三角形网格上VOF运动界面重构的流体体积分数保持法

针对处理无结构三角形网格上运动界面问题的流体体积函数(VOF)法提出一种新的界面重构算法——流体体积分数保持法。该方法在单个三角形网格内用斜线段近似运动界面,并要求相邻网格内的斜线段在公共边上的交点重合,通过保持网格内的流体体积分数不变,根据界面网格类型在边界网格上建立非线性方程组,最后通过求解该非线性方程组确定运动界面边界线与网格线的交点位置,最终重构出运动界面的形状。算例模拟的结果表明,该方法能够比较精确的构造出流体界面,证实了新方法的有效性和可行性。

矩形网格上VOF运动界面重构的流体体积分数保持法

针对处理运动界面问题的流体体积函数(VOF)法,提出一种新的流体体积分数保持界面重构算法.该方法在单个网格内用斜线段近似运动界面,并要求相邻网格内的斜线段在公共边上的交点重合,通过保持网格内的流体体积分数不变,在边界网格上建立非线性方程组,通过求解非线性方程组,确定运动界面边界线与网格线的交点位置,最终重构出运动界面的形状.应用算例模拟结果表明,该方法能够高精度,较少尖点地重构运动界面,证实了该方法的有效性和可行性.

流体体积法(VOF)在崩波破碎波能损耗计算中的应用

利用改进后的VOF方法计算规则波破碎后形成的稳态波高,计算与实验结果吻合良好.

电流体喷印脉冲电压参数配置对沉积液滴体积的影响

为了精准控制电流体喷印液滴的最小体积并提高电流体喷印加工的分辨率,研究了电流体喷印的脉冲电压参数配置规律。首先,基于流体力学和电动力学基本原理,分析了喷印过程中泰勒锥的受力情况,并基于此建立了锥射流的体积分数仿真模型,探究了初始脉冲电压参数窗口。然后,搭建了电流体喷印平台,通过实验分析发现沉积液滴体积随脉冲电压幅值增大而减小,随脉冲频率的变化不明显,随着脉冲占空比增大,液滴体积先增大后减小。对比了参数配置前后液滴阵列的沉积液滴体积,参数配置前沉积液滴体积为40.89~45.25 nL,参数配置后平均液滴沉积体积为39.54 nL,验证了脉冲电压参数配置规律的有效性,可为节约生产过程中的材料和人工成本,进一步提高微纳电子产品的使用寿命提供参考。

高含CO_(2)凝析气藏成藏过程中的流体相行为及油环体积预测

成藏后期的CO_(2)充注导致里贝拉区块高含CO_(2)次生凝析气藏的流体相行为十分复杂,油环体积预测难度很大。本文通过流体相平衡模拟、组分梯度分布计算及CO_(2)充注可视化实验,刻画了CO_(2)充注过程中的油气相行为,揭示了油环体积的动态变化规律,建立了基于气顶气组分拟合的高含CO_(2)次生凝析气藏油环体积预测新方法。研究结果表明:1)CO_(2)充注下的油环体积变化分为4个阶段:充注初期,油环以溶胀为主;充注前期,CO_(2)不断置换并萃取油相中的轻质组分,油环体积迅速降低;充注中期,CO_(2)持续萃取油相的轻、中质组分,油环体积缓慢减小;充注后期,CO_(2)-原油组分传质作用明显减弱,压缩效应导致油环体积进一步减小。2)轻质组分的强流动性使气顶气组成均一,重力分异作用使纵向上油环组分呈梯度变化。3)油环体积与气顶气组成和气油比密切相关。4)基于气顶气拟合新方法和不同井深现场勘探预测的油环体积占比分别为19.21%和22.30%,与CO_(2)充注可视化实验获得的油环体积占比(20.60%)较为吻合。

非均匀流体的体积黏度:Maxwell弛豫模型

基于黏弹力学中的Maxwell弛豫理论,提出一种新颖的、可用于计算非均匀体积黏度的理论方法.该方法通过体相流体的黏性和弹性特征来计算体系的局域弛豫时间,进而结合体系的局域弛豫模量来计算体积黏度的非均匀分布.作为应用,计算了受限于平行狭缝中的Lennard-Jones流体的非均匀体积黏度,系统地研究了体密度、温度、缝宽和吸附强度等因素对体积黏度的影响.结果表明,上述因素的变化均可显著地调制狭缝中流体的体积黏度.其中,体密度和吸附强度的增大均有益于体积黏度的增强,而温度的升高将则会削弱其体积黏度.此外,毛细凝聚的发生也对受限流体的体积黏度具有显著的调制作用.

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.

求解流体与结构相互作用问题的ALE有限体积方法

本文发展了求解流体与结构相互作用问题的数值方法。采用任意拉格朗日 -欧拉网格 (ALE)和有限体积方法对流体的控制方程进行空间离散 ,而时间项则采用三点向后差分格式 ;对于结构的运动方程采用 Newmark积分方法进行求解 ;为了求解耦合的流体和结构的运动方程 ,采用预测 -多步校正法以避免反复迭代所导致的过大的计算量。作为本方法的应用 ,计算了圆筒内一同轴圆柱的自由振动问题 ,在小振幅的情形下 ,将由计算获得的附加质量和附加阻尼系数与解析解的结果进行了比较 ,同时讨论了大振幅和偏心对附加质量和附加阻尼系数的影响。

可动流体相对体积对低渗透油藏开发效果的影响

利用核磁共振无损检测技术对一百余块低渗、特低渗透岩样进行了可动流体相对体积的实验测试。分析结果表明,可动流体相对体积与渗透率和驱油效率之间存在很好的相关关系:渗透率越高,可动流体相对体积越大,但在低渗透率段,又不完全受渗透率控制;可动流体相对体积越高,驱油效率也越高。最后,建立了可动流体相对体积储量分级评价标准,并对大庆、长庆低渗透油藏开发效果进行了分析对比。

曲面固壁附近空化泡溃灭动力学的流体体积数值研究

流体体积法可以便捷、高效地实现对多相流界面的捕捉和追踪。该文基于流体体积方法,对单个空化泡在曲面固壁附近的运动进行了数值模拟,从实验对比、压力场、速度场、温度场演化、溃灭时间、射流速度、固壁温度等方面分析了空化泡溃灭过程的热动力学影响。结果表明,数值模拟得到的空化泡形态演化与实验观测到的现象一致,随着位置参数、泡内外压差及曲面固壁尺寸的改变,空化泡热动力学行为也将发生变化,受到流体运动及射流冲击的影响,溃灭瞬间产生的高温高压使得曲面固壁温度升高。该文研究的曲面固壁附近空化泡溃灭效应,揭示了空化泡与曲面固壁间的相互作用规律,对学术研究及工程应用都具有重要意义。

等效流体体积模量稳定反演方法

基于等效流体体积模量的反射系数近似方程,并结合Connolly弹性阻抗思想,推导了基于等效流体体积模量的弹性阻抗方程,并对弹性阻抗方程进行了归一化处理。在反演等效流体体积模量过程中,发现待反演参数的系数之间存在系数相关性,严重影响了等效流体体积模量反演的稳定性。首先采用贝叶斯框架下的弹性阻抗反演方法,进而将孔隙度反演结果作为已知信息加入到等效流体体积模量反演方程中,使待反演参数系数矩阵满秩,结合弹性阻抗反演结果,实现了等效流体体积模量的稳定反演。该方法有效地去除了系数之间的相关性,并将待反演参数减少为3个,所需要的角度个数也由4个减少为3个,提高了等效流体体积模量反演的稳定性。模型实验结果与实际数据应用均验证了方法的有效性。

幂律非牛顿流体流动的有限体积算法

以幂律非牛顿流体为研究对象,针对其表观黏度随剪切速率变化且计算过程有别于牛顿流体的特殊困难,提出了一种高精度格式的有限体积计算方法。对其中应力计算时可能出现的"零障碍"和"无限大障碍"奇点问题,采用限定表观黏度数值变化范围的方法以防止迭代计算过程中出现除零和除无穷问题,并给出了完整的计算方法。计算了幂律流体在圆管和突扩圆管中的层流流动,验证了该计算方法的有效性。并分析了幂律流体的流动指数对圆管和突扩圆管中层流流动的影响。

基于流体体积方法的燃油液滴蒸发过程数值模拟研究

建立了基于气液两相流流体体积(VOF)方法的燃油液滴蒸发的数学计算模型,研究了燃油液滴蒸发过程中的传热传质特性及强制对流流场对传热传质特性的影响。研究发现,燃油液滴在蒸发过程中,液滴内部并不是均匀加热,而是热点区域加热较快,其他区域缓慢加热。在初始时刻时,燃油液滴相界面处的蒸气与周围气体之间的浓度梯度较大,因此初期的蒸发速率较快,其谢伍德数Sh也较大。不同气液相温度差能促进液滴的蒸发过程,随着气液相温度差增大,液滴蒸发速率逐渐增大。随着雷诺数的增大,高温热点区域的分界线逐渐模糊,液滴内部加热逐渐趋于均匀。雷诺数越大,液滴的温度越高,但液滴温度差别较小。不同雷诺数能有效促进液滴的蒸发过程。

一种基于非结构化网格的流体体积法界面重构方案

基于三角形非结构化网格,发展了一种类似于结构化网格简单直线界面计算方法的界面重构方案.该方法为纯欧拉方法,根据位于两相界面网格的相邻网格流体信息在该网格内部构造平行于某边的界面线,通过界面线与网格边界围成的几何形状计算流体输运,采用修正系数保证全局的质量守恒.对均匀平直速度场中的同心双运动界面、旋转速度场中的马蹄形界面和剪切流场中的圆形运动界面模型等3个经典算例,使用速度反向还原法检测了所提方法,7600个非结构化网格上的界面构造效果达到了6400个结构化网格的精度.

应用改进流体体积法的楔形体斜向入水研究

为了精确追踪入水冲击中含有气体的自由面,在现有流体体积(VOF)法中引入连续表面张力(CSF)模型对气-液界面处压力进行连续化处理,添加对流项以减少体积分数的数值耗散,并耦合水平集函数保证自由表面的尖锐性.应用改进的VOF法对多个倾斜角下楔形体的入水过程进行数值模拟,并分析了砰击压力和自由面特性.研究表明:在保证相同自由面分辨率的情况下,改进的VOF法能减少1/3的网格数量;数值结果较好地反映了斜向入水过程中出现的空气流通现象,砰击压力峰值与实验值吻合良好;当底升角小于10°时出现明显气穴效应,数值结果与实验值相差10%,而解析解的误差达到40%,说明气穴对砰击压力具有重要影响,改进的VOF法对解决这类入水问题具有精度高的优势.

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。

NMR束缚流体体积确定方法及其应用条件

NMR测井不能直接测定束缚流体饱和度 (Swir)和束缚总流体 (BVI)体积 ,而是根据T2 分布和有效孔隙度(e)间接确定。其精度取决于解释T2 分布所选用的方法及其相关参数。NMR测井确定BVI方法有T2 截止值方法 ,频谱BVI(简称SBVI)方法和BVI加权函数方法。

拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法

以拟塑性流体为研究对象,针对剪切应力与剪切速率的非线性关系给数值计算带来的困难,提出了一种适用于拟塑性流体三维流动的高精度有限体积算法。采用幂律模型作为拟塑性流体的本构方程,通过给定非均匀的初始速度场和限定表观黏度数值变化的范围,消除了应力计算时可能出现的"零障碍"和"无穷大障碍"奇点问题。计算了长直方管和大曲率弯管中拟塑性流体的层流流动,验证该计算方法在幂律流体三维流动数值模拟中的可靠性。长直方管计算结果中给出了不同流动指数的摩擦因子系数和广义雷诺数之间的关系,与前人的实验数据和数值研究结果均吻合良好。

韧性剪切带内流体作用及成分变化与体积变化

韧性剪切带中的大量流体活动，影响了变形机制和矿物成分的变化。由于流体的渗透，造成某些元素的迁移，形成剪切带的物质成分变化和体积变化。流体与岩石的相互作用则是剪切带发展过程中的重要作用。

基于流体体积法的溢流堰粘性流场数值模拟

为了对溢流堰的流场进行数值模拟,从完整的N-S方程出发,采用k-ε两方程湍流模型封闭R eyno lds方程,作为基本控制方程,对自由表面的追踪采用了VOF(vo lum e of flu id)方法。数值计算中,对基本控制方程采用了基于交错网格的SIM PLE算法,对自由表面控制方程采用了施主—受主方法。计算了溢流堰上的流速和压力分布,并与已有的试验结果作了比较。结果表明,计算方法能够比较准确地模拟溢流堰的流场。