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。

细棒入水动力学特性的解析计算与数值模拟

结合解析计算与数值模拟本文研究了均匀细棒低速入水过程中水的阻力系数和细棒密度这两个因素对其入水过程的动力学特性的影响.根据牛顿第二定律首先建立动力学微分方程并求得了解析解,由此进行数值计算并对其运动状态的动力学特性进行了分析.结果表明若细棒密度比水的大,不管以任何初速度入水,最终都会趋向于一个稳定的极限下沉速度,该极限速度正比于细棒与水的密度差,反比于水的阻力系数.但当密度差较小时,细棒的下沉速度先达到一个峰值,然后减速并逐渐趋向于稳定极限下沉速度.相反,如果细棒的密度不大于水的密度,则细棒入水后最终会静止不动而悬浮于水中.

超空泡航行体流体动力延迟特性数值模拟研究

由于超空泡形态的延迟效应,超空泡航行体在机动航行过程中的流体动力会展现出极强的非定常特性,给航行体流体动力的获取、运动性能的分析以及控制方案的设计带来了巨大的挑战,因此开展航行体超空泡状态下的流体动力特性和形成机理的研究具有重要的意义。采用动态网格技术,建立了超空泡航行体连续变攻角运动的三维数值模型,并通过水洞试验结果验证了该模型的准确性,仿真研究了不同速度、摆动频率和空化器预置舵角下超空泡航行体非定常空泡发展过程和流体动力特性变化规律。研究表明:超空泡航行体非定常运动状态下的流体动力具有延迟特性,采用常规航行体流体动力计算方法预报结果存在较大误差;空泡延迟效应和附体空泡的动态发展是导致超空泡航行体非定常流体动力延迟特性形成的根本原因;超空泡航行体流体动力延迟特性随着速度的增大而显著增强、摆动频率增大而减弱,空化器预置舵角导致航行体在正负攻角摆动时呈现不同的延迟特性。

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。

风对定日镜影响的计算流体动力学数值模拟

利用linux系统下软件平台Fluent 6.3的并行计算技术和实用的结构网格划分方法,基于Reynolds时均方程,分别采用两种湍流封闭模型:标准k-ε和MMK修正的k-ε模型,模拟计算了定日镜结构的平均风压系数、阻力、升力以及力矩系数和平均风流场。分析了定日镜镜体平均风压、平均风流场的分布规律和特点;并将数值计算结果与风洞试验进行了比较。结果表明,基于Fluent6.3的MMK修正的k-ε模型较之标准k-ε模型有更好的预测效果。

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.

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。

半潜航行器纵平面流体动力数值计算与试验研究

半潜航行器因航行深度介于水面航行器和潜器之间而得名。为预报半潜航行器纵平面流体动力性能,开展数值仿真与风洞试验。研究航行器不同攻角、不同舵角下受力情况,计算速度系数、舵角系数以及耦合系数,并与风洞试验数据进行对比。针对耦合工况中舵效降低的情况进行了流场分析。仿真和试验结果表明:CFD仿真结果与试验结果吻合较好,具有较高预报精度;增加航行器攻角会影响前、后舵板贴体端稍涡的形成,迫使稍涡向上偏移,在吸力面形成一个直径与舵板弦长相当的涡。研究结论可指导航行器运动控制和前后舵布局优化。

双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算及数值模拟研究

对液态排渣锅炉的深入研究将会推动纯燃高碱煤技术的推广。以一台超临界350 MW机组直流双U型火焰液态排渣锅炉为研究对象,以燃烧室、捕渣管束和冷却室为单元,从热平衡的角度出发展开热力计算,并借助数值模拟手段,研究了炉膛内设计工况下的流场、温度场和组分场及其在变负荷时的变化情况。热力计算和数值模拟表明,几处烟气温度结果偏差都低于40.0℃。燃烧室出口烟气温度偏差仅为1.2℃,冷却室出口烟气温度偏差为15.6℃。经过验证和比较,所采用的热力计算方法可以应用于双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算。数值模拟结果显示,炉内空气动力场良好,旋流形成的回流区可以增加煤粉颗粒在燃烧室的运动路径,促进煤粉的燃尽。烟气在流经捕渣管时,温度大大降低,同时流场也受到了一定的扰动,可以有效捕捉灰渣。在变负荷工况下,炉内的速度场按负荷降低成比例下降,回流区的大小基本不变。炉内的温度水平降低,当给煤量由100%降至75%时,燃烧室出口烟温降低了约75℃,而冷却室出口烟温降低了约200℃。本研究可为双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤提供参考。

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。

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。

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。

基于Visual Basic的二维稳态导热数值模拟计算研究

目前大部分传热模拟模型均借助商业软件进行数值求解,不利于了解不同边界条件对导热的影响程度。采用Visual Basic(VB)语言建立二维稳态导热的数值模型求解程序,直观地展示传热过程中的温度分布,通过分析固定边界热流密度变化和固定边界温度变化对导热的影响,得出导热对不同边界变化的灵敏度。

栅格翼流体动力性能数值模拟

用Fluent软件对单独栅格翼的流体动力性能作了数值模拟 :对N S方程用有限体积法进行离散、非耦合隐式方法差分求解、多重网格加速收敛 ,得到了栅格翼法向力、轴向力、铰链力矩等随舵偏角δ的变化规律 .计算值与截面为 6 0 0mm× 6 0 0mm空泡水洞的实验结果作了比较 。

基于磁流体动力学的电磁流量计数值模拟

通过计算流体力学和磁流体动力学的耦合计算，直接给出了一种电磁流量计二维模型里流动（层流）和外加磁场（均匀稳态）的相互作用结果，并得到信号输出即感应电动势与流量的基本关系以及其他变量如感应电场与感应电流的详细空间分布。模拟结果符合理论值，表明可利用磁流体动力学数值模拟来广泛研究不同流场和外加磁场分布下电磁流量计特性。

基于CFD(计算流体动力学)的两栖车绕流场模拟

利用计算流体动力学理论,对不计自由面的两栖车辆的粘性绕流场进行了数值模拟,重点介绍了关键的SST k-ω湍流模型和混合网格布置方法。计算结果基本与实验数据吻合。

海拉尔盆地乌尔逊凹陷古流体动力场数值模拟

首先对地下水动力场进行数学描述,以水动力为主线,建立适合该地区的数学模型,选择正确的地质模型参数,主要采用数值计算和模拟等手段,在恢复出乌尔逊凹陷主要目的层在不同地质历史时期古水动力的基础上又恢复出古流体势的演化历史。整体上,在乌尔逊凹陷,各主要地质时期的油势演化特征为西部地区大于东部地区,乌南大于乌北,且低势区的发育有较好的继承性。最后,依据油气聚集理论,进行油气运移聚集系统的划分、油气运移方向的分析,从而得出有关研究区油气运移聚集条件的认识,主要从流体动力的角度考虑,指出有利聚集区,认为在乌尔逊凹陷苏4～苏18井区、苏132～苏17～铜2井区及巴1～巴2～巴4井区为有利油气运移聚集区。

流体动力系统激波的数值模拟

本文为了对流体动力系统含有激波的跨音速流动进行数值模拟，给出了曲线坐标系下的LU-AUSMLW算法。该算法综合利用了AUSMPW格式与LU-SGS方法的优点。本文通过采用三阶MUSCL格式获得高阶精度。为了验证该算法的精度，对通道和叶栅中含有激波的跨音速流动进行了数值模拟。本文数值试验的计算结果与文献计算结果相符很好。