计算流体力学模拟房颤患者肺静脉收缩期回流速度对于左心房血流动力学的影响

目的心房颤动(AF)使心房的主动收缩功能和舒张功能明显受损,房颤的发生使病人血栓栓塞风险明显增高,预后很差。在房颤发作期间,肺静脉的收缩的回流速度明显下降,从而使舒张期回流成为左心房充盈的主要因素。收缩期左室储器功能下降与阵发性或持续性房颤病人的缺血性卒中/短暂性脑缺血发作风险增加显著相关。但是目前机制尚不明确。方法基于心脏增强计算机断层扫描影像,重建肺静脉-左心房-左心耳结构模型,通过设置个性化病人肺静脉入口及二尖瓣出口边界条件,左心房壁面设置为沿长轴二尖瓣环纵向运动。进行计算流体力学模拟,定量评估左心房储器阶段不同肺静脉回流速度情况下,左心房、左心耳血流动力学的变化。结果本研究发现常见的4根肺静脉呈交错排列从左心房发出,基于此肺静脉-左心房结构,在左心房储器阶段左心房内存在血液流动形成的“大涡环”结构,该涡环结构从左心房后面观呈顺时针方向,跨越整个左心房。随着肺静脉收缩期回流速度的减小,该涡环结构逐渐减小甚至消散。相关的左心耳TAWSS减小、OSI增高及RRT延长。结论肺静脉收缩回流速度的大小对于房颤期间涡环结构的形成至关重要;“大涡环结构”的存在有助于促进左心房与左心耳血液的交换及预防二者血液发生瘀滞。

基于计算流体动力学的燃烧过程数值模拟与优化

本文通过对几种常见的基于计算流体动力学(CFD)的燃烧过程数值模拟方法进行比较分析,阐述各方法在不同条件下的优势与不足,并指出在今后工作中需要重点关注的问题。最后,针对CFD技术在燃烧过程数值模拟中存在的一些问题提出建议,并展望CFD技术在燃烧过程数值模拟领域中的发展趋势。

颈内动脉狭窄血流动力学数值模拟

目的:基于血流动力学数值模拟条件,探究对颈内动脉进行不同程度人工干预狭窄的颈动脉模型的血流动力学特性,并从血流动力学角度分析颈内动脉位置处产生狭窄及由于其狭窄导致脑部供血疾病的原因。方法:采集内蒙古民族大学附属医院提供的健康个体二维CT数据,应用医学建模软件MIMICS20.0将二维的颈动脉CT数据进行三维模型重建,然后借助3-Matic Medical软件,对颈动脉模型中的颈内动脉同一位置进行不同程度的人为干预狭窄,得到颈内动脉25%、50%、75%狭窄程度的颈动脉模型。经格式转化、边界条件设置、网格划分等操作后,导入计算流体力学软件FLUENT14.5进行颈动脉血管及血液两相流血流动力学数值模拟与分析。结果:比较颈内动脉同一位置3种不同狭窄程度下的血液流线及速度矢量图可知,随着狭窄程度的增大,颈动脉窦处血液的涡旋流动现象迅速减弱,而颈内动脉狭窄处上方和下方血液出现明显的涡旋流动,并且血液流动出现选择性偏流。颈内动脉狭窄程度从25%到50%再到75%的过程中,狭窄处的血管壁面压力始终较低,狭窄下方的血管壁面压力逐渐增大,为高压力区域。狭窄处为高切应力区域,并且狭窄位置上方和下方的低切应力范围明显变大。结论:利用计算机软件进行人为干预狭窄获取模型的技术进行实验研究具有方便、快捷的特点。颈内动脉狭窄从25%到50%再到75%时,颈动脉的血液流场发生明显改变,颈内动脉出现明显的涡旋流动现象,血管壁面的力学性质也发生一定变化。

多流程循环流化床气固流动和燃烧的计算颗粒流体力学数值模拟

多流程循环流化床与传统流化床相比,能有效降低炉膛高度,实现小型化。以多流程循环流化床锅炉为研究对象,基于计算颗粒流体力学,对气固流动和燃烧过程进行了数值模拟,计算结果与中试装置结果吻合较好。结果表明:炉膛内颗粒相浓度由高到低依次为主燃烧室、副燃烧室、燃尽室,炉内颗粒分布呈现“环-核”结构;炉膛温度范围为1 000~1 200 K,主燃烧室的温度大于副燃烧室,副燃烧室的温度大于燃尽室与旋风分离器;增大一、二次风的配比使炉膛密相区的氧气含量增大,加剧了燃烧,使床温升高;由副燃烧室进行分级给料,有利于焦炭还原NO,使出口NO浓度明显下降,有利于减少氮氧化物的排放。

计算流体动力学耦合离散单元法在支撑剂方面的应用进展

非常规致密/页岩储层开发问题中,支撑剂运移规律具有重要影响。明确支撑剂在裂缝中的运移规律对压裂作业十分关键。CFD-DEM模拟技术针对流体-颗粒系统具备高解析度,为支撑剂的运移、分布研究提供了有效方法。介绍了此模拟方法在支撑剂运移研究中的最新进展,深度分析了CFD-DEM模拟方法在支撑剂运移规律研究中的独特优势与CFD-DEM模型的原理和特点,总结了支撑剂在不同环境条件下的运移特征和分布规律,更全面、准确地揭示支撑剂运移的复杂机制,推动非常规油气开采朝着更加科学、高效、可持续的方向发展。

高空核爆炸磁流体动力学电磁脉冲

高空核爆炸产生的磁流体动力学(晚期)电磁脉冲对电力系统等国家重要基础设施具有严重影响。由于晚期电磁脉冲产生的机理复杂,依赖因素众多,包括爆炸当量、爆高、爆炸方位、爆炸时间、观察点位置以及土壤电导率等,因此,目前还没有成熟的代码可以模拟整个晚期电磁脉冲的产生过程。介绍晚期电磁脉冲的产生机理,讨论晚期电磁脉冲电场随核装置爆炸当量、爆高和大气状况的变化关系。E3A电场峰值随爆炸当量线性增加,而E3B电场峰值则随爆炸当量增加出现明显的饱和效应。分析了当前晚期电磁脉冲模拟代码现状,为进一步研究晚期电磁脉冲数值模拟方法和代码研发提供参考。

全射流喷头内部流场计算流体动力学数值模拟

建立了全射流喷头内部流场的CFD数值模型,并对喷头的流量压力关系、喷头附壁情况下附壁点的位置进行了数值模拟计算。CFD计算值与实验测量值对比结果表明,CFD计算得到的3种喷头流量值与实验测量值的平均偏差小于5%,附壁点计算值与实验测量值平均偏差小于5%。说明采用CFD方法能较好地反映喷头的内部流动情况,根据数值模拟最终得到全射流喷头内部流场在直射和附壁状态下的速度矢量图。

基于计算流体动力学的偏心环空流场数值模拟

在流体计算软件PHOENICS的VR编辑环境中,建立了偏心环空流场几何模型.采用三维均匀正交网格,应用湍流模型和壁面函数法处理固壁边界,在不同偏心度的情况下对流场进行计算,分析了偏心度对偏心流场速度分布和压力损失的影响.将量纲为1的压降模拟结果,与文献[11]给出的不同偏心度时偏心环空流的量纲为1压力PR计算表达式结果进行对比,其结果吻合较好.

株洲体育场馆的计算流体动力学数值模拟

以株洲体育场馆为研究对象,进行了粘性流场的数值模拟,比较了屋盖升力系数和流场细节,将数值模拟结果和试验结果进行了分析,结果令人满意,特别是基于整个雨篷屋面的体形系数吻合的更好。本文还针对株洲体育中心复杂外形几何特点,构造了特定网格拓扑结构,使用分块结构化网格对该建筑进行数值模拟。模拟结果和试验数据以及涡方法的数值方法结果进行比较,结果表明可以解决具有复杂外形三维建筑物气动力学设计问题,具有较好的计算精度。

基于计算流体动力学的煤炭地下气化过程数值模拟

为了对煤炭地下气化过程产生的混合物气体组分进行有效分析,在一个给定的几何结构和煤块均匀分布条件下,采用计算流体动力学理论建立了一个固定床煤炭地下气化过程的三维数理模型。该模型中的反应器考虑了气固两相流动,并生成了离散化数值网格。采用气相运动k-ε湍流模型,利用ANSYS/Fluent软件对该模型的技术参数进行了分析。以定性和定量的形式对煤气化过程的气体组分(CH_4、CO_2、CO和H_2)进行了实验分析,结果表明:提出数值模型得到的组分计算值与实测值吻合较好,平均相对误差12.17%。此外基于获得的相关性系数验证了提出数值模型的适用性。

基于计算流体动力学的汽车外形数值模拟

随着计算机技术的发展和数值模拟的兴起,基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称CFD)的数值模拟在汽车空气动力学研究中有越来越重要的作用.应用CAD软件CATIA建立汽车的3D自由曲面模型,以CFD为基础运用流场分析软件FLUENT对汽车自由曲面外形进行数值模拟,获得了汽车外形的空气动力学特性,为汽车设计和选型提供了重要依据.

基于计算流体动力学与离散元法的离心泵内流场及磨损的数值模拟

利用离散单元法与流体动力学耦合的方法研究了不同入口流速(0.6、1.2、1.7 m/s)和额定转速(2650、2800、3000 r/min)下单级离心泵内部流场变化、磨损部位、磨损量、输送能力。结果表明:离心泵叶轮叶片尾部易发生空化现象,入口流速对叶片空化现象、出水管道滞留区域产生的影响大于转速的;9种工况下离心泵最大磨损量出现在叶片尾部,转速从2650 r/min变化为3000 r/min时,磨损最严重的部位由叶片1、4尾部变为叶片1、2尾部,叶轮叶片为离心泵磨损最严重的部件,占离心泵总磨损量的38.10%~49.41%;离心泵内沙粒平均停留时间表明,流速对离心泵输送性能的影响大于转速的,入口流速0.6m/s、1.2m/s、1.7m/s下沙粒平均停留时间分别为0.144、0.068、0.052 s,说明随着流速的增加,离心泵输送性能增强。

基于计算流体动力学(CFD)的大跨度桥梁风效应数值模拟

CFD(计算流体动力学)方法作为风洞试验的辅助手段,已越来越广泛地应用于桥梁断面选型及抗风设计分析中。采用CFD方法,对某轨道交通大跨度桥梁进行了二维流场数值模拟,得到流场的压力、速度和旋涡分布,还得到了不同高度主梁截面在-3°、0°、3°风攻角时的三分力系数,并对其随梁高的变化规律进行了分析。

迷宫滴头水力特性的计算流体动力学模拟

建立了迷宫滴头的CFD(ComputationalFluidDynamics)数值模型,并对滴头的压力流量关系、流道内部的压力和流速分布进行了数值模拟计算。利用原型滴头和滴头放大模型实测值对模型和模拟计算结果进行了实验验证。结果表明,滴头流量压力关系模拟计算值与实测值之间的平均偏差小于5%;滴头放大模型内部压力分布的模拟值与实验值间的平均偏差小于3%。结果还表明,迷宫式滴头流道内压力沿流道长度呈线性变化,在滴头齿尖附近的主流区流速达1.6～2.8m/s,而滴头齿根附近的旋流区的流速为0.1～0.4m/s,在其它尺寸保持不变时,滴头齿距对滴头流态指数的影响不大。CFD数值模拟可以为滴头水力性能的进一步研究提供有效的研究手段。

计算流体力学方法在仿生机器鱼中的应用研究进展

计算流体力学是研究仿生机器鱼水动力特性的重要数值模拟方法,已在仿生学及海洋学等众多领域得到广泛应用。本文利用CNKI中文数据库及Web of Science核心合集数据库分别检索到201篇中文文献和146篇英文文献,运用Cite Space软件的文献计量学分析方法,对文献类型、期刊分布、发文量趋势、作者、研究机构和高被引文献进行了系统分析,并结合关键词网络知识图谱、关键词聚类图谱,探讨了计算流体力学在仿生机器鱼领域中的应用研究热点。结果表明:仿生机器鱼领域中外文献发文量呈现逐年上升趋势,且仿生类期刊及文献具有较高的影响因子与被引频次;研究学科领域涉及工程学、机器人学、力学与材料科学等多个交叉性学科;该领域内研究热点与重点方向为动力学模型、三维流场仿真、设计与制作。针对现有研究的不足,建议未来研究应深入探讨水生生物集群运动仿真、鱼类侧线感知机制和仿生机器鱼水动力试验,以期促进多学科融合,为仿生机器鱼的发展提供科学参考。

基于计算流体动力学(CFD)的二次供水系统贮水设施水力状态数值模拟

二次供水贮水设施的水力状态对二次供水水质具有重大影响,借助大型流体软件FLUENT,作者采用k-ε方程对水池流态进行了数值模拟,比较进/出水口位置不同、导流板长度及个数不同水池内水流流态和流速。结果表明设置导流板可以提高水池内水流流速、减少死水区面积,这为二次供水贮水设施的设计提供了重要的参考价值。

电磁式微流体动态混合器的动力学数值模拟

从提高电磁式聚合物膜微流体动态混合器的混合性能出发,利用结构动力学理论对聚合物膜进行数值模拟,给出了其模态及谐响应分析结果;然后将其数值模拟结果耦合在流体动力学数值模型上,利用计算流体动力学理论对微腔内液体的流动特性进行了分析,得出低阶振动模式下的Re。对以数值模拟为依据制造的混合器进行了水与红墨水的混合试验。仿真与试验获得了相吻合的研究结果:二阶振动时Re 最大;当激振力振动频率在二阶自然频率附近时,混合液体振动最剧烈,混合最理想;振动剧烈程度是由振幅、频率共同决定的。

管内稠密气固两相流数值模拟计算:颗粒动力学方法

基于稠密气固两相流流体动力学模型、颗粒动力学的颗粒湍动能模型 (KTGF)和气体湍动能模型(SGS) ,模拟计算结果得到了实验研究所揭示的环 -核流动结构 .模拟计算与Miller和Gidaspow的实验结果进行了比较 ,颗粒相浓度、速度和颗粒相动力黏性系数分布与实验值基本吻合 .

基于环境流体动力学模型的浅水草藻型湖泊水质数值模拟

针对内蒙古乌梁素海面临的污染现状,基于三维环境流体动力学模型(EFDC)的计算模式,将其与CE-QUAL-ICM模型耦合,模拟了不同情景下的乌梁素海藻类、总氮、总磷、化学需氧量年际和季节变化规律,模型中不仅考虑了风速和蒸发对模型的影响,也加入了挺水植物密度、高度、直径等形态指标,以此反映水生植物存在的区域中植物吸收降解污染物质、风速对底部应力、流场变化等因素对模型模拟结果的影响。研究结果表明:考虑挺水植物分布的耦合模型能够很好的模拟藻类和污染物质在乌梁素海内的年际、季节变化过程,模拟结果更接近于实际,模拟值与实测值间的相对误差基本控制在30%以内,大部分相对误差已控制在20%以内;降低入湖污染物质负荷直接影响着湖区内水质浓度的变化。另外,对于浅水或挺水植物密集而无法进入取得信息的区域,利用所建耦合模型能够为这些区域湖泊规划、管理、修复提供依据。

计算流体动力学在冲击器设计和模拟中的应用

冲击器对旋冲钻井技术的实施起着至关重要的作用。随着计算流体动力学(CFD)技术的发展,CFD也逐渐应用到冲击器的设计和模拟当中。优选了适合液动射流式冲击器性能模拟的CFD软件,建立了计算模型并进行了计算分析,同时利用先进的粒子图像测速(PIV)技术对射流元件的内部流场进行了观测,对CFD模型进行了验证。最后指出,随着计算机技术的不断发展以及CAD/CAE、CFD和PIV技术的有机融合,冲击器虚拟样机设计和模拟技术将会得到进一步的发展和提高,这也是冲击器设计和模拟技术的一个重要发展方向。