基于CFD仿真模拟的工业建筑室内风环境研究——以黄石市华新水泥厂为例

随着众多工业园区搬迁、废弃,关于工业旧址的建筑改造升级成为当下热点。众多研究表明改善建筑室内风环境能够有效降低建筑能耗,提高人体舒适度,提升建筑品质。文章通过CFD仿真模拟,模拟华新水泥厂内部风环境情形,并分析在夏季工况下,1.5 m高度时四种内部空间形式的建筑方案室内风环境情况,并选定最佳形式,为今后在工业建筑室内风环境研究设计方面提供一些思路。

玄武岩/聚酰亚胺三维间隔机织物的参数化建模及高温环境传热数值模拟

为突破实验条件的限制研究高温环境下三维间隔机织物的传热机制和传热过程,以玄武岩/聚酰亚胺三维间隔机织物为研究对象,对其三维间隔结构进行参数化建模,并确定控制方程以及边界条件。利用有限元分析方法对该织物进行高温环境下的传热过程数值模拟,通过实验对比验证模型有效性,探究了玄武岩/聚酰亚胺三维间隔机织物的间隔高度以及间隔跨距对其传热性能的影响。结果发现:相较于间隔跨距,间隔高度对三维间隔机织物传热性能的影响更大,传热平衡状态时织物背面域点探针温度相差11.4℃;且在三维间隔机织物内部,同一时刻下同一水平面上的间隔纱温度略低于空气域温度。

室内风环境模拟在空调供热中的应用

随着社会的不断进步和发展,人们不仅对冬季供热温度的要求不断提高,对室内空气流通状况及空气品质也有了更高的要求。居住建筑作为人们长时间停留的私人场所,应满足健康、舒适、能源有效利用等方面的要求。空调房间内的风环境对人体的舒适度有着至关重要的作用,因此采用合理的空调形式对改善室内环境有着非常重要的意义。文章以某别墅的设计为例,针对别墅建筑的结构特点,根据所处位置计算冬季热负荷,然后利用Airpak软件模拟计算在一定压强条件下的自然通风的气流组织,并对其进行分析和研究,以期为别墅的冬季供热设计提供一定的理论基础和依据。

绿色建筑与风环境设计融合的计算流体力学模拟技术应用研究

在绿色建筑行业高速发展的背景下,对风环境设计的合理运用显得尤为重要。研究融合建筑风工程学与计算流体力学基础理论,开展了对不同建筑布局和地形地貌条件下建筑风环境的理论分析。并利用CFD模拟技术对不同建筑布局下的风环境进行分析验证。结果显示,自由式布局的舒适风区面积占比最大,达到71.02%,较其他布局方式提升了11.15%至18.95%,文章技术能够提升建筑室外风环境的评估和设计质量,对提高室外及室内风环境的舒适度和安全性有积极效果。

钢结构屋顶分布式光伏组件布置及环境模拟研究

针对钢结构屋顶分布式光伏组件布置及环境模拟研究的问题,提出了一种新的温室内辐射得热模型算法。该算法通过精确计算太阳辐射的入射角、直射辐射、散射辐射和反射辐射的贡献比例,解决了温室内部辐照量和温度分布不均的问题。研究结果实现了对温室内光伏组件布置的优化,并通过实验验证了模型的准确性。

高空台进气环境模拟系统固定时间自抗扰复合解耦控制

针对高空台进气环境模拟系统(IESS)存在压力与温度双变量强耦合及发动机快速过渡态试验带来的强总和扰动问题,设计一种新型固定时间滑模控制器(FxTSMC)并结合固定时间扩张状态观测器(FxTESO),提出一种固定时间自抗扰复合解耦控制(FxT-ADRCDC)方法。具体地,采用静态解耦方法将IESS解耦为两个单输入、单输出系统,实现IESS温度和压力的独立控制。在总扰动估计与抑制方面,利用固定时间扩张状态观测器快速准确估计系统状态与包含系统动态耦合在内的总扰动,并提出一种能够避免奇异问题且快速收敛的新型FxTSMC,将总扰动补偿到FxTSMC中,得到FxT-ADRCDC方法。设计Lyapunov函数证明了闭环控制系统的固定时间稳定性,得到不依赖于初始条件的稳定时间上限。搭建高置信度IESS仿真平台开展发动机过渡态飞行任务试验,对比了本文所提出方法与线性自抗扰解耦控制(LADRDC)方法。结果显示,FxT-ADRCDC方法控制下的进气压力、温度的绝对积分误差比LADRDC方法平均减少约70.3%和70.7%,且阀门摆动量符合实际工程要求,有效实现了进气压力、温度的高品质解耦控制,为提升IESS的快速、精确的动态模拟能力提供有力的技术支撑。

不同建筑环境下平均风速剖面的数值模拟

基于计算流体力学(CFD)方法对具有不同建筑环境参数的城市上空的风场进行系统性的数值模拟,并对平均风速剖面指数的变化规律进行讨论。研究结果表明,建筑平均高度对平均风速剖面指数的影响较大,建筑密度对平均风速剖面指数的影响较小。文中还给出了以建筑平均高度和建筑密度为自变量的平均风速剖面指数经验公式。

多模式组合的居住区绿地对热环境影响的模拟研究

居住区作为城镇居民三生活动最主要的空间单元,其热环境质量直接决定了小区内居民的舒适感和幸福度.本文在归纳总结城镇居住区绿地组合模式的基础上,基于非静力流体力学技术和热力学原理,耦合有限差分及交替方向隐式算法对小区范围内不同模式结构组合的绿地生态系统进行热效应模拟研究,通过对比分析不同模式组合的绿地系统热环境效应特征,探寻多模式组合下的居住区绿地与局地热环境间的交互关系.结果表明:在相同的模拟条件下,“中心+宅间”绿地组合模式的热环境效应最好,“组团+宅间”模式次之,“宅间”模式热环境效应最差;模拟区域内三种绿地组合模式的最高最低温度差分别为2.36、2.31和2.34℃,且温度自西南向东北方呈现圈层式分布特征;多绿植类型的组合模式对局地热环境的改善效果依次为:草+灌+乔>草+乔>草+灌>草,灌木对绿地热环境舒适度的改善效果不显著.该研究能够为居住区绿地规划设计与实践提供科学参考.

地西泮在模拟养殖环境中的含量变化及累积特征

为探究地西泮(Diazepam,DZP)在模拟养殖环境中的降解特点及累积特征,设置2个浓度胁迫组(A、C组),并在2个浓度下添加蜈蚣草(Pteris vittata)作对照组(B、D组),共4个试验组;分析水体、底泥和蜈蚣草中DZP浓度随时间的变化特点,探讨蜈蚣草和底泥对水体中DZP的累积特征。结果表明,给药后4组水体中DZP的初始质量浓度分别为A:(0.118±0.002)μg·L^(-1)、B:(0.117±0.004)μg·L^(-1)、C:(1.141±0.078)μg·L^(-1)和D:(1.142±0.039)μg·L^(-1),给药后第768小时水体中DZP质量浓度下降了29.71%~40.17%;DZP降解半衰期介于65.29~139.11 d。4组底泥中DZP质量分数随时间变化逐渐上升,给药768 h后4组底泥中DZP质量分数分别达到初始质量分数的17.99倍(1.384μg·kg^(-1))、14.81倍(0.918μg·kg^(-1))、4.77倍(7.848μg·kg^(-1))和5.30倍(7.763μg·kg^(-1)),富集系数介于9.79~18.80;B、D组蜈蚣草中DZP浓度峰值出现在给药后第216小时。蜈蚣草和底泥对水体中的DZP具有一定的吸附和富集作用,可明显缩短高浓度DZP在水中降解的半衰期,在低浓度DZP水体中添加蜈蚣草可抑制底泥对DZP的富集。

波流环境中多孔射流三维数值模拟

建立了波流环境中多孔射流的三维大涡数学模型,探讨了波流共同作用下多孔射流的扩散和稀释机制,分析了孔间距对双孔射流、射流与环境水体相互作用的影响,并给出了最优相对孔间距。模拟结果表明:在波谷相位时刻,由于横流与波浪相互作用强烈,流场内的三维涡旋结构丰富、尺度较大、数目众多,有利于射流与环境水体、射流与射流之间的掺混,这是波流环境比单一横流环境中多孔射流运动扩散效果更佳的主要原因;随着孔间距的增大,双孔射流之间的相互作用慢慢削弱,而射流与环境水体之间的相互作用却在不断增强;双孔射流在孔间距为7.0倍管口直径时扩散效果最好。

空间环境模拟器热沉液氮密闭循环方案及数值模拟

空间环境模拟器中氮系统设备众多,管路复杂,通过传统理论计算设计的系统参数与实际运行结果存在一定偏差,从而导致系统流量和压力偏离预期。为准确分析和确定氮系统的关键参数,运用数值模拟软件FloMaster对某单相密闭循环氮系统进行全系统的一维仿真模拟,研究氮系统中单一设备的模型参数,从而确定影响系统运行的关键参数。将系统仿真计算结果与实际运行结果进行对比发现,液氮管道的阻力损失误差是造成系统流量和压力偏差的主要因素;同时,液氮流量的差异也会对换热过程造成影响,使热沉出口的液氮温度出现偏差。但系统偏差不影响系统的特征参数的变化趋势。综上,这种仿真方法简化了理论计算方法的计算过程,提升了设计效率,为系统设计提供了数据基础和设备选型依据。

月球环境模拟设备研究及发展分析

月球环境模拟设备能够模拟月球表面的温度、真空及月尘等环境因素,以便在地面开展相关科学研究和试验验证。本文对月球环境模拟设备的发展现状进行了跟踪研究,结合国内外月球环境模拟设备的研制和使用情况,梳理出月球环境模拟设备研制的关键技术,并针对未来载人月球探测活动所需的月球环境模拟设备提出了发展建议。

装药过载环境力等效模拟实验技术研究

为解决装药安全可靠性能实验成本高、强过载环境测试难度大等瓶颈问题,以等效模拟弹体侵彻钢板时内部装药过载环境力为目标,基于数值模拟方法,设计了装药过载环境力等效模拟实验装置,并开展了等效模拟实验,突破了同时满足加载压力大于1 GPa和脉冲宽度大于100μs的技术难点。结果表明,弹丸侵彻钢板时装药受到的过载为正弦波单脉冲。在装置中采用波形调整器不仅能够调控加载到待测药表面的波形,还能对压力的衰减产生大幅影响。随着波形调整器厚度的增大,加载在待测药表面的压力逐渐减小,脉冲宽度显著增大;随着飞片厚度增大,飞片获得的驱动速度逐渐减小,加载在待测药表面的压力明显减小,脉冲宽度变化不明显。装药过载环境力模拟装置形成的脉冲特征值与弹丸侵彻钢靶过程的数值模拟结果对比,超压峰值误差最高为5.71%,脉宽误差最高为14.8%,均低于15%,验证了用该装置模拟弹体侵彻钢靶时装药加载状态的等效性。

实验室气候环境模拟应用进展

实验室气候环境模拟用来模拟气压、气温、湿度、风速、降水、日照和特定天气状况等气候气象以及太空行星大气等环境因素,试验、测试计量、考核评价特定对象(人和物)对气候环境等的适应性、耐久性,以及研究气候气象乃至太空环境影响的相关科学技术,从20世纪出现以来具有越来越重要的研究应用价值。本文回顾了国内外气候环境模拟在生物、农业、航空航天、汽车交通、建筑、兵器、太空探索等产业领域及科学工程等方面的试验、测试计量及应用等工程项目,介绍了相关温、压、湿、风、雨、雪、雾霾等相关模拟设备的技术及系统平台,展示了这一领域在国内外几十年来的应用研究进展,并对该领域在科学和产业应用、精密调控、仿真、虚拟现实和增强乃至太空环境模拟及生命支持研究等领域的发展进行了分析和展望。

舱外设备箱体模拟海洋大气环境中的加速腐蚀试验与结果分析

目的 研究模拟海洋大气环境对舱外设备箱体腐蚀行为的影响,为快速评价舱外设备箱体原材料、原结构、原表面技术状态改进优劣提供技术和方法支撑。方法 根据XX舱外设备箱体实际服役环境剖面、腐蚀损伤状况,制定含海水模拟、湿热、维护保养及检查阶段等3个模块的实验室模拟海洋大气环境加速谱,运用外观、扫描电镜(SEM)、金相显微镜、X射线能谱(EDS)等表征技术,研究设备箱体在12个循环周期的宏微观形貌和腐蚀产物元素含量分布,并对标准金属铝和钢的同步实验室试验与XX近海户外自然环境下的腐蚀效应进行对比。结果 12个循环周期结束后,底座铝合金严重腐蚀,呈现明显的晶间腐蚀,并产生大量腐蚀产物,腐蚀产物主要含有O、Na、Al、Si、Cl、Ca、Mn、Fe等元素,其腐蚀形貌及程度与实际服役5 a的底座一致。标准金属铝和钢加速试验120 d的腐蚀效应分别等效XX近海大气试验4.65 a和10.57 a。结论 海水模拟、湿热、维护保养及检查阶段等3个模块的实验室模拟循环试验能较好地模拟XX舱外设备箱体经历的环境,其腐蚀与实际服役环境下的腐蚀程度相近,实现了基于短期内完成3~5 a的海洋运行验证。

产学研导向下风热环境仿真模拟技术在空间设计教学中的应用

文章探究了风热环境仿真模拟技术在空间设计教学中应用的现实意义、评价方法。空间设计教学应结合数字孪生新技术设计层层递进的教学模块,营造“以学生为中心”的探索性教学氛围,同时运用多元主体共同评价方法,从实践和科研能力培养两方面综合评价教学成果,建立多因子、多层级的协同评价体系,最终达成理论知识、实践能力、研究思维相互促进的产学研联动效果。

环境压力对隧道竖井排烟影响的数值模拟研究

通过FDS数值模拟,研究环境压力对隧道火灾的烟气蔓延规律、烟气分层特性和竖井排烟效果的影响。研究表明:低压环境下隧道顶棚的烟气具有更高的温度,火源-竖井和竖井下游区域顶棚温度的纵向衰减曲线均符合指数分布,温度衰减系数随着环境压力的增加而减小;火源-竖井区域的烟气运动由热浮力主导,层化曲线变化趋势不明显,竖井下游区域层化曲线受环境压力的影响较大,随着环境压力的降低,层化曲线出现顺时针旋转的趋势,层化强度降低,烟气层稳定性下降;低压环境中竖井的排烟效果要优于常压状态下的竖井,且竖井底部产生吸穿现象的临界高度也有所增加。因此,与一般海拔地区相比,海拔较高地区的隧道发生火灾时,较高竖井的排烟效果更好,吸穿临界高度更高,对下游烟气层稳定性的影响更小,更利于疏散排烟。

台风条件下航站楼风环境数值模拟研究

以杭州萧山机场T4航站楼为对象,采用Realizable k-ε湍流模型进行了周边风环境数值模拟。首先通过与刚性模型测压风洞试验结果的对比,验证了该数值模拟方法及参数的有效性;然后,研究了不同风向角下行人高度(2 m)处加速比的变化规律,以及台风登陆情况下距离地面10 m高度处的风速分布情况。结果表明:航站楼两侧的角点位置处和西侧建筑群迎风面道路间易受角隅效应和峡谷效应的影响,存在明显的风加速现象,在台风登陆条件下,航站楼周边大部分区域风速达到六级(强风)以上,而陆侧交通中心区域由于四周建筑的遮挡,所受影响相对较小。

计算机模拟分子印迹技术用于环境污染物吸附的研究

计算机模拟技术为解决分子印迹材料在环境污染物吸附应用中面临的关键难题提供了理论依据和技术支撑。模拟技术可以指导材料结构设计与优化,扩大材料的适用范围,揭示材料的吸附动力学机理,并辅助材料的高效筛选。文章将综述计算机模拟在分子印迹技术中的应用,包括材料结构设计、吸附性能预测、吸附动力学模拟和材料筛选四个方面,这对扩大分子印迹技术的应用范围,发展高效、低成本的专一性吸附材料具有重要意义。研究表明,计算机模拟的全面应用可大幅提高分子印迹材料对广谱环境污染物的去除效率。未来应加强模拟模型的优化与实验结果的验证,以加速高性能分子印迹材料的开发。

高真空环境模拟卧式超长综合试验平台

文章设计了一套高真空环境模拟卧式超长综合试验平台,包括真空腔体、抽真空系统、热模拟系统、冷却水循环系统、控制及数据采集系统以及其他辅助保证系统等。该环境模拟系统主要是为全系统模拟真空环境试验提供条件保障,满足试验过程中关键技术指标的验证要求以及关键设备可以在清晰成像距离范围内实现对目标运动轨迹的标定,为后续项目研发和改进提供技术和测试数据支撑。