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。

组合式降液管塔板的流体力学性能研究及其流场CFD模拟

开发了一种液相处理能力大、结构简单且安装方便的组合式降液管塔板,可在不动火的前提下对常规双溢流塔板进行扩能改造。以空气和水为物系,在内径1219 mm的有机玻璃塔内,研究了组合式降液管塔板的流体力学性能。对塔板上液相流场的流体流动特性进行了计算流体力学(CFD)模拟,并将模拟结果与常规双溢流塔板进行对比。实验结果表明,相较于常规双溢流塔板,组合式降液管塔板的湿板压降低5%~25%、干板压降低20%~30%,而漏液率略高;在大液相负荷下,组合式降液管塔板的雾沫夹带率明显低于常规双溢流塔板。CFD模拟结果显示,组合式降液管塔板上液相流场比常规双溢流塔板更均匀,在扩大处理能力的同时不会影响塔板效率。

面向半导体工艺的平面线圈感性耦合氩等离子体源的三维流体模拟研究

针对平面线圈感性耦合氩气放电,本文基于自主开发的三维等离子体流体力学程序,数值模拟了线圈结构以及放电气压对等离子体空间分布的影响.研究表明,由于线圈在环向上具有不对称性,电子密度也具有明显的环向不均匀性.随着气压的增大,这种环向不均匀性逐渐增强.通过减小线圈的开口,可以提高等离子体的环向均匀性.此外,针对双线圈驱动放电,还研究了内外双线圈电流幅值之比对于等离子体均匀性的影响.结果表明,通过改变内外线圈电流幅值的比值,有利于提高等离子体的径向均匀性.

磁等离子体发动机的多流体模拟

磁等离子体发动机(magnetoplasma rocket engine,MPRE)的离子回旋共振加热(ion cyclotron resonance heating,ICRH)单元将射频能量直接耦合给离子,是发动机的工质加热单元,其加热效果对发动机推力性能有关键影响。为探究ICRH单元的工作规律,建立了用于模拟MPRE的二维轴对称多流体模型,并采用该模型对MPRE中螺旋波等离子体源与不同输入的ICRH单元进行了模拟。计算结果表明:螺旋波等离子体源在放电过程中由于沉积功率分布发生变化而不断经历模式转变过程,模式转变时电子温度出现峰值,等离子体密度迅速上升;开启ICRH输入后,电子参数基本不变,离子温度有明显提升,表明ICRH单元对离子有明显加热效果,且增加输入电流幅值与输入电流匝数均可显著提高离子温度,实现发动机高比冲工作模式。

磁等离子体发动机中磁喷管分离过程的流体模拟

磁等离子体发动机在深空探测、载人航天等领域具备广阔的应用前景.发动机的磁喷管单元将离子能量转化为轴向动能,对磁喷管中等离子体与磁场分离的物理过程开展研究对提升发动机推进效率具有重要意义.本文建立了针对磁等离子体发动机中磁喷管的流体数值模型,并在不同入口离子温度、背景磁场条件下开展了数值模拟.计算结果表明:等离子体向下游运动的过程中轴向速度增大,并与磁力线逐渐分离,绝热性损失分离机制在分离过程中起主导作用;入口离子温度升高,离子轴向速度增大,离子与磁场分离位置更靠上游,但不会对阻性分离过程产生影响;背景磁场增强,下游离子速度减小,流线与对称轴的夹角减小,各种分离机制中绝热性损失分离机制仍起主要作用.

流体力学模拟在化工设备设计中的应用创新

流体力学模拟技术在化工设备设计中扮演着至关重要的角色。基于连续性方程、动量方程和能量方程等流体力学原理,通过有限差分法、有限元法和有限体积法等数值模拟方法,能够准确预测设备内的流体行为。此外,湍流模型如标准k-ε、RNG k-ε以及LES与DNS方法的应用,进一步提高了模拟的精度。在化工设备中,搅拌设备、换热器、塔设备及泵与压缩机的设计均受益于流体力学模拟,实现了优化设计和性能提升。近年来,多相流模拟、多尺度模拟、智能化模拟以及高性能计算等技术的发展,为化工设备设计带来了新的创新机遇。

石油化工装置的流体动力学模拟与性能改进

目前,石油化工生产过程中,对石油化工装置进行模拟与性能改进是非常重要的研究方向。本文的主要目的是先进的数值模拟方法来研究对石油化工装置进行优化,从而达到提高生产效率,降低能耗,降低环境污染的目的。主要介绍了 介绍了流体动力学模拟的基本原理和方法,CFD (Computational Fluid Dynamics, CFD)与多相流数值模拟的理论与方法。在此基础上,重点研究了石油化工装置中的混合、分离、传热与质量传递等关键的流体力学问题。从器件设计、工艺参数优化、材料制备等方面开展研究。最后对重要性和未来的发展方向进行了研究,希望能对石油化工装置的可持续发展起到积极的推动作用。

化学工程反应器设计中流体动力学模拟的精确性分析

在化学工程领域中,流体动力学是十分重要的研究方向,旨在针对化学工程过程中流体的运动及行为展开分析和模拟,以提供更加科学有效的设计方案。然而,为确保获得精准的模拟结果,化学工程反应器设计中流体动力学模拟的精确度与可靠性至关重要,应当综合考虑模型与计算方法的选择,并对化学反应影响及反应器物理特性等加强重视,以便帮助精确地对反应器内部流体运动及化学反应过程做出预测。基于此,文章重点分析化学工程反应器设计中流体动力学模拟的精确性,以期为反应器设计与优化提供科学的支持。

GPU通用计算平台上的SPH流体模拟

针对流体模拟需要大量计算资源从而很难达到实时模拟的问题,提出一种完全在GPU上实现的基于平滑粒子流体动力学的流体模拟方法.首先通过在GPU上构造基于哈希函数的空间均匀网格来实现任意大小场景的快速邻近粒子查找,并在GPU上并行求解SPH流体方程来实现流体模拟;渲染流体时,通过在顶点着色器中进行纹理采样,利用粒子坐标缓存数据直接更新流体粒子系统的顶点缓存,从而避免了CPU—GPU之间的数据传输,充分利用了GPU的并行性.实验对比表明,与纯CPU实现以及CPU和GPU混合实现的模拟结果相比,采用该方法能显著地减少单个时间片的计算时间,大幅度提高流体模拟和渲染的整体性能.

鄂尔多斯盆地砂岩型铀成矿中两种流体系统相互作用——地球化学证据和流体动力学模拟

鄂尔多斯盆地内的铀矿床多产在盆地的边部,并主要以侏罗系直罗组砂岩为主岩,铀矿体与从红色到绿-绿灰色、从氧化向还原过渡带中的热液蚀变密切相关。与铀矿化有关的后生矿物内流体包裹体研究曾得出60～180℃指示埋藏或热液环境的均一温度。铀矿化共生方解石和高岭石的C、H、O同位素组成研究表明,热液方解石的δ13CV-PDB为-14.0‰～2.7‰、铀成矿流体的δDV-SMOW和δ18OV-SMOW分别是-130‰～-94‰和-9.1‰～4.8‰,C和H同位素组成指示出大量C和H来自烃类的氧化。盆地内流体流动的数值模拟表明,在侏罗纪-白垩纪盆地边缘相对抬升和盆地内地层轻微变倾过程中,发育出2种流体流动系统,即渗出流和渗入流。渗出流系统受盆地上覆沉积压实作用产生的超压驱动,起源于盆地下部,从盆地中心下部流向盆地边缘浅部;渗入流系统受重力驱动,从盆地边缘向下流向盆地中心。笔者认为铀矿化的定位与这2种流体系统的混合过程密切相关,从侏罗系—白垩系渗滤出来的U6+被渗入的雨水流体搬运,当与渗出的富烃盆地流体相遇时,烃类将U6+还原为U4+,并在2种流体系统的过渡带铀矿物沉淀。2种流体系统间过渡带的位置受地形起伏大小控制。在白垩纪末期(65Ma),假设从盆地中央到边缘的起伏为350m,则2种流体系统的过渡带定位于上侏罗统(铀矿化地层);在晚期因超压逐渐消失引起的地形小起伏情况下,过渡带也能发育在这个层位。2种流体流动系统的过渡带能够较长时期的保持在同一个层位,因此,白垩纪之后地形起伏的变小和超压的消失相结合,是铀成矿十分有利的条件。

基于物理的流体模拟动画综述

基于物理的流体模拟近年来成为计算机动画领域的一个研究热点.回顾了该领域中基于物理的流体模拟的发展情况,总结了该研究方向所采用的各类方法,并结合各种现象的特点分门别类地详细展开.其方法总体上可以分为欧拉法和拉格朗日法,涉及的现象包括烟雾、火焰、爆炸、波浪、气泡以及自由运动界面等.最后展望了未来发展的3个重点:细节策略、加速策略和控制策略,以使整个模拟能够更好地满足人们对真实感、实时性以及灵活性的需求.

运用流体模拟的油画生成方法

与真实感绘制技术关注于传统的3D图形学不同,非真实感绘制技术更加强调艺术表现力、主观意识与情绪的传递以及强化重要信息、忽略非关键信息等方面.提出了一种自动的、基于流体模拟的方法来生成具有凡高后期风格的油画图像.提出以流体线条参考图颜色梯度的法线方向作为画笔方向,对原图进行多层绘制;同时,提出一种改进的多光源局部光照模型,以有效地反映不同光照条件下艺术图像的不同表征力.另外,设计了一种在光照条件下模拟画笔物理特征的方法,该方法通过bump-mapping增强绘制图像的涂料层叠感.为了使生成的绘制图像具有凡高油画的色彩风格,采用了一种颜色转换方法,将特定的艺术原画色彩特征转换到绘制图像上.实验结果表明,对于给定的输入图像,该算法能够有效地生成具有凡高后期艺术风格的油画.

西南三江兰坪盆地大规模成矿的流体动力学过程——流体包裹体和盆地流体模拟证据

中国西南部云南兰坪盆地因金顶Zn-Pn矿床和新发现的白秧坪超大型Cu-Co-Ag矿床而驰名。金顶矿床以白垩系和第三系陆相碎屑岩为主岩,拥有2亿吨矿石,平均品位Zn6.08%、Pb1.29%(1500万吨金属),是目前中国最大的Zn-Pb矿床,也是世界上形成时代最新且唯一产于陆相沉积岩容矿的超大型Zn-Pb矿床。不同于世界上人们公认的沉积岩容矿基本类型,即SST、MVT和Sedex型,金顶矿床也许代表了Zn-Pb矿床的一个新类型。通常认为兰坪盆地大规模成矿流体起源于盆地卤水,流体流动以重力驱动为主,压力体系接近静水压力。但基于矿田内水压破裂观察、流体包裹体研究和盆地流体动力学模拟,我们认为深部超压流体的注入对整个成矿系统起着重要作用。闪锌矿及相关脉石矿物(石英、天青石、方解石、石膏)中流体包裹体观测的均一温度主体在110～150℃,盐度(质量分数)在1.6%～18.0%NaCl;在时间上,大规模成矿主要阶段伴随着流体温度的不断升高和盐度的逐渐降低;在空间上,金顶矿区空间上从东到西,成矿流体温度明显降低,盐度系统性升高。富CO2流体包裹体揭示成矿流体曾高达(513～1364)×105Pa,大大高于静水压力。数值模拟表明,盆地沉积和压实产生的流体超压可以忽略,区域构造推覆也不足以产生如此高的流体压力。我们认为成矿流体超压很可能是幔源流体注入引起的;幔源含矿的相对高温低盐度流体沿导矿构造注入金顶穹隆构造-岩性圈闭并与其中富H2S的相对低温高盐度卤水混合是兰坪盆地大规模成矿的关键动力学过程。这个特殊的流体动力学过程和成矿系统,使兰坪盆地的成矿有别于世界其他沉积盆地已知的成矿作用。

基于SPH的三维流体模拟

流体模拟是计算机图形学和虚拟现实技术的一个研究热点和难点,针对目前的流体模拟真实感不够强,不能描述流体表面破碎的缺陷,根据流体的物理模型,采用基于光滑粒子动力学(SPH)的方法实现了三维流体的模拟。算法的核心思想就是将流体视为一系列"粒子"的集合,粒子的物理量及其空间导数是通过搜索光滑半径内与其相互作用的粒子的物理量进行插值得到。此举可以简化拉氏流体力学偏微分方程组求解过程。与传统的流体模拟方法相比,采用SPH算法所得到的模拟结果不仅可以比较真实地模拟流体流动的效果,而且还能实现流体表面的剧烈变形,甚至表面破碎(如浪花飞溅效果)。试验结果表明采用的算法在流体自由表面描述的逼真度上具有十分明显的优势。

气升式环流反应器内气液两相流动计算流体力学的模拟

采用欧拉-欧拉两流体模型模拟了气升式环流反应器内部气液两相流动过程,考察了液相速度和气含率随表观气速的变化,液相速度和气含率模拟值的关系与两种经验关系式的计算值进行了比较,两者取得了很好的一致,证明了模型的正确性。在此基础上,使用计算流体力学模拟的方法考查了反应器内的导流筒直径和导流筒高度对反应器内两相流动的影响,导流筒直径增大,液相循环量增大,上升段气含率增大;导流筒位置升高,液相循环速度和循环量均增大,上升段气含率减小。所获得的结果对气升式反应器的设计优化具有指导意义。

基于多重网格法的实时流体模拟

在GPU上实现了多重网格法,并用该方法改进了二维的实时流体模拟,更充分地利用GPU的并行计算能力.使用4层网格,依靠渲染到纹理的计算方式、帧缓存扩展的纹理管理方法,提高了图形硬件的利用率.实验对比表明,在同样的帧数下该方法能提高GPU实时流体模拟的精度.尤其在较大规模的问题上,与同等精度的基于一般迭代方法的GPU实时流体模拟相比,该方法在速度上可有成倍地提高.

非均匀粒子流体模拟

基于物理模型的流体模拟能精确描述流体的运动,但计算量大、实时性较差。根据流体的物理模型,提出了一种基于光滑粒子动力学(SPH)的非均匀粒子模拟流体的方法。提出了一种多因素决定粒子精细度的方法,显著减少了实际模拟需要的流体粒子数目,提高了模拟的速度而又不降低模拟真实感。流体的表面重构采用了一种新的基于屏幕空间的高真实感、高速的重构算法。实验结果表明,与传统的SPH方法相比,该方法在模拟同样场景情况下能大幅降低需要的粒子数目,提升了算法的效率。

锌溴液流电池通道的计算流体力学模拟

引言锌溴液流电池的电解液为溴化锌水溶液,充电过程中,锌以金属形态沉积在导电塑料电极表面,溴形成油状配合物,贮存于正极电解液的底部,其较高的能量密度(430 W·h·kg-1)和功率密度以及优越的循环充放电性能（100%深度放电几千次）使锌溴液流电池具有极高的研究和应用价值。锌溴液流电池的一些特性与其电解液的流动状态密切相关,尤其是在阴极金属锌沉积一侧,流体均匀分布在整个反应区域是保证锌溴液流电池稳定运行的必备条件。同时为提高电池的性能,需要有效地传输反应物到反应表面。

基于GPU的面向SPH流体模拟的邻居查找算法

为了提高基于平滑粒子动力学(SPH)的流体模拟速度,提出了一种在图形处理器(GPU)上实现的基于网格的邻居快速查找算法.该方法首先使用粒子位置纹理信息建立对应的网格纹理,然后利用GPU排序方法按照粒子的网格索引进行排序,最后在排序后的网格纹理中得到粒子的邻居粒子索引,并将其赋值到预计算的粒子邻接纹理中.该方法克服了像素着色器无法将指定数值写到指定位置的问题.将这种基于GPU的邻居查找算法应用于流体模拟,可以使基于SPH的流体模拟方法完全运行在GPU上,成倍地提高流体模拟的速度.

交流等离子体显示板寻址和维持放电的二维流体模拟

采用二维流体模型对表面放电型交流等离子体显示板的放电过程进行了数值模拟 ,放电气体为Ne + 5 %Xe(体积分数 )混合气体 ,模拟时间包括寻址脉冲及其后一个维持脉冲 .通过模拟 ,得到了放电过程中粒子密度和壁电荷等物理量随时间和空间的变化规律 ,结果与实际的物理过程相符合 .计算结果表明 ,寻址放电产生的壁电荷在维持和扫描电极间形成的壁电压超过了 15 0V ,维持期间施加 -