基于流体质点追踪的山区泄漏原油扩散规律研究

中缅油气管道是第一条长距离跨山区输油管道,途经我国地形地貌复杂、地质灾害频发的西南山区。严峻的自然地理环境使得原油管道的运行风险极大。输油管道破裂后,泄漏的油品将导致土壤变质和大面积水体污染等环境污染问题,快速预测原油的泄漏影响范围对于泄漏抢险工作具有重要意义。本文基于数字高程模型构建真实山体地形,通过流体质点追踪法描绘泄漏路径与扩散范围,提出了一种快速泄漏预测方法。使用该方法对山地管道泄漏的各种工况进行计算,研究了各种地形下泄漏路径、范围的不同特征,得到了各种影响因素对泄漏的作用。可为山地区域输油管道泄漏的抢险工作提供有效的参考。

工程流体力学基础(Ⅳ)

4黏性流体的管内流动层本章讨论黏性流体因克服黏性阻力而损耗的机械能,亦称压力损失或水头损失;然后讨论管路的水力计算。4.1层流与湍流、雷诺数流体的流动存在两种截然不同的型态:层流和湍流。黏性流体流动过程中的压力损失与流动型态有密切的关系。第一种流动型态为“层流”,又称“流线式流动”,或“黏性流”(黏性起重要作用的流动)。流体作层流流动时,流体质点之间相互不混杂,流体质点沿彼此平行的直线运动(流体微团之间的相对运动仅发生在分子尺度之内)。

基于光滑质点流体动力学的海冰热力-动力数值模式

考虑海冰热力因素对其厚度、密集度的影响,在光滑质点流体动力学(SPH)基础上发展了一个海冰热力-动力数值模式。该模式既解决了传统欧拉有限差分法和质点网格法存在的数值扩散问题,同时弥补了光滑质点动力学海冰动力模式未考虑热力因素的不足,具有精确模拟冰缘线运动、计算精度高等优点。首先介绍了光滑质点流体动力学的基本原理,并对海冰生消的热力因素进行了分析,将影响冰厚和密集度的热力因素引入到光滑质点流体动力学的海冰动力模式中,得到该热力-动力模式的控制方程。应用该数值模式对渤海海冰进行了48 h数值模拟,得到了海冰厚度和速度矢量的分布规律;对JZ20-2海域的海冰厚度、冰内温度场分布以及热力因素的变化特性进行了讨论。数值模拟结果表明,该数值模式能够很好地适用于渤海海冰数值模拟,是一种有效的海冰数值模拟方法。

工程流体力学基础(Ⅲ)

3流体运动的基本方程本章首先介绍定常流动、非定常流动、流量等基本概念,然后从运动学理论出发,建立流体运动的基本方程,包括连续性方程和伯努利方程。3.1定常流动和非定常流动、流量3.1.1定常流动和非定常流动在流体力学中,研究流体运动可以用2种不同的方法,即拉格朗日(Lagrange)法和欧拉(Euler)法。拉格朗日法研究单个流体质点的运动要素(表征流体运动的物理量,如速度、加速度、压力和密度等)随时间变化的规律,然后把全部流体质点的运动综合起来,得到整个流体运动;欧拉法研究的是流体运动的各空间点上流体运动要素随时间的变化,然后把全部空间点上的流体运动综合起来,得到整个流场的运动规律。用欧拉法描述流体运动时,一般情况下,流体质点的速度和压力等运动要素是空间坐标和时间的函数。

光滑质点流体动力学(SPH)及其算法特性

基于Lagrange观点的无网格方法计算是建立在一群可移动的自适应性的质点基础之上,对特大变形区域和自由表面的捕捉有着较高的精度。光滑质点流体动力学(SPH)是无网格方法的一种,本文阐述其理论基础和计算方法,主要包括:SPH的基本概念、核近似和粒子近似的基本原理、核函数的构造方法、SPH形式的流体运动方程、边界处理方法和数值算例等多方面内容。研究工作在了解SPH方法的理论特点和潜在优势的同时,也为相关问题的深入研究和改进奠定了理论和算法基础。

光滑质点流体动力学方法中数值断裂的防止

为解决光滑质点流体动力学方法数值模拟过程中出现的数值断裂问题,提出一种基于Delaunay三角剖分及其对偶形式最近点意义下的Voronoi图的粒子产生和消除技术,对产生数值断裂的区域重新布点。同时讨论此技术实施过程中伴随的质量、动量和能量守恒问题的解决办法。通过典型数值算例的模拟分析可以看出,粒子产生和消除技术可以有效地解决数值断裂问题。当考察程序的相对运行时间随模型粒子数目的变化时发现,只使用粒子产生技术时,由于粒子数目大量增加使程序运行时间急剧增加。而同时使用粒子产生和消除技术时,由于粒子数目基本不变,使程序运行时间只增加百分之十左右。当考察在整个程序的运行过程中模型总能量的变化时发现,使用文中提出的守恒问题解决办法,可以基本保证能量始终守恒。

基于光滑质点流体动力学方法数值波浪水槽研究

基于光滑质点流体动力学(smoothed particle hydrodynamics,简称SPH)方法建立二维数值波浪水槽,利用推波板造波生成孤立波和不规则波,模拟结果跟实验值及解析解做了对比分析,结果令人满意。SPH数值水槽中生成的波浪具有明显的非线性,波浪能量沿程有所衰减,与物理水槽结果吻合良好。

光滑质点流体动力学方法中断裂准则的引入

基于Delaunay三角剖分及其对偶形式最近点意义下的Voronoi图,提出一种粒子产生和消除技术解决光滑质点流体动力学方法中的数值断裂问题。以此技术为基础,利用光滑质点流体动力学方法的"核函数归一化特性"对粒子携带的应力重新进行分配,进而引入断裂准则最终解决数值模拟中材料出现断裂破坏的理论依据问题。通过典型数值算例的模拟分析并与实验进行对比,结果表明,提出的粒子产生和消除技术对解决数值断裂问题是有效的;引入断裂准则使材料断裂破坏受到理论的约束与指导;与加入断裂准则前相比,程序计算结果在靶板变形区直径、深度和弹丸剩余速度三个重要指标上与实验结果具有更好的一致性。

流体力学课程教学中几个基本概念的教学方法

基于作者多年来在流体力学课程教学中的经验和体会,结合授课班级学生反馈回来的信息,对流体力学课程中关于流体质点与流体微团、连续介质假设、牛顿内摩擦定律、不可压缩流体等几个学生普遍反映抽象难懂的基本概念的教学方法进行了总结,希望对学生在学习这些内容时能够有所帮助,同时为其他教师在讲授流体力学课程时提供参考.

《工程流体力学》教学中培养学生能力的尝试

《工程流体力学》教学中培养学生能力的尝试陈峥滢，陈仲培（中南工业大学）一、进行知识结构教学，培养学生能力《工程流体力学》是热能工程、环境工程等专业的一门专业基础课，能量守恒与转换原理是其主要内容之一。由于流体不同于固体，公式形式也随之变化，内容繁杂，...

流体传热场中的守恒定律及其解法

流体传热场[1,2]中的传热是自然过程或过程工业中常见的单元操作[3,4]之一,而套管式换热器[5]是一类典型的换热设备;在套管式换热器中的流体传热场涉及了流体运动[6],这些流体质点可能匀速直线运动(层流)、也可能波动运动(过渡流或湍流),所以确定流体质点运动的速度侧形(=■+■)成为了确定流体传热场的基础,本文中基于守恒定律探讨了流体质点运动速度侧形的求解方法。

湍动流体传热系数与流速的关系研究

在自然界、科学技术、工业生产以及日常生活中普遍存在的流体传热的应用十分广泛,在流体传热中当流体作湍流流动时,由于湍流主体中流体质点充分混合且层流内层较薄,对流传热系数α较大。本实验在一定的实验条件下,

流体传热场的数值解法

关于自然过程或过程工业中流体传热场[1]的方程,要么由于方程形式的复杂性,要么由于边界条件的不易求解性,很难得到问题的解析解[2,3];为了满足实际需求,多采用数值方法近似求解。

不可压流体自由表面流动的SPH数值模拟

根据SPH方法的原理提出了一套模拟流体自由表面流动的方法,场变量及其导数通过核函数插值求取,不需进行差分,也不需要网格,时间积分采用分数步长法,避免了不可压条件带来的压力计算不稳定问题。对流项通过粒子的运动求解,完全消除了数值扩散和自由表面模糊问题。可以模拟飞溅、融合等复杂自由表面现象,并对水坝坍塌这一典型自由表面流动问题进行了模拟,模拟结果与试验吻合良好。

基于光滑粒子流体动力学法单颗磨粒超声辅助磨削陶瓷材料的磨削力仿真研究

为了揭示轴向超声振动对磨削Si C陶瓷、Al2O3陶瓷的磨削力影响机制,利用光滑粒子流体动力学(SPH)法对单颗金刚石磨粒磨削Si C陶瓷、Al2O3陶瓷的磨削力进行仿真,提出在单颗磨粒模拟磨削中应将平均未变形切屑厚度作为磨削深度。通过分析轴向超声振动振幅与磨粒速度对平均未变形切屑厚度的影响,发现平均未变形切屑厚度随着超声振动振幅的增加而减小、随着磨粒速度的降低而减小。仿真结果表明:与普通磨削(CG)相比,轴向超声振动能够有效降低磨削力;随着超声振动振幅的增加磨削力降低比率增大;在相同磨削参数下,磨粒切削Si C陶瓷时磨削力大于切削Al2O3陶瓷的磨削力。

基于SPH方法的氧化锆陶瓷正交切削仿真研究

为深入研究氧化锆陶瓷切削加工质量的影响因素并揭示其切削去除机理,开展基于光滑质点流体动力学(SPH)方法的氧化锆陶瓷正交切削仿真研究,模拟材料去除时的大变形行为,揭示了裂纹发展和切屑形成过程。结果表明:脆延转变取决于切削深度,临界转变深度为0.75~1.00μm,其裂纹形式存在明显差异;切屑形态主要分为不连续带状和崩脆粉末状,延性去除时材料变形量与切削深度和切削速度正相关,脆性去除时稳定于极大值;切削力与切削深度正相关,但仅在延性去除时与切削速度正相关,脆性去除时切削力的时序分布与裂纹的发展密切相关。

港口建设工程数学模型的动态可视化

提出用静态欧拉流场矢量图转换为拉格朗日光点位移的方法，并利用计算机图形学及多媒体技术实现港建工程数学模型的计算结果动态可视化．

层流等离子喷涂设备及工艺初步研究

流体具有两种流动状态，即层流和湍流。层流的特点是流体质点没有横向运动，各质点做有规则的层状或束流状运动，质点问互不干扰地前进。而湍流的特点是流体各质点带有横向运动，交错混乱地前进。流体处于何种状态与其雷诺数有关，而雷诺数又由流体的流速、水力直径和运动粘滞系数决定。