计算流体力学方法在仿生机器鱼中的应用研究进展

计算流体力学是研究仿生机器鱼水动力特性的重要数值模拟方法,已在仿生学及海洋学等众多领域得到广泛应用。本文利用CNKI中文数据库及Web of Science核心合集数据库分别检索到201篇中文文献和146篇英文文献,运用Cite Space软件的文献计量学分析方法,对文献类型、期刊分布、发文量趋势、作者、研究机构和高被引文献进行了系统分析,并结合关键词网络知识图谱、关键词聚类图谱,探讨了计算流体力学在仿生机器鱼领域中的应用研究热点。结果表明:仿生机器鱼领域中外文献发文量呈现逐年上升趋势,且仿生类期刊及文献具有较高的影响因子与被引频次;研究学科领域涉及工程学、机器人学、力学与材料科学等多个交叉性学科;该领域内研究热点与重点方向为动力学模型、三维流场仿真、设计与制作。针对现有研究的不足,建议未来研究应深入探讨水生生物集群运动仿真、鱼类侧线感知机制和仿生机器鱼水动力试验,以期促进多学科融合,为仿生机器鱼的发展提供科学参考。

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。

掺氢天然气管路结构对超声波流量计适应性计算流体力学仿真研究

氢气是实现降低温室气体排放的潜在能源载体。氢气输送是阻碍氢能大规模应用的薄弱环节。而掺氢天然气管路是实现氢气大规模、长距离、低成本输送的高效途径。但氢气掺入天然气会导致流速,压力等参数发生变化,影响超声波流量计的性能。因此,研究氢气和天然气的掺混过程及超声波流量计的适应性是很有必要的。构建T型管、单螺旋管、单螺旋+前收缩管掺混管路的三维模型,使用计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法分析管路结构和掺氢比对流场氢气浓度和混合气体速度分布规律的影响。结果表明:5%掺氢体积比时C型掺混管路为最佳模型,掺混均匀时的氢气摩尔分数约为4.92%。通过分析超声波流量计的适应性,进而推荐具体安装位置。研究成果为超声波流量计在掺氢天然气精确计量方面提供了参考。

多流程循环流化床气固流动和燃烧的计算颗粒流体力学数值模拟

多流程循环流化床与传统流化床相比,能有效降低炉膛高度,实现小型化。以多流程循环流化床锅炉为研究对象,基于计算颗粒流体力学,对气固流动和燃烧过程进行了数值模拟,计算结果与中试装置结果吻合较好。结果表明:炉膛内颗粒相浓度由高到低依次为主燃烧室、副燃烧室、燃尽室,炉内颗粒分布呈现“环-核”结构;炉膛温度范围为1 000~1 200 K,主燃烧室的温度大于副燃烧室,副燃烧室的温度大于燃尽室与旋风分离器;增大一、二次风的配比使炉膛密相区的氧气含量增大,加剧了燃烧,使床温升高;由副燃烧室进行分级给料,有利于焦炭还原NO,使出口NO浓度明显下降,有利于减少氮氧化物的排放。

计算流体力学在果蔬干燥领域的研究进展

干燥是延长果蔬保质期的主要方法之一。随着计算机技术的发展,计算流体力学在果蔬干燥领域中得到广泛的应用。该技术可以对果蔬干燥过程中的流体流动、传热传质等动力学现象进行模拟和预测,并输出可视化结果。与传统实验相比,计算流体力学技术拥有节能、低成本、模拟速度快、灵活度高等优点。本文详细介绍了计算流体力学在果蔬干燥领域的工作原理,并对其在不同果蔬干燥方式中的研究进展进行综述,报道了耦合收缩的数值模型研究进度,并对计算流体力学在果蔬干燥领域的发展方向进行展望,以期为研究者提供新的见解和参考。

计算流体力学(CFD)中的迭代法及其并行计算方法

应用计算流体力学 (CFD)方法分析事故原因已被广泛采用 ,笔者针对事故理论分析和流体计算过程中 ,运用CFD方法所存在计算量大的问题 。

重气泄漏扩散实验的计算流体力学(CFD)模拟验证

运用CFD软件Fluent中的标准双方程湍流模型,对重气瞬时和连续泄漏的扩散进行了模拟以预测重气扩散过程中参数的变化,结果表明重气在垂直高度上的浓度随高度增加而减小,对于重气到达一点处的时间而言,瞬时泄漏的预测时间小于实际到达时间,而且浓度减小到零的时间也要先于实际的时间,连续泄漏的情形则相反,模拟过程假设风速和风向不变导致模拟结果没有实际的波动大。通过将模拟的最大摩尔浓度进行误差统计计算表明:Fluent对于连续泄漏源的扩散模拟结果最为准确。CFD模型能准确预测重气扩散过程中气体浓度的变化,可以应用于实际的风险分析和安全评价中。

冷却塔对气载放射性核素扩散影响的计算流体力学数值模拟

核电厂的冷却塔在正常运行时,会将部分带有一定温度的水蒸气排放到出口,并与周围的空气相混合,一部分水蒸气遇空气冷凝形成可见雾羽。本研究利用计算流体力学方法对某核电站厂址6台核电厂机组及其配套冷却塔进行模拟,研究不同风向条件下6台冷却塔及其排放的雾羽对核电厂排放放射性扩散的影响。结果表明:冷却塔排列方向与风向一致时,冷却塔对环境流场的影响距离较大,主要影响下风向1500 m范围内。当冷却塔位于机组下风向时,冷却塔排放增大1000 m范围内烟囱污染物扩散因子。随环境风速增大,冷却塔排放对烟囱污染物扩散影响减小。

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。

基于电网络理论和计算流体力学的血流仿真

人体的上肢动脉包括肱动脉和桡动脉,两段动脉也经常被作为测得人体血压及脉搏波的关键部位,反映出了丰富的生理病理信息,对此进行研究对心血管疾病的诊断具有着重要意义。对比结合了基于弹性腔的电网络模型法和双向流固耦合计算流体力学模型法,分别建立了在相同结构和力学参数下的两种仿真模型,通过两种方法在不同尺度下的优势互补,对人体在健康及动脉粥样硬化状态下的上肢动脉段的血流动力学问题进行了研究。一方面通过电网络模型对动脉脉搏波进行了动态仿真,发现在动脉粥样硬化下脉搏波的主波波峰出现了明显的升高和前滞现象,另一方面通过双向流固耦合计算流体力学法分析了血液流场的局部特性,从而为粥样硬化等心血管疾病的形成机理及预测提供参考。

计算流体力学(CFD)的通用软件

对化学工程领域中的通用CFD(ComputationalFluidDynamics)模拟软件Phoenics,Fluent,CFX等的具体特点和应用情况进行了综述,指出了他们各自的结构特点、特有模块、包含的数学模型和成功应用领域;给出了选用CFD软件平台的7项准则,对今后CFD技术的发展进行了预测,指出,今后CFD研究的主要方向将集中在数学模型开发、工程改造和新设备开发及与工艺软件的匹配连用等方面。

开式陈列柜风幕系统的计算流体力学(CFD)设计

超市中开式陈列柜风幕的卷吸作用是陈列柜热负荷的主要来源 ,良好的风幕系统可以提高冷空气的利用率 ,减少热负荷 ,达到节约能源的目的 .除实验手段外 ,采用计算流体力学 (CFD)可以对各种变参数情况下风幕系统的性能进行数值模拟 ,从而有效地缩短开式陈列柜的设计周期 .针对开式陈列柜流场计算中几何结构较复杂、流场的一边为开式、温度速度变化范围大的特点 ,选用带浮升力项的 k- ε双方程紊流模型 ,采用有限元法并扩大计算区域对其进行了有效的 CFD数值模拟 .部分特征点上计算结果与测试结果较为吻合 。

基于计算流体力学-离散单元法的U形管冲蚀磨损数值模拟研究

采用计算流体力学-离散单元法(CFD-DEM)和切向撞击能模型(SIEM)来研究气固两相流中高速煤粉颗粒冲击导致的U形弯管冲蚀磨损问题。分析了颗粒粒径、气体流速、固体颗粒形状对其冲蚀磨损特性的影响,并验证粗粒化模型应用于此磨损过程的准确性。结果表明,U形弯头的冲蚀磨损位置主要有3处;磨损率随粒径的增大呈现整体减小的趋势;U形管拱背磨损率随气速的增加而增大,且前2处磨损率峰值位置随气速的增加向入口方向偏移;长椭球对U形管造成的磨损最严重,扁椭球次之,球形最轻;粗粒化CFD-DEM能够基本准确预测U形管冲蚀磨损,且显著降低计算时间。

计算流体力学(CFD)在二沉池优化设计中的应用

对二沉池研究中常用的计算流体力学(CFD)数学模型进行了分类和归纳,介绍了数学模型的数值解法,讨论了水流模型中的动量源项和悬浮物模型中的传质源项,并分析了二沉池内水流运动、悬浮物传质过程的主要研究成果。总结了应用CFD优化二沉池结构、进口条件及效率的研究进展,提出了今后的研究方向。

壁判据用于计算流体力学(CFD)可信度评估

本文把作者提出的近壁干扰剪切流动(ISF)全域理论与流体运动方程组及流体在壁面上无滑移条件相结合导出一组壁面判据。壁判据为计算流体力学(CFD)仿真的可信度评估提供了基于流体理论的一条直接验证途径。对不可压缩流动的十一个熟知的NS方程组精确解,包括二维驻点和斜入射再附点流,二维分离点和背风驻点流,轴对称驻点和背风驻点流,旋转圆盘附近的三维Von Karman流、收缩和扩张渠道流和非定常斜入射三维驻点流;以及经典边界层及其无粘外流和相似性边界层及其粘外流的NS方程组解,提出可用于验证近壁流动计算的几个壁相关函数。证实它们准确满足所有壁判据;说明壁判据可用来检验NS方程组数值解近壁计算结果的计算精度并验证其可信度。

基于加压酸浸锰烟尘过程中固-液两相流体力学特性CFD模拟

将欧拉-欧拉(E-E)双流体模型、颗粒动力学理论(KTGF)与k-ε湍流模型耦合,以搅拌速度、固相体积分数为变量探究对釜体内液相速率、液相湍流动能的影响.结果表明:釜体内的液相速率、湍流动能与搅拌速度成正相关,且与固相体积分数的大小成负相关.当固体体积分数为2.5%、7%、13%,对应液相速度下降幅度为8%,16.2%,18.4%,对应湍动能下降幅度为7.6%,13.2%,20.6%.

CFD数值模拟在计算流体力学项目驱动实践教学中的应用

计算流体力学是热能动力工程等相关专业的学科基础课。结合计算流体力学课程的教学内容与特点,探讨了将CFD数值模拟技术引入到项目驱动实践教学中的教学方法,并以Fluent仿真软件为例,描述了CFD数值模拟技术在计算流体力学项目驱动实践教学中的具体应用案例。

计算流体力学(CFD)在化学工程中的应用

计算流体力学用于求解固定几何形状设备内的流体的动量、热量和质量方程以及相关的其它方程。是化学工程师用于分析问题和解决问题强有力的和用途广泛的工具。综述了CFD在化学工程领域的应用进展及发展趋势。

表面波纹对HSX填料传质影响的计算流体力学(CFD)模拟

应用计算流体力学(CFD)方法和流体体积(VOF)模型对气液两相流动行为和传质过程进行了研究。分别对富氧水在光滑板与波纹板上的解析进行了实验和CFD模拟研究,模拟结果显示波纹结构对于增加传质推动力有明显的作用;在液相雷诺数Re<90时,波纹板的传质效率比光滑板高出20%左右。对由CFD模拟得到的流场信息进行分析,结果表明波纹的存在增加了流体的湍动,造成波纹板传质效率增加;随着液相雷诺数的增大,波纹对气液相界面的影响逐渐减小,波纹板与光滑板传质效率的差值逐渐减小。模拟结果与实验结果吻合度较高。

计算流体力学分析在鼻腔通气功能评估中的应用进展

鼻腔的形态和结构影响其通气功能之优劣。鼻阈所产生的鼻腔阻力,可以占鼻腔整体空气阻力的50%以上[1],甚至可以达到52.6%~78.3%[2]。鼻腔测压是测量鼻气道阻力的金标准,但需要一定的前置准备,包括鼻腔清理、传导管置入、前鼻孔封闭、佩戴透明面罩等,即使是以最准确的仪器或手法测量总鼻阻力,由于其整体特性,信息价值有限[3],且不能应用于鼻中隔穿孔及鼻腔完全堵塞的患者[4]。