稠密气固两相流欧拉-拉格朗日法的研究现状

采用欧拉-拉格朗日坐标相结合的方法研究稠密气固两相流动对气固两相流的发展具有重大意义,本文详细介绍了目前国内外采用此方法研究稠密气固两相流的研究现状,重点介绍了DSMC算法、环境粒子法、DEM软球法及这些方法的应用,分析了存在的问题,并提出了目前可行的发展方向。

基于半隐欧拉-拉格朗日法盐水入侵数学模型

建立了适合河口复杂边界的二维潮流盐度数学模型.其中,网格模块是通过多元最小二乘重构的无结构三角网格;潮流模块基于消除了稳定性条件限制的半隐的欧拉-拉格朗日法,并用干湿判断法实现动边界的处理;盐度输运模块采用有限体积法进行离散,并通过用周围单元平均浓度值重构界面浓度的方法得到与连续性离散方程相协调的二阶对流扩散离散方程.通过纯对流和纯扩散数值测试对模型进行了验证,结果表明模型能够较好地模拟盐度输运的对流扩散问题,且具有较高的精度.最后,将模型应用于长江口盐水入侵的模拟计算,计算结果表明:模型计算的潮位、流速和盐度过程与实测资料一致.

基于耦合欧拉-拉格朗日法充灌袋挤淤过程的有限元研究

在含水率大、承载能力低的软土地基上,利用充灌砂袋进行挤淤置换的方法工艺简单、施工方便、处理效果明显,已经广泛地应用在建造围埝和修筑道路中。充灌袋下沉到一定深度后,其重量与地基承载力相等,从而达到极限平衡状态。充灌袋挤淤所达到的深度与其高度存在一定的对应关系,在工程中确定此关系十分重要。通过3组不同宽度的挤淤模型试验,得到充灌袋下沉量与充灌袋高度的曲线关系、淤泥的位移特性及隆起量。利用ABAQUS中耦合欧拉-拉格朗日法(CEL法),将充灌袋和淤泥分别用拉格朗日体和欧拉体描述,模拟充灌袋挤淤下沉的过程,将模拟得到的充灌袋下沉深度和高度的关系、淤泥的位移特点与试验结果以及理论公式进行对比。结果表明,CEL法模拟得到的结果与试验结果、理论解具有很好的吻合性,说明利用CEL法可以较好地模拟充灌袋的挤淤问题。

基于欧拉-拉格朗日法的细水雾消烟模型研究

细水雾水幕在隧道火灾中具有较好的控烟阻烟作用,针对目前细水雾阻烟数值模拟研究中并未考虑细水雾的捕集沉降作用,依据气溶胶动力学原理,考虑细水雾的惯性碰撞、拦截效应和扩散效应捕集机理,基于欧拉-拉格朗日方法构建细水雾降温消烟模型,并对狭长通道内细水雾降温消烟实验进行模拟仿真,结果表明:模拟结果与实验高度吻合,能见度稳定在9 m左右,消烟模型对细水雾降温效果的影响较小,但在消烟过程中起到关键作用,不考虑消烟模型时,能见度仅为5 m,模拟值低于实验值约45%,表明该模型能够有效表征细水雾对烟气的降温、阻隔和消烟作用.

相容拉格朗日-欧拉法求解黏性流体中弹性圆柱壳的振动

采用相容拉格朗日-欧拉法,研究圆柱壳表面不间断振动时黏性流体的速度以及壳体的推进速度。根据黏性流体分子的黏附条件简化接触面条件,变形后的变量通过变形前各量的泰勒级数展开式近似表示。假设雷诺数Re<0.1,纳维-斯托克斯方程采用斯托克斯近似,考虑弹性圆柱壳表面发生横向振动与纵向振动。结果表明,弹性圆柱壳半径增大时,流体的速度趋近于薄板振动时的结果,纯横向振动时壳的位移方向与波的方向相反,纯纵向振动时二者方向相同,两种形式的振动均有,则方向可能相同,也可能相反。

基于欧拉-拉格朗日方法的冲击式水轮机配水机构泥沙磨蚀机理研究

冲击式水轮机凭借其在高山地区,特别是在中国西南地区的独特优势受到越来越多的学术关注度。本文研究了泥沙磨蚀对冲击式水轮机的水力特性,特别是二次流对不同条件下泥沙磨蚀的影响,详细分析了泥沙颗粒参数(泥沙颗粒大小、浓度)。首先对两相流动的数值仿真结果和模型实验结果进行了比较,验证了仿真结果的准确性。在两相流动的基础上,利用欧拉-拉格朗日方法求解了气液固三相流动。针对冲击式水轮机配水系统即配水环管、分叉管和喷嘴结构研究了上述参数对于磨蚀的影响机理。结果表明,泥沙的磨蚀作用破坏了分叉管内的旋涡结构。随着泥沙颗粒直径的增加,不同分叉管的流量趋于均匀。由于喷嘴处颗粒在喷嘴处强烈碰撞作用,磨蚀作用增强。同时,随着浓度的增加,磨蚀程度也增加。

基于耦合的欧拉-拉格朗日法的边坡稳定性分析

目前边坡稳定性分析以小变形有限元研究为主,且边坡失稳判据的选取存在争议。基于大变形有限元分析技术耦合的欧拉-拉格朗日CEL法,研究土质边坡的稳定性。考察了网格尺寸、计算时长和初始地应力对模型计算结果的影响;探讨了能量突变法判据和塑性区贯通判据在CEL法中的适用性;通过与已有的数值计算结果对比,验证了CEL模型的可靠性。通过对不同判据间的对比分析,建议CEL法采用能量突变法判据;针对塑性区贯通判据,提出了临界累计塑性应变P_(c)的概念,量化了塑性区贯通判据求得的边坡稳定性系数;基于参数考察获得的113个算例的计算结果,拟合得到了用于计算土质边坡稳定性系数的经验公式,并验证了经验公式的有效性。

焊接速度对BT-FSW 2219铝合金接头流动行为及组织与力学性能影响分析

以4 mm厚2219-T87铝合金为研究对象,采用数值模拟和试验研究相结合的方法,研究了焊接速度对双轴肩搅拌摩擦焊接(BT-FSW)过程中金属流动行为、接头组织特征和力学性能的影响.模拟结果表明,随着焊接速度增加,焊缝高温区逐渐变窄,轴肩附近的材料流动减弱,而搅拌针附近的材料流动增强.试验结果表明,随着焊接速度增加,材料汇流区及S线缺陷均向前进侧(AS)靠近,焊接速度过大时AS附近的搅拌区(SZ)形成不连续组织.接头SZ的硬度值随着焊接速度增加而增大,而拉伸强度先增大后稍降低.当转速为300 r/min,焊接速度为150 mm/min时,接头获得最大的拉伸强度,为414 MPa±4MPa.

风速对毛豆颗粒流态化行为影响的仿真分析

为了探究不同风速下毛豆颗粒流态化特性,提高速冻效率,基于欧拉-拉格朗日方法给出固体颗粒的运动方程,使用Fluent软件与Rocky颗粒仿真软件,进行毛豆颗粒在不同风速下的气固耦合仿真。结果表明,初始堆积高度100 mm的毛豆的初始流态化速度约为2.0 m/s,流态化过程中,床层边缘和中心区域气泡快速生成、膨胀,随后破裂,并且伴随少量颗粒喷射现象;压降和床层高度均呈现出周期性波动的特征,进入流化状态后,床层高度与进口风速呈正相关,2.6 m/s为最佳流态化风速。研究为食品流态化提供相关理论基础。

层状砂土地基中静压桩贯入过程挤土效应数值模拟

为了探讨静压桩贯入层状砂土地基引起的桩周土体分层效应,基于耦合欧拉-拉格朗日法,结合考虑颗粒破碎的砂土临界状态本构模型SIMSAND-Br模型,建立层状砂土地基中静压桩贯入过程挤土效应数值模型;基于已有的三轴排水剪切试验数据校正SIMSAND-Br模型参数,并用于模拟已有的离心机桩基贯入模型试验,通过对比模拟结果与已有的离心机桩基贯入模型试验数据,验证所建立模型的可靠性;采用验证后的所建立模型模拟分析层状砂土地基中静压桩贯入阻力和土体位移。结果表明:模拟计算的静压桩贯入阻力和土体位移结果与已有的离心机桩基贯入模型试验结果一致,所建立的模型可以用于层状砂土地基中静压桩贯入过程挤土效应的模拟分析;土体分层对于靠近土体分层界面一定范围内的静压桩贯入阻力和所引起的竖向位移具有较大影响,影响区域直径约为桩直径的4~10倍,对水平位移的影响极小,该影响区域大小随着砂土相对密实度和与分层界面距离的变化而显著变化。

基于谱元法的三维欧拉-拉格朗日浅水模型

基于欧拉-拉格朗日法(Eulerian-Lagrangian method,ELM)计算对流项的三维水流数学模型,大时间步长计算仍保持稳定,但空间线性插值计算会产生附加数值阻力,限制了该类模型在河流工程中的应用。谱元法(spectral element method,SEM)是一种适合复杂区域计算的高阶数值方法。本文引入谱元法,将垂向线性插值改为多项式插值,构建了新的欧拉-拉格朗日法三维浅水流动数值模型。通过顺直明渠的算例分析表明,新三维模型结合了欧拉-拉格朗日法与谱元法的优点,时间步长能突破柯朗数的限制,同时消除了经典欧拉-拉格朗日法的数值阻力,计算精度有数量级的提高。

渗透球壳流固耦合问题的位移及内力解

在弹性薄壳的线性(非线性)理论和流体力学基本方程的基础上,在小雷诺数的情况下应用相容欧拉—拉格朗日法建立了渗透球壳在流体中流固耦合的基本方程及关系式,并通过摄动法求解了渗透球壳在粘性流体中的流函数从而进一步解出其位移及内力解。通过具体算例,给出了壳的位移变形及内力图,并对有关参数进行讨论,绘出相关曲线。得出渗透系数k和流速越大的情况下,壳体位移也就越大,相应的内力也变大;球壳在三个角度处位移为零。文章能为过滤器问题提供指导。

基于ALE与CEL法模拟吸力桶贯入过程对比研究

针对吸力桶贯入阻力特性,使用ABAQUS软件,从实施过程、参数影响、计算效率与结果精度等多个方面,对任意拉格朗日-欧拉(ALE)法和耦合欧拉-拉格朗日(CEL)法进行了对比研究。研究表明:ALE法的地应力平衡效果优于CEL法;在贯入深度小于0.8倍桶径时,2种方法的计算结果对网格尺寸不敏感;在大于0.8倍桶径时,随着网格精细化,ALE法得到的阻力值不断增大但逐渐趋近于定值,而CEL法的曲线离散程度变小但结果大小变化不显著;CEL法得到的贯入阻力-深度曲线对贯入速率的敏感度高于ALE法,且随着贯入速度的增加,CEL法得到的阻力也越大;当土体模型变形较小时,2种方法得到的阻力数值与理论值相近,但随着贯入深度的增加,土体模型的变形加剧,ALE法得到的计算结果小于CEL法和理论值。

水平轴风力机叶片风雨作用下气动性能分析

基于N-S方程和欧拉-拉格朗日法对NREL 5 MW风机叶片在风雨共同作用下的气动性能展开研究。通过数值模拟不同风速对雨滴轨迹的影响,探究风力机叶片表面在不同风速下的雨滴收集情况和在风雨共同作用下风力机叶片表面的压力分布。结果表明:风速对雨滴在流场中的运动轨迹影响十分显著;无论何种风速,风力机收集到的绝大多数雨滴直径范围为1.75~3.75 mm,占有率在85%左右;相较与纯风场,风力机在风雨共同作用下,雨滴的撞击会增强风力机叶片表面的压力。研究结果可为风机的叶片设计和在风电场中的合适布置提供参考。

风驱雨作用下风力发电机的尾迹特性分析

为在有限且合适的风力资源区域内合理布置风力发电机,基于流体力学理论,选择RNG k-ε湍流模型和欧拉-拉格朗日法,根据来流风速的不同,对3种不同工作状态下风力机的风雨尾迹特性展开了研究。通过观察流场云图、水平轴向速度与位置关系图及尾迹云图,总结出不同运行状态下水平轴向速度随距离的变化规律、速度损失情况,最后给出在风电场布局时,不造成尾流干扰效应的最短布置距离的建议值。即在正常状态下,风力机间的纵向间距应大于8倍风轮直径;停机与停机故障的尾流情况基本一致,风力机间的纵向间距应大于8倍风轮直径。结果为优化风电场布局提供参考,减少风电场事故发生的概率。

流固耦合问题的描述方法及分类简化准则

在流固耦合的工程实际问题中的大多数情况下,弹性薄壁构件的变形为几何非线性,再加上流体方程的非线性,将导致流体和弹性体相互作用界面上的强非线性。在界面上便可以结合拉格朗日法和欧拉法建立方程和接触条件。其方法主要有单一拉格朗日法、单一欧拉法、相容拉格朗日-欧拉法和任意拉格朗日-欧拉法四种方法。引入描述弹性体变形特征的数值m、n、k和描述流体运动特征的数值λ、ν,可将流固耦合问题进行分类。在流体弹性力学理论的基础上,介绍了流固耦合问题界面相互作用的描述方法,并根据诺沃日洛夫BB(НовожиловВВ)在非线性弹性力学中,从几何非线性方面对弹性力学问题的分类方法出发,对流体弹性力学中的流固耦合问题进行分类,由此,可为按类别对运动学条件、动力学条件及界面上的接触条件进行相应的简化提供可靠的依据。

饱和水流溶质运移问题数值解法综述

本文总结了饱和水流中溶质运移方程求解的各种数值方法,分析各种方法的本质特征以及各自的优缺点,并指出了求解对流 弥散方程的各种数值方法的研究进展和值得重视的问题。研究结果表明,自适应欧拉 拉格朗日法(ELM)是溶质运移问题中,求解对流 弥散方程是比较有发展潜力的方法之一。以MMOC法为基础在陡峰值高价插值和其它区域低价插值相结合的ELM法,将是未来发展的趋势。而寻求非规则网格上高精度的空间单元插值模式,已开始成为求解对流问题数值方法研究的重点和关键问题。

可渗透圆柱壳流固耦合问题的流场与内力分析

在弹性薄壳的非线性理论和流体力学基本方程的基础上,研究了可渗透圆柱壳的流固耦合问题.假定壳体具有均布孔隙且孔的面积很小,不考虑其阻力,忽略对弯曲刚度和壳体腔内流体微小运动影响,应用相容欧拉-拉格朗日法建立了带孔的圆柱壳在流体中相互作用的基本方程。通过具体算例求解,给出了流场速度与压力的变化、圆柱壳的变形及内力分布,并对相关参数进行了讨论。

基于CEL法的静压管桩挤土效应数值分析

采用耦合欧拉-拉格朗日(CEL)有限元法分别建立单桩模型、预钻孔单桩模型、压入桩和隔离桩并存的双桩模型,研究桩周土体位移场变化规律,探讨预钻孔、隔离桩对挤土效应的控制效果。结果表明:管桩静压过程中,压桩深度不同,土体径向水平位移沿深度分布规律也不同,但其最大值始终出现在桩尖附近,且距桩尖下6~7 d(d为桩径)深度以下土体不受压桩影响;当桩压入深度大于8 d后,土体由浅层破坏转至深层破坏,对地表隆起的影响不再明显;压桩完成后,土体径向位移随与桩距离的增大呈指数型衰减。预钻孔深度越大,对挤土效应控制效果越好;隔离桩可以大大削弱其背侧土体的挤土变形量,且使发生最大径向水平位移的位置由桩尖附近向上转移至0.5L(L为桩长)深度处。CEL有限元法适用于静压管桩挤土效应分析,可推广应用于诸如沉桩、桩靴贯入等考虑大变形岩土工程问题的研究。

曲线顶管底幕法施工对沉船扰动的CEL数值模拟

依托“长江口二号”沉船打捞工程,采用耦合欧拉-拉格朗日法对极小曲率半径矩形曲线顶管底幕法沉船打捞工程进行数值模拟分析,获得底幕施工过程中顶推力以及船体竖向位移的动态变化,并与模型试验结果进行了对比验证.结果表明:所提的数值模型模拟结果和模型试验结果吻合较好,能较精确地预测沉船的变位和顶管的顶推力变化;最后一根管节推进为最危险工况,需要加强施工控制;采用左右对称推进而非顺序推进能够有效降低施工对沉船和土体的扰动.