基于流体体积函数模型的横板型稳压罐内气液两相流场仿真研究

针对水流量标准装置中横板型稳压罐,基于Navier-Stokes方程建立罐体计算流体动力学仿真模型。使用湍流模型、流体体积函数瞬态模型和有限体积法进行离散,并在近壁区采用标准的壁面函数法进行修正,完成横板型稳压罐内部两相流场的数值模拟。数值结果显示空罐充水流态依次经过无水状态—射流—上壅—漫流—稳定状态,同时形成掺气现象和泡状流;气液体积比13情况下,满罐充水流场有固定周期的晃荡现象,上侧形成逆时针转动的漩涡气腔,流场湍流粘度较小,分布较均匀,稳定效果最好。

Ag-Cu合金的原子体积和体积函数

建立了原子体积相互作用的 9种函数 .由各V 函数计算Ag Cu合金的平均原子体积和晶格常数分别彼此相等 ,并与实验值符合较好 .由各理论函数计算的组元平均原子体积、特征原子体积各不相同 .只有对能量、体积和电子结构的相关性进行研究后 ,才能正确选择V 函数 ,才能建立合金系的完整知识系统 ,为科学设计新合金奠定基础 .对Ag

基于改进流体体积函数的流场压力脉动大涡模拟

对结构物壁面上的水流随机压力脉动进行数值模拟一直是工程领域中的难点,本文采用大涡模型,利用改进的流体体积函数法,建立三维流体动力学模型,对带自由表面的水跃现象进行非定常数值模拟。并将脉动压力数值模拟结果与原型测量结果进行全面对比分析,对比内容包括幅值特性,脉动壁压的时空相关特征、功率谱等,通过对比发现两者基本吻合,表明大涡模型能成功地模拟出水跃现象中的水流脉动压力。在此基础上,充分发挥数值模型所提供信息量大的优点,得出侧壁上水流脉动压力沿水深的分布规律。

近180°水中悬浮颗粒物体积散射函数测量

针对目前国内外现有的体积散射函数测量系统在后向小角度散射测量上的局限性,提出了基于离轴反射式光路的近180°水体体积散射函数测量方法并研发了实验室测量系统。系统采用离轴抛物面反射镜,将后向小角度散射光和入射激光分离,减小了系统后向小角度散射的测量盲区,而且能够获取全方位角的后向小角度散射光信号。选取聚苯乙烯标准粒子用于测量系统定标检验,结果表明,定标后的测量系统能够完成在173°~179.4°范围内水中悬浮颗粒物体积散射函数的测量,角度分辨率为0.01°。经对比分析,体积散射函数测量值与米散射理论值具有很好的一致性,验证了系统测量近180°水体体积散射函数的准确性和可行性。

基于流体体积的两栖车辆阻力并行数值计算

为了在概念设计阶段评价两栖车辆的水上性能,研究了采用流体体积函数(VOF)多相流模型对两栖车辆进行模拟计算的可行性,提出了使网格单元体积变化均匀的混合网格划分方法,比较了并行计算环境下的不同网格分割方法,给出了计算结果收敛的评价指标,并分别采用稳态静网格、瞬态静网格和瞬态动网格三种模型对轮式两栖车辆的阻力进行了计算.结果表明,模拟和试验的误差可控制在10%内,在当前技术条件下瞬态静网格模拟方法是比较可靠的两栖车辆阻力计算方法.

无结构三角形网格下运动界面追踪的WENO有限体积法

在处理运动界面追踪问题的流体体积函数(VOF)法的基础上,给出了一种无结构三角形网格下的高分辨率的运动界面捕捉方法.该方法采用高精度的加权本质无振荡(WENO)有限体积格式离散VOF函数的空间导数,采用三阶TVD Runge-kutta方法离散时间导数,采用Lax-Friedrichs通量作为数值流通量.数值试验结果表明,用该方法来进行旋转速度场和剪切速度场的运动界面追踪,可以得到与理论解非常一致的追踪结果.

E^(n)空间中几个几何体体积间的关系

探索了n维欧式空间中,当空间维数n为奇数和偶数时两个球体体积公式之间的相互转化.并利用这两个公式研究了n维空间中同底等高的圆锥、半球和圆柱体的体积之比,进而通过引入体积函数的概念,利用它的齐次性性质证明了n维欧式空间中同底等高的锥体和柱体体积之比为1:n.

致密油藏体积压裂水平井半解析渗流模型

由于非常规油藏特殊地质条件,导致在进行大规模水力压裂过程中形成了复杂的裂缝网络,复杂缝网的出现导致油藏渗流规律发生变化。基于体积源函数在准确描述复杂缝网形态的基础上,考虑复杂缝网内渗透率,建立了致密油藏体积压裂水平井半解析渗流模型,模型结果的正确性得到了油藏数值模拟的验证。计算结果表明,含有复杂缝网的油藏渗流过程可以分为6个流动阶段:线性流、供给流动、过渡流、双径向流、晚期径向流以及边界控制流动。缝网渗透率主要影响早期线性流和供给流动,次生裂缝渗透率对供给流动影响较大;过渡流、双径向流以及晚期径向流动受复杂缝网几何尺寸影响较大。该模型为预测体积压裂水平井的产能、认识体积压裂水平井渗流规律以及评价体积压裂效果提供了一种非常有用的方法。

体积差的等周不等式

首次提出并建立了凸体的体积差函数的等周不等式,它是经典等周不等式的推广.作为应用,对星体建立了体积差函数的对偶等周不等式和广义对偶等周不等式.

沿海声层析数据在印尼巴厘海峡的同化研究

沿海声层析(Coastal Acoustic Tomography,简称CAT)是利用高频声信号实现近海大范围流场观测的有效手段,但其直接观测范围仍然有限。海洋数值模式提供了一种存在仿真误差的大范围海洋背景场,将CAT观测结果与海洋背景结果同化,可以提高流场结果的分辨率和准确度。本文提出一种利用流函数拟合海洋模式流场结果并使用集合卡尔曼滤波算法同化CAT数据的方法,获得更大范围的海洋水平二维流场结果。同化研究以非结构化网格有限体积海洋数值模式(Finite-Volume Community Ocean Model,简称FVCOM)作为背景场,以2016年6月1日至3日在印度尼西亚巴厘海峡(Bali Strait)进行的4站CAT实验作为观测数据。经过背景场流函数拟合和CAT数据同化,获得巴厘海峡二维流场。同化结果分别与同期观测结果和潮位数据对比,发现流函数拟合同化后的流场能更准确地描述巴厘海峡涨落潮和流量情况,通过引入CAT数据与流场的函数关系,可以有效地降低海洋模式的误差和原观测数据的稀疏性。

从反射太阳光谱反演大气气溶胶体积谱分布的理论研究

由大气顶射出太阳辐射的形式解出发,结合球形粒子的米散射理论,由反射太阳光谱推导获得了反演整层大气气溶胶粒子体积谱分布的权重函数。在权重函数特征分析的基础上,根据一个简单的线性反演算法,利用大气辐射传输计算模拟的大气顶反射太阳光谱,反演获得了不同气溶胶浓度和复折射率条件下的气溶胶粒子体积谱。结果表明,初步建立了一套自洽的大气气溶胶体积谱分布的反演方法。通过米散射计算获得的反演参数考虑了波长对粒子半径的权重特征,使气溶胶体积谱的反演具有了明确的物理依据;同目前常用的查算表方法相比,简化了反演方案中参数化的复杂程度。

基于Fluent的三维注塑充填界面追踪方法研究

充填阶段是注塑成型中最复杂也是最重要的阶段。考虑到Moldflow软件在注塑成型模拟中的局限性,越来越多的学者使用Fluent等通用计算流体动力学(CFD)软件进行注塑成型模拟。然而,大多数基于通用CFD软件的注塑充填模拟中都忽略了气体相。基于Fluent软件实现了三维注塑充填模拟,并将没有考虑空气相,以及考虑空气相时使用两种不同界面追踪方法的模拟结果分别与Moldflow进行了对比。结果表明,在基于Fluent的注塑充填模拟中应该考虑空气,且使用流体体积函数(VOF)和水平集(Level Set)的耦合方法 (CLSVOF)比单纯的VOF方法界面追踪效果更好。

运动界面的追踪和重构方法

提出了一种简单有效并且精确的高分辨率运动界面追踪方法———无结构网格特征型积分平均有限体积法· 并且对包括该方法在内的六种界面重构方法做了一些数值试验和评估· 通过精确的数值模拟。

柴油机气缸盖传热规律研究

利用Star CCM+软件,采用多面体网格技术和基于流体体积函数方法(VOF)的两相流沸腾模型,对单缸柴油机气缸盖的冷却传热进行了流-固耦合仿真计算,通过气缸盖的测试温度对仿真结果进行了校验.在此基础上,对气缸盖的传热规律进行了研究.研究表明,单缸柴油机负荷增加时,气缸盖冷却水壁面排气门鼻梁区的传热系数HTC呈现出在较小负荷增加迅速,在较大负荷增加变缓的规律;气缸盖向冷却水传递的热流量则随单缸柴油机负荷的提高呈现出加速上升的趋势,转速为2 000r.min-1时,单缸柴油机功率由44kW增加到61kW,气缸盖传递给冷却水的热流量增幅为31.4%;功率由61kW增加到80kW,气缸盖传递给冷却水的热流量增幅为61.3%.

基于遗传算法的散乱点云最小包围盒求解

提出一种将遗传算法和O’Rourke算法相融合的最小包围盒求解算法,以O’Rourke算法中的体积函数作为遗传算法的目标函数,采用遗传算子指导解的搜索方向,通过新种群的迭代生成过程缩小搜索区域与体积误差,种群迭代结束后对最优个体解码获得最小包围盒.实验结果表明,该算法可在满足最小包围盒体积精度的同时显著提高算法的运行效率,能够有效处理各种复杂散乱点云数据的最小包围盒快速求解问题.

附加惯性力对气泡破裂的影响

从气泡破裂的力平衡机理出发,采用流体体积函数(VOF)模型研究竖直窄流道中单个气泡受到附加惯性力作用后变形破裂的情况。通过定义气泡破裂点处的速度和观察气泡破裂时的颈部最短距离来描述表面张力、附加惯性力大小及初始形状对气泡破裂的影响。结果表明:表面张力、附加惯性力和初始形状对气泡的破裂有很大影响,它们直接影响流体对气泡的射流作用,最终可能导致气泡破裂。

翼型波浪水面巡航地面效应数值模拟

数值求解非定常不可压缩流动的雷诺平均N-S(Navier-Stokes)方程和标准k-ε湍流模型,用VOR(Volume Of Fluid)方法模拟波浪水面,模拟了NACA2410翼型在波浪水面上方飞行的流场.研究了余弦波浪水面的生成方法,选取合适的计算网格和时间步长,避免了在生成规则余弦波浪水面时由于数值耗散使波面形状衰减.比较了固壁波浪与水面波浪计算结果的差异,发现固壁波浪的结果更接近余弦曲线分布.研究了波浪等级对翼型气动性能的影响,分析计算结果发现:在规则的余弦水面波浪上方飞行,翼型气动力呈现周期性,给出了一个周期内气动力的变化过程,以及波长和波幅对气动力平均值和波动幅度的影响规律.

微通道内Taylor流的计算流体力学数值模拟研究进展

简要阐述了计算流体力学(CFD)中流体体积函数法(VOF)的概念和原理。重点综述了采用CFD方法研究微通道中两相Taylor流的最新进展,包括两相流速度场、气泡或微液滴的生成、发展等流动特性、壁面处液膜厚度的影响因素、微通道内的传质传热特性等。最后展望了微通道内多相流CFD数值模拟的研究重点和应用方向。

过渡型两栖车辆造型设计及水上性能数值分析

应用CATIA曲面造型模块,设计出一款具有快速性特征的新型两栖车车体外形和一种新型防浪板。在FLUENT软件中应用VOF方法、标准k-ε湍流模型、明渠流和高速艇动力学相关理论,对未加装和加装防浪板的两种车辆模型进行了水上性能数值分析。研究结果表明:加装防浪板的车辆模型水上性能更优。该方法可有效应用于高速过渡型两栖车辆的水上性能研究。

基于LES的泵站前池表面涡及液下涡流瞬态特性分析

泵站前池或泵站进水池是泵进口前的过流部件,在不同工况的流动中存在多种旋涡,可分为自由表面涡和液下涡,这些高度不稳定的旋涡是影响水泵装置运行效率及稳定性的重要因素。为了研究泵站进水池的内部涡流,采用大涡模拟(LES)及流体体积函数(VOF)方法对泵站进水池中的三维非稳态流动进行了非定常数值计算,并进行了系统的验证。基于数值计算结果,统计了旋涡的时均特性,讨论了RANS方法和LES方法对涡流预测的区别;采用λ2等值面将旋涡结构可视化,观测到自由表面涡及附底涡周围环绕的二次涡结构;分析了不同时刻表面涡及附底涡的形态和瞬态特性,通过涡量方程得到了对流项及拉升、弯曲项对主涡涡量变化的影响。结果表明:二次涡与主涡的相互作用在一定程度上增强了主涡动量的向外耗散,并通过自旋引起主涡轴向拉升或者弯曲。