面向数字孪生模型应用的油浸式变压器绕组温度POD-RBFLP降阶计算方法

了解油浸式电力变压器绕组的温度情况是保证其运行稳定性的关键,也是当前针对油浸式变压器数字孪生分析的必然需求。为了快速地获得变压器绕组的稳态温度,该文提出一种基于本征正交分解(proper orthogonal decomposition,POD)和包含线性多项式的径向基函数响应面法(radial basis function response surface method including linear polynomial,RBFLP)的降阶计算模型。首先,讨论POD方法的降阶特性,并设计一种基于留一法交叉验证的自适应获得快照矩阵方法,以提高计算精度及效率;其次,采用响应面方法建立POD模态系数与绕组工况的相关关系,旨在实现通过绕组工况快速获得POD模态系数,从而跳过对降阶模型的复杂非线性计算,进而高效重构绕组温度场。相关算例表明,该方法具有较好的计算精度和效率,在50组测试工况下,与全阶计算相比,误差不超过2.5 K,且总计算时间仅为1.45 s;最后,基于110 kV变压器绕组搭建温升试验平台,试验结果表明,降阶计算结果相较于试验结果,平均计算误差不超过2 K,且单步计算时间仅为0.03 s,相较于同等规模的全阶计算,计算效率有较大幅度地提升。

CH_4/O_2/N_2预混、层流、稳态火焰反应机理分析

本文采用数值模拟方法确定了一种用于模拟甲烷火焰的详细化学反应机理模式，根据该模式进行了数值计算，得出了层流火焰速度与当量比的关系以及温度、各组分浓度沿ｘ轴线方向的分布曲线。计算结果与相应的实验结果进行了对比，表明在当量比小于１．３时，本文采用的模式不失为一种简单、有效的方法。本文还分析了反应模式中各反应式对火焰传播速度影响的相对重要性，及速率常数改变时给模拟结果带来的影响。

湍流扩散火焰的非稳态火焰面模拟

采用稳态的和非稳态的火焰面模型同时对一个湍流甲烷射流扩散火焰进行了数值模拟,比较了两者对湍流平均火焰结构、活性自由基和污染物(氮氧化物)排放的模拟效果。速度场采用κ-ε模型计算,守恒标量混合物分数的分布通过其概率密度函数(PDF)输运方程的求解得到。稳态的火焰面结构由查询火焰面数据库得到,而非稳态的火焰面结构由火焰面方程和流场方程耦合求解来计算。采用详细的GRI—Mech 3.0机理描述甲烷的氧化和氮氧化物的形成。数值模拟结果和实验数据作了广泛的对比,验证了火焰面模型对湍流扩散燃烧的定量模拟能力。

湍流射流扩散火焰的层流火焰面模拟

采用双尺度k ε湍流模型 ,标量联合的概率密度函数 (PDF)输运方程和层流火焰面模型相结合 ,模拟湍流射流扩散火焰。比较了几种不同k ε湍流模型对轴对称湍流射流速度场模拟的结果 ,建立了混合物分数和湍流频率的联合PDF输运方程 ,并假定湍流频率和标量频率的线性关系 ,得到标量耗散率的概率分布 ,化学组分的浓度和温度由层流火焰面系综的平均得到。

基于火焰面模型的超声速湍流燃烧数值模拟研究

在非结构混合网格有限体积框架下,将RANS方程和层流火焰面模型相结合,开展超声速湍流燃烧流动数值模拟研究,时间和空间离散分别采用LU-SGS格式和HLLC格式。用SST k-ω模型模拟湍流,FlameMaster 3.9生成火焰面数据库,并采用β-PDF和δ-PDF分布来考察湍流和化学反应的相互作用。采用该数值方法,对DLR氢燃料超燃燃烧室和北航乙烯燃料气动斜坡超燃燃烧室开展了数值模拟研究,并将数值计算结果与实验数据进行对比,二者符合较好。研究结果表明:在主流中心支板顺流喷射超燃燃烧室内,燃烧主要发生在支板后的燃料/空气混合层内,并且火焰核心落在恰当混合物分数Z st附近区域。

CH_4/O_2/N_2层流火焰瞬态响应特性数值分析

用数值分析方法研究CH4/O2/N2层流扩散火焰的瞬态响应特性.采用详细的GRI_Mech 3.0机理(包含53种组分,325个基元反应)描述CH4氧化和NOx生成.首先比较火焰面稳态结构的计算结果和实验数据,以验证数值方法的可靠性.用台阶跃变的火焰拉伸率来模拟瞬态流场对火焰面局部结构的影响,给出了火焰面结构(温度、组分浓度)的瞬态响应曲线,分析了火焰面的响应特性.着重探讨了不同拉伸率跃变幅度对响应特性的影响,发现火焰面的响应对于拉伸率正向跃变和负向跃变并不对称,而是相反,且在小的拉伸率跃变范围内火焰面响应时间和拉伸率跃变幅度近似成反比关系.另外,温度的平均响应时间远大于一个典型湍流燃烧场的流动时间尺度,说明火焰面非稳态效应对于湍流燃烧数值模拟有重要意义.

基于伯努利吸盘抓取经编鞋面稳态过程的研究

针对经编鞋面透气多孔导致伯努利吸盘无法稳定抓取的问题,将经编鞋面简化成多孔介质模型,建立了伯努利吸盘抓取经编鞋面稳态过程的数学模型;利用Fluent软件对伯努利吸盘抓取经编鞋面稳态过程进行了数值模拟分析,并对伯努利吸盘抓取经编鞋面稳态过程进行了试验研究。结果表明:吸附力与供气压力呈正比例关系、与吸盘和经编鞋面的间距呈指数函数关系;试验获得伯努利吸盘抓取经编鞋面稳态下的最优状态,即在经编鞋面重力一定条件下,当间距为0.8 mm、吸附力等于经编鞋面重力时,供气压力最优。

不同化学热力学建表参数对火焰面模型精度的影响研究

火焰面模型通过对燃烧过程的降维可以大幅减少求解燃烧场中化学反应所需的计算量.基于一维层流对撞火焰的数值解,构建了层流稳态火焰面模型(SFM)的化学热力学数据表并用于射流火焰的数值模拟.对所得到的火焰面数据表,分别采用基于混合分数和标量耗散率(Z,χZ)以及预混火焰面生成流形(FGM)方法中的混合分数和反应进度变量(Z,Yc)两种参数形式进行查表.通过火焰面坐标变换的方法,分析平面火焰中的流形特征,研究使用不同参数形式查询火焰面数据库对所得到的模拟结果的影响.两种查表方式得到的解与采用计算化学反应源项输运方程的直接数值求解方法(DNS)得到的解的对比结果表明,使用(Z,Yc)查表参数形式得到的解相比直接采用(Z,χZ)查表参数形式得到的解,更接近于DNS方法得到的解.

耦合欧拉喷雾模型/火焰面燃烧模型的模拟

基于ECN标准Spray A工况的试验数据,在开源计算流体软件OpenFOAM的雷诺时均(RANS)方法下耦合欧拉喷雾模型和非稳态火焰面进度变量(UFPV)燃烧模型,对非燃烧和燃烧工况下的正十二烷喷射雾化与湍流燃烧过程建模,并分析了正十二烷5种不同骨架化学反应机理的计算结果.结果表明:耦合模型能够准确预测喷雾浓度场和速度场的空间分布以及准稳态时刻的火焰结构;滞燃期、火焰浮起长度和碳烟前驱物的预测对化学反应机理非常敏感.

湍流扩散火焰中对基于混合分数的湍流燃烧模型的数值研究(英文)

根据条件矩模型(CMC)和小火焰面模型在模型构建上的相似,针对具有不同大小雷诺数和湍流-化学相互作用特性的非预混湍流射流火焰,对这两种模型进行了数值研究和比较.湍流燃烧模型采用Lagrangian型非稳态小火焰模型(LFM)和径向加权积分的CMC模型,而在H2/N2火焰的数值研究中还考虑了稳态小火焰模型的数值模拟结果.数值结果表明,在两种火焰中这两种模型对主要组分的预测结果较为一致并与实验符合较好,而OH和NO的预测值差异明显;同时对于具有局部熄火特性的CH4/H2/N2火焰,NO的预测值被高估了2～3倍.

磁绝缘稳态电路编码中等效电感和等效电容的计算

从层流模型出发,根据线电压和线电流,给出了磁绝缘稳态时传输线极间的电磁场分布的解析表达式。在此基础上,计算了考虑空间电子效应后处于磁绝缘稳态的传输线等效分布电感和电容,以改进磁绝缘稳态的电路单元模型。利用该方法,模拟计算了Z加速器的MITL-A在磁绝缘稳态时的等效分布电感和电容。结果表明,等效分布电容随空间电子效应的增强而变大,而等效分布电感随空间电子效应的增强而变小;且线电压越低,等效分布电感和电容随空间电子效应的增强变化越快。

真空热试验中红外笼对伞状天线非稳态加热过程数值仿真

文章针对真空热试验红外加热装置计算机辅助设计中的非稳态过程模拟问题,以一种较为复杂的伞状天线结构为例,以红外笼作为加热装置,对真空热试验环境下的加热过程进行数值仿真研究。采用红外笼的等效加热面模型简化仿真模型,使计算负荷可以达到工程应用的水平,同时满足模拟精度的要求。数值仿真与试验数据对比证明,所采用的计算方法可以为红外笼等红外加热装置的设计提供准确的非稳态加热过程模拟。

多维火焰面求解燃烧场中的多机制火焰结构

火焰面模型已被广泛应用于层流和湍流火焰的模拟中,然而对包含多种火焰机制的复杂燃烧场,针对单一火焰机制的一维层流火焰面模型不能准确地还原其内部的火焰结构特征。为了解决以上问题,基于由Nguyen等提出的多维火焰面生成流形方法(MFM),发展了一种新的交互迭代式Z-C多维火焰面模型。通过层流抬举火焰的模拟,以直接求解详细化学反应的DNS解为参照解,以确定新模型的模化精度,并与一维预混火焰面生成流形方法(premixed FGM)进行了对比。通过对不同模型解的分析可以得出,相比于只能捕捉一种火焰特征的一维火焰面模型,多维火焰面模型可以同时捕捉多机制火焰结构中的扩散和预混特征。使用新的多维火焰面模型求解可以在计算量减小一个数量级的前提下,得到接近DNS参照解的模型精度。

水下拖缆稳态运动的多目标优化研究

通过建立拖缆稳态运动的数学模型,给出运动控制方程,确定拖缆状态的6个参数,采用试验设计的方法在参数取值范围内选取样本点,对尾端拖曳深度和首端张力进行计算,建立尾端拖曳深度和首端张力的二阶多项式响应面模型。优化目标设定为尾端拖曳深度最大化和首端张力最小化,采用多目标遗传算法,给出Pareto最优解集。结果表明,参数在一定范围内,采用近似模型对拖缆优化,可以提高效率,能较为精确分析各参数对拖缆状态的影响。

具有厚壳结构的海面目标红外热像模拟

在原有的一般海面目标几何模型基础上通过面元拉伸的方法 ,实现了具有厚壳结构海面目标的几何构型建模 ,建立了体结构的非稳态热传递物理模型 ,并实现了数值计算和图像模拟 。

一种新的层流扩散火焰面建库模型的研究

本文通过求解物理空间中的层流扩散火焰面方程，建立火焰面数据库。相比于求解混合物分数空间的层流火焰面模型，该模型不仅简单，且易于耦合详细组分输运模型、Soret效应和气相辐射等影响因素。同时，求出的温度及组分浓。度分布可以整理成各种不同参数的函数，提高了数据库使用的灵活性。本文对这种新的层流扩散火焰面模型进行详细的分析，并考察组分输运模型、Soret效应、气相辐射以及化学反应机理等因素对计算结果的影响。

氢气扩散火焰中辐射源项湍流脉动特征的PDF模拟

采用κ-ε湍流模型、标量联合的概率密度函数(PDF)输运方程和层流火焰面模型相结合,模拟氢气自由扩散火焰中辐射源项湍流脉动特征.给出了主燃区内辐射源项湍流脉动的频率图.辐射源项的样本点分布集中,大约95%以上的样本落在其系综的±3倍方差以内,频谱图为单峰.

钝体稳定射流火焰的火焰面模型数值研究

基于稳态火焰面(SLFM)和交互式非稳态欧拉颗粒火焰面(EPFM)模型对Sydney大学CH4/H2钝体稳定湍流扩散火焰行了数值研究,采用修正的雷诺应力模型(RSM),同时对两种不同规模的甲烷详细化学反应动力学机理进行研究,比较了燃烧模型和反应机理对湍流火焰结构、活性自由基以及氮氧化物预测精度的影响,与实验数据对比结果表明:两种反应机理得到的温度场和主要组分分布基本相同;SLFM模型能对速度场和标量场的分布进行较为准确预测,采用EPFM模型修正后,部分区域OH预测结果更加靠近实验结果;采用EPFM模型对SLFM模型耦合GRI-Mech 2.11的计算结果修正后,NO量级降低近2倍,预测精度明显改善,与实验结果实现较好的符合,验证了化学反应动力学机理以及非稳态效应对氮氧化物预测精度的影响。

FVM结合PDF方法研究湍流射流火焰中的辐射换热

为了考察湍流燃烧过程中的辐射换热效应,用有限体积和概率密度函数输运方程求解相结合的方法模拟了湍流自由射流火焰中的辐射换热,并对湍流辐射交互作用进行研究.计算结果表明,辐射换热作用将使火焰的温度有所降低;湍流辐射交互作用使辐射换热有较大幅度的增强,需要在辐射换热计算中予以考虑.