯皂化反应速率常数测定实验的结果影响较大。为了避免外推法作图、拟合公式与实验公式不匹配等处理方法带来的误差,本文根据各物理化学参数之间的关系推导得到新的函数,在Origin软件中用自定义函数对实验数据进行处理,一次拟合即可获得反应速率常数以及实验中不能直接测得的反应起始和平衡电导率值。对比分析了自定义函数拟合、多项式拟合和指数函数拟合得到的实验结果,表明自定义函数拟合能够达到最优的拟合效果,实验结果误差最小。数据处理方法的改进,即锻炼了学生综合运用物理化学、数学和计算机知识处理实验数据的能力,又培养了学生的科学思维。

非均匀当量比对旋转爆震燃烧室性能影响的三维数值模拟研究

为研究入口当量比的不均匀分布对旋转爆震燃烧室性能的影响,建立了当量比在入口环缝的径向或周向的函数模型,将模型公式代入组分质量分数与当量比的关系式,得到组分质量分数在径向或周向的分布函数。通过Fluent软件中的自定义函数工具,构造入口边界组分的分布函数,利用三维瞬态欧拉方程模拟了C_(10)H_(22)/air旋转爆震燃烧室中爆震波的传播过程及流场特性,对比了不同当量比分布下爆震波及旋转爆震燃烧室性能参数的变化特征。结果表明:入口当量比的不均匀分布会影响爆震波的传播特性;当量比为0.4~1.6且沿径向非均匀分布时,随着入口面中线位置当量比的增大,爆震波的高度减小;当量比为0.4~1.6且沿周向非均匀分布时,随着变化周期数的增加,爆震波的高度几乎不受影响;当量比的不均匀分布会削弱旋转爆震燃烧室的增压效果和温升效果,沿径向不均匀分布的情况相较于沿周向不均匀分布的情况,影响更明显;旋转爆震燃烧室内,爆震波的诱导和反应区并非严格位于前导激波的正后方,而是位于前导激波的斜后方,且在曲率的影响下,在靠近燃烧室外壁面的区域,前导激波沿中径圆柱面的圆周线传播。

基于特征约束机床UDF特征库实现关键技术研究

为了实现机床快速设计目标,研究基于特征约束集的用户自定义特征(UDF)定义方法,利用该唯一性的特征描述方法,构建机床常用特征并组建成UDF特征库,结合Pro/Engineer二次开发软件包Pro/Toolkit,实现了UDF信息准确的提取与重用;开发机床UDF特征库系统,为机床等产品的三维设计提供了快速设计手段,提高了设计效率。

基于VBA自定义函数的有机化合物分子式精确质量的批量计算

设计编写一个基于VBA(Visual Basic for Applications)的自定义函数用于在电子表格中批量计算有机分子式的精确质量。使用这个函数,多个有机分子式的精确质量可以在电子表格中通过简单的鼠标拖放快速批量计算,有助于提高有机质谱分析的工作效率。

鼻坎型式对挑流局部冲刷影响的数值模拟

挑流消能为高水头水利枢纽主要泄洪方式,耗散能量的同时会对下游产生剧烈冲刷。为分析冲刷坑形成原因,探究鼻坎型式对于冲刷的影响,针对某一具体工程,采用自编程序以临界起动切应力作为泥沙起动条件进行数值模拟,结果表明:差动式鼻坎挑流水舌集中,单宽流量大,冲刷深度深,河床冲刷严重;舌型鼻坎挑流水舌横向扩散较大,单宽流量小,冲刷深度较浅。将计算结果与物理模型试验结果对照,两者基本吻合。证明通过用户自定义编程方法进行数值模拟能够较为准确的预测冲刷坑范围与深度,合理的鼻坎型式对于削弱下游冲刷效果显著。

多孔介质太阳能热化学反应器传热特性模拟

利用FLUENT软件并结合用户自定义函数,采用不同的热物理模型,研究了多孔介质太阳能热化学反应器内部的传热和流体流动特性。结果表明:随着入口流速从0.005m·s^(-1)增加到0.1m·s^(-1),局部热非平衡模型和局部热平衡模型之间的平均温度偏差增加了6.55倍,局部热非平衡模型可以保证在高温条件下的仿真精度。对于高温环境下的数值模拟必须考虑辐射传输模型。多孔介质在提供大比表面积和提高反应介质中温度和速度分布的均匀性方面具有积极作用。

轴流式止回阀动态特性

基于Fluent软件提供的计算方法和物理模型,利用动网格及用户自定义函数技术对轴流式止回阀的阀瓣运动过程进行动态数值模拟.通过动网格较好地解决了因阀瓣运动而导致的计算区域瞬时变化的问题.利用CFD软件Fluent,采用非结构化网格,标准k-ε湍流模型,模拟了阀瓣关闭的动态过程中,止回阀内压力场和速度场的瞬态变化过程,计算出动态特性曲线,并进行了相应的试验验证.结果表明:运用动网格技术能较好地模拟止回阀内部压力和速度的动态变化,试验结果与数值计算结果趋于一致,验证了数值模拟的可靠性.通过数值模拟不同公称直径和外力下止回阀内的压力场和速度场的瞬态变化,计算出对应的动态特性曲线,并总结了止回阀的公称直径和外力对其动态特性的影响结果,对工程设计与管理具有指导作用.

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.

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。

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。

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。

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。

非对称坡面腔底无阀压电泵流场分析

无阀压电泵需要外接用于产生单向流动流管,阻碍了压电泵的微小型化,针对这一缺点提出了非对称坡面腔底无阀压电泵,该压电泵将用于产生单向流动的部件——非对称坡面集成于泵腔的底部。对非对称坡面腔底无阀压电泵进行了计算机建模,基于商用Fluent12软件运用自定义函数(user defined functions,简称UDF)对压电振子运动形式进行了模拟;采用RNGκ-ε湍流模型对瞬态N-S方程进行了求解,分析了泵腔内流场;得出了从20°到70°不同坡面角度下的平均流量,在坡面角为20°时,可以得到最大平均流量为0.864 ml/min,并通过流量测量试验测得该泵的最大流量达到了8.6 ml/min。从仿真和试验的角度验证了该泵的可行性。

两种典型立柱截面涡激运动的分析研究

文章引入雷诺平均法求解NS方程结合SST k-ω湍流模型对两种典型立柱截面限制流向和不限制流向的涡激运动进行了数值模拟和实验对比。采用GAMBIT软件分区建立计算网格,立柱和流场的流固耦合通过计算外部流场作用于柱体的瞬时升力和拖曳力,将求解运动微分方程的四阶Runge-Kutta代码嵌入UDF求解器中,并运用动网格技术实现流场更新。研究发现,在约化速度从2到15范围内限制流向及不限制流向下圆柱横向横幅皆约为方柱的2.5倍,圆柱振幅曲线在限制流向和非限制流向均出现了跳跃现象,而方柱振幅在限制及不限制流向下皆表现为连续。限制流向下圆柱进入频率锁定区域比不限制流向下略快,而脱离锁定区域时约化速度基本相同。不限制流向下圆柱和方柱流向平衡点位移随约化速度线性增大,流向最大幅值均为0.15D左右,但振幅走势完全不同。最后对"相位开关"、"反相"、涡脱结构形式等进行了分析和讨论。

旋转盘腔瞬态响应特性的研究

为保证发动机在飞行包线内正常运转,需研究旋转盘腔的瞬态响应特性。采用1-D模型方法和计算流体力学(CFD方法对旋转盘腔进口压力突升的情况进行非稳态数值计算,所得结果与文献中的结果进行对比,提出1-D模型方法的一些缺点,并证明了CFD计算的正确性。然后用CFD方法并通过用户自定义函数(UDF编程研究了进口压力渐增、正弦变化以及盘腔尺寸对旋转盘腔流动瞬态响应特性的影响。结果表明:1-D模型的计算结果不能显示出CFD模型计算结果的一个高阶震荡;进口压力以不同方式变化,瞬态响应存在不同程度的滞后;进口压力突增和进口压力渐增响应的特征时间比进口压力正弦变化的特征时间分别增加56.0%和106.4%盘腔宽径比由0.2变化到0.39时,腔内均压变高,出口质量流量变低,特征响应时间缩短至40%当宽径比由0.2变化到0.58时,特征响应时间缩短至25%。

复杂通道内激光传输的气体热效应

借助现有的流体力学分析软件,运用用户自定义函数的方式,建立了一套完整的光场流场耦合相互作用仿真模型。针对一种特殊的激光内传输通道,对光场流场耦合相互作用的气体热效应问题进行了仿真计算。仿真结果表明:通道内气体速度分布是非常不均匀的,但在无激光加热时,气体密度基本保持均匀分布;将激光加热效应引入到流场以后,气体密度分布会发生明显变化;激光加热引起的气体非均匀密度分布使得激光通过传输通道后,产生双鱼眼型结构的光场相位分布。