应用计算流体动力学方法估测医院急诊大厅颗粒物分布特征的研究

目的基于室内场所的空间几何构型、风速、颗粒物浓度和环境温度测量值,阐述空气中颗粒物浓度、悬浮时间等分布规律。方法现场测量医院急诊大厅的空间及其中大型设施的尺寸,测量环境中颗粒物数量浓度、温度、风速,场所空间尺寸用于构建模型,环境检测参数用于确定模型的边界条件和验证模型的正确性。基于格子波尔曼方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)计算颗粒物运动,应用对流扩散方程计算空调送风系统出风口处颗粒物浓度的变化,离散相模型(discrete phase model,DPM)用于计算颗粒物在流场的运动情况。结果环境检测表明空调送风系统出口风速与室内颗粒物数量浓度呈负相关,人群聚集的候诊区颗粒物数量浓度高于诊室(P值均<0.05)。通过建立的数学模型进行仿真计算,仿真相对浓度未超过实测相对浓度的x±s范围,候诊人群使局部颗粒物浓度升高,候诊区人员咳嗽呼出气中的颗粒物可以在15 s内传播给周围的人,呼出气中60%的颗粒物悬浮时间可持续几分钟或更长时间。结论改变模型中的空间几何尺寸和环境检测参数可以用于计算不同室内场所中颗粒物的分布情况,仿真结果与实测结果具有可比性,数学计算结果可支持环境呼吸危害防控管理措施的制定。

基于计算流体动力学方法的两栖飞机规则波中运动特性研究

针对水陆两栖飞机加速起飞运动过程受波浪干扰问题,本文基于Star-CCM+平台数值模拟技术,引入SST k-ε湍流模型求解RANS方程,VOF方法捕捉自由液面,DFBI模块以及重叠网格技术模拟水上飞机六自由度运动,建立了一套波浪中水陆两栖飞机加速滑行起飞运动特性研究方案。以波长和波高为变量,探讨了加速滑行过程中上述变量对水上飞机升沉、纵摇运动响应以及机身重心处垂向加速度的影响规律。结果表明:随着波长增加,飞机升沉运动先增加后缓慢变化,飞机重心垂向加速度、纵摇角加速度和纵摇峰值集中在波长为2~3倍机身长度海况范围内;随着波高增大,飞机升沉、纵摇运动及重心垂向加速度最大值随之增大,且长波中的运动变化量较短波中更大;机翼气动升力数值模拟结果与计算值一致,该方案可用于水陆两栖飞机气动力相关计算。

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。

基于计算流体动力学技术评估动脉瘤性蛛网膜下腔出血后迟发性脑缺血风险

目的基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)技术,探究动脉瘤性蛛网膜下腔出血(anauryrmal subarachnoid hemorrhage,aSAH)后颅内血流动力学早期变化与迟发性脑缺血(delayed cerebral ischemia,DCI)发生的潜在关系。方法本研究前瞻性收集经CTA(CT Angiography)诊断并经DSA(Digital Subtracted Angiography)或手术证实为颅内动脉瘤破裂的患者。收集患者的临床和术前、术后的头颅CTA数据。基于患者的CTA原始图像构建个体化颅内血管模型,基于CFD技术模拟计算术前、术后的压力和壁剪切应力(wall shear stress,WSS)及PR(pressure ratio)、WSSR(WSS ratio)。通过随访影像学或临床体格检查判断是否发生DCI,并分为DCI组和无DCI组,分析比较两组间临床资料及血流动力学参数差异及其与DCI相关性。结果共入组51例患者,其中DCI组共15例患者(29.4%)DCI组较无DCI组,入院时收缩压(170.87±20.28 vs.1.58.19±28.06,P=0.037)、Pressure术后(19735.10±860.18vs.14606.06±11260.28,P=0.010)和PR(1.58±0.01vs.1.37±2.12,P=0.012)均较高。单因素分析显示血流动力学参数均无统计学差异,而多因素分析显示Pressure术前(OR=1,95%CI:0.999~1,P=0.017)、Prassure术后(QR=1.00.1,95%CI:1~1.001,P=0.007)、WSS术前(OR=1.096,95%CI:1.002~1.198,P=0.045)和WSS术后(OR=0.888,95%CI:0.806~0.979,P=0.017)对DCI的影响有统计学意义。ROC曲线显示,基于Pressure术前、Pressure术后、WSS术前及WSS术后模型对DCI的识别效能AUC为0.794,敏感度为73.33%,特异度为86.1%。结论aSAH后颅内血流动力学早期改变与DCI发生有关。

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。

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]。

血管数量对小血管网计算流体力学的影响

背景:力学因素会影响血管内皮细胞的成血管能力,血管数量变化如何影响微血管流体力学性能还有待阐明。目的:基于计算流体力探讨血管数量对小血管网流体力学的影响。方法:利用ANSYS 19.0软件Geometry模块构建3种不同血管数量的小血管网三维模型,在Mesh模块进行网格划分,属性设定小血管网管壁为无滑移的刚性壁,血液为层流、黏性、不可压缩的牛顿流体,设定血液密度、入口血液流速等物理信息,采用Navier-Stokes(NS)方程组进行计算。分析比较在不同血管数量的情况下,小血管网不同部位流体力学性能差异。结果与结论:血液流线、血液流速及质量流量在小血管网内均呈现出、入口处大,血管网中间交接处小;血管数量越多,小血管网各部位血液流线越稀疏,血液流速、质量流量、管壁剪切力随血管数量增加均呈下降趋势。血管数量会改变小血管网内流体力学环境。计算流体力学可以反映出小血管数量变化对血液流体力学性能的影响,为基于成血管-成骨偶联的补肾活血法治疗骨内灌注不足引起的相关骨骼疾病(骨折不愈合、骨缺损、骨质疏松症等)提供新的思路。

基于计算流体力学的隔网几何特性对膜渠道液流传质的影响

在螺旋缠绕卷式膜(SWM)模块中,隔网在创建流道、促进流体混合和增强传质方面起着关键作用。然而,隔网也会导致膜渠道压力下降和局部停滞区的增加,进而影响液流传质。采用计算流体力学(CFD)技术,结合ANSYS Fluent软件建立三维CFD隔网模型;利用模型考察网丝间距、网丝夹角及网丝直径对膜组件流道内流体速度、单位压降和壁面剪切应力的影响。结果表明:在网丝间距L=2.1 mm时,膜渠道具有更均匀分布的平均流速峰值,使得流动死区较少,同时单位压降相对较低;在网丝夹角θ=90°时,网丝对流道的扰动最强,更有利于削弱浓差极化现象和缓解膜污染,同时壁面的剪切应力相对较大;在网丝厚度d=0.7 mm时,具有更高的平均流速峰值,有利于削弱浓差极化现象,此时单位压降和壁面剪切应力分布适中。研究结果对增强膜渠道液流传质及优化膜组件隔网性能具有重要的指导意义。

计算流体力学在血管疾病中的研究进展

血管受到各种生物应力的影响,这些生物应力由流动的血液、管腔内和管腔外的压力以及纵向拉伸载荷决定,血流动力学因素在血管疾病中的病理生理变化中具有重要作用。近些年来,许多研究者认为血流动力学的改变对血管重塑、血管疾病的进展有着十分重要的作用,本文就血流动力学的基本概念以及其在血管疾病中的进展和作用行综述,并探究基于影像学的计算流体力学的相关进展和在血管疾病中的应用;计算流体力学作为一种数值模拟方法,近年来在血管疾病的研究中取得了显著的进展。计算流体力学当前在血管疾病研究中的优势和挑战,并展望了未来的研究方向,强调了在预测疾病发展、指导临床治疗方案等方面的潜在应用价值。这些研究成果为深入理解血管疾病的发病机制和临床治疗提供了有力支持。

计算流体动力学耦合离散单元法在支撑剂方面的应用进展

非常规致密/页岩储层开发问题中,支撑剂运移规律具有重要影响。明确支撑剂在裂缝中的运移规律对压裂作业十分关键。CFD-DEM模拟技术针对流体-颗粒系统具备高解析度,为支撑剂的运移、分布研究提供了有效方法。介绍了此模拟方法在支撑剂运移研究中的最新进展,深度分析了CFD-DEM模拟方法在支撑剂运移规律研究中的独特优势与CFD-DEM模型的原理和特点,总结了支撑剂在不同环境条件下的运移特征和分布规律,更全面、准确地揭示支撑剂运移的复杂机制,推动非常规油气开采朝着更加科学、高效、可持续的方向发展。

基于计算流体力学冷却风机性能参数设计分析

冷却风机作为电动轮车辆轮边牵引电机冷却系统最重要的部件,其性能优劣对冷却系统的效果有直接的影响。针对强制冷却系统的结构特点,结合牵引电机的冷却需求,对影响风机冷却风量和压差的关键参数进行设计;在此基础上,基于CFD搭建风机的流场分析模型;采用差异化网格划分技术,对不同区域选取不同网格尺寸;对整机和叶片静压场进行分析,并对整机全压场和流道区域速度场进行分析,获取关键参数值,并与设计值进行对比。结果可知:风机内部的流场十分复杂,多处存在二次流和尾流-射流现象,但是流动趋势符合流体力学原理;模拟所得流量结果为3.86m^(3)/s与设计流量4m^(3)/s误差为3.63%,模拟功率结果为29.4kW与设计功率29.92kW的误差为1.77%,二者结果一致,表明设计和分析结果是合理的。参数设计计算和流场分析结果一致性,为同类型冷却风机设计提供参考。

基于示踪气体释放和计算流体力学模拟的事故后矿井通风状况预测

在地下矿井发生意外事件后,快速确定矿井内部通风状态对于矿工和救援队伍做出有效决策至关重要。开发了一种将示踪气体和计算流体力学模型相结合的方法,用以在事故后预测矿井通风系统内部的流场。实验在一个实际的地下矿井中进行,使用SF6气体作为示踪气体分别测试了事故中最容易出现的四种通风状态下矿井巷道中的示踪气体分布,同时使用CFD对混合效应和扩散效应复杂的关键区域进行了精确预测。研究发现,模拟与实验的误差在大约在10%以内,加压风机的开关对巷道中的示踪气体分布几乎没有影响,而停止门的开启可以使得巷道中的示踪气体浓度下降2000ppb左右。因此在实际运行中因尽量采取措施确保停止门在事故后的开启。这项工作为事故后远程识别通风系统损坏的程度提供了参考。

计算流体力学在石化企业腐蚀防护中的应用现状

炼化设备服役工况复杂,由流动介质引起的腐蚀问题频发。计算流体力学(CFD)方法是一种流场数值仿真技术,其成本低、效率高,能提供可靠的流场信息,为设备腐蚀分析和腐蚀防护措施制定提供科学参考。该文介绍了CFD技术的基本原理,概述了其在石化企业腐蚀问题分析、腐蚀风险与剩余寿命评估、设备参数与运行参数优化以及工艺防腐蚀措施优化等方面的应用现状,并对CFD技术的优势和不足进行了讨论。

基于计算流体力学方法的二级及以上分支的动脉血液流场分析

目的:医学方面不能直接测量肺部血管的血流动力学参数,具有一定误差,且计算流体力学模拟肺动脉手术前后的流场具有直观方便的优势,模拟得到的流场参数能够为医学对于肺叶切除手术的改进与患者康复的方法提供依据和思路,因此本文通过对经过处理CT影像图后的左肺上叶切除手术的患者进行血流动力学的模拟,对左肺上叶切除手术的患者流速与压强在手术前后的变化进行分析。方法:本研究取一名进行了左肺上叶切除手术患者在手术前后的肺动脉的CT影像图,应用医学软件对临床获得的CT影像图进行处理,获得患者在手术前后包含肺动脉主脉、左右支脉及细微分支的三维模型,通过计算流体力学软件进行网格处理,数据计算及后处理后,得到患者在手术前后的肺动脉流场及压强分布云图,并进行分析。结果:模拟出左肺上叶切除手术前后的肺动脉流场及压强分布云图,分析了流速与压强在手术前后的分布情况。结论:手术后肺动脉总体流速明显降低,且对比肺动脉左右支脉,肺动脉左支脉流速降低明显增多;壁面压强总体增大,达到峰值区域增多,肺动脉左支脉压强增大,但右支脉压强变化不明显且二级分支后的血管分支处压强相较术前降低,本研究为医学方面对左肺上叶切除手术的改进与研究提供了思路。

矿用隔爆型干式变压器温升的计算流体动力学仿真分析

为解决矿用隔爆型干式变压器温升计算存在偏差的问题,本文作者使用计算流体动力学仿真软件对矿用隔爆型干式变压器的温升进行仿真分析,与实际温升试验数值进行对比,最终仿真数据值与实际值基本一致。

基于计算流体力学的煤炭洗选槽设计优化

本研究探讨并计算流体力学(CFD)在煤炭洗选槽设计优化中的应用。首先,回顾煤炭洗选技术的发展历程,然后详细介绍CFD的原理和软件的应用。通过案例分析,展示CFD在提高洗选效率和环保方面的重要性。文末讨论CFD技术的局限性及未来结合人工智能和机器学习的应用前景,强调CFD在煤炭洗选槽设计优化中的价值和发展潜力。

基于计算流体力学的体育馆风驱雨环境数值模拟分析

实际大气边界层近地面风驱雨效应会影响开敞体育场建筑外立面挡雨设计和观众看台舒适性,在方案设计阶段应用计算流体力学技术可以为该类建筑挡雨设计提供分析支撑。采用欧拉-欧拉多相流计算模型,针对实际开敞大跨悬挑体育场馆建筑开展了风雨环境三维数值模拟分析,重点研究了不同等级风力和主导风向对悬挑屋盖建筑外立面风驱雨强度特征影响,分析了不同粒径雨滴风驱雨作用下观众看台区域的等效覆雨面积指标。研究表明,考虑风驱雨作用后体育场馆看台区域的雨滴捕获率可达到1.2,超过仅考虑垂直降雨的雨滴捕获率;风向和风力等级对体育场馆观众看台的风驱雨强度分布规律影响较大,而降雨强度对观众看台位置的单位降雨量雨滴捕获率影响较小;建议在方案设计阶段通过风驱雨数值分析方法评估主导风向风速下建筑风驱雨强度,同时评估最不利风向的建筑遭受的整体单位时间降水量。研究可为同类型体育场馆建筑抗风雨设计提供相关技术参考。

成年人中心性气道流体力学特征分析

目的运用计算流体力学(CFD)技术对健康成年人中心性气道进行流体力学特征分析,研究空气流场对中心性气道的影响。方法选择4例健康成年人胸部CT影像,其中男性2例,女性2例;年龄26~53岁,平均年龄37.5岁;体质量48.5~74.0 kg,平均体质量60.6 kg。使用Mimics 21医学图像软件将4例健康成年人的胸部CT图像以医学数字成像与通信(DICOM)格式导入,并构建中心性气道的三维模型。对三维模型进行修整,使用Geomagic Studio 12软件。使用Ansys fluent 19.2软件的网格划分模块将模型进行网格划分。划分好网格后,将其导入Ansys 19.2软件进行CFD模拟计算。在模拟计算中,设定相同的潮气量,并对中心性气道内部气流流场变化进行动态分析。结果在基于CT图像数据构建的中心性气道的三维模型基础上,使用了CFD进行数值模拟。结果显示,在施加相同潮气量的情况下,气流入口速度为2.15~4.44 m/s。气道流速在从入口到出口的过程中逐渐降低,并形成了高流速的区域。气道最大流速的变化为3.25~6.77 m/s,并且最大流速靠近气管壁面。气道壁面压力由气管到支气管逐渐降低。在流速越高的区域,气道壁面压力的绝对值越高。气道壁面最大切应力变化为0.888~2.240 Pa,其中气管壁、气管分叉处及二级、三级支气管的切应力相对较大,并随着气管和支气管的直径减小而增加。结论通过对健康成年人中心性气道模型进行CFD模拟,发现气道流速、壁面压力、壁面切应力与气道结构有着密切的关系,呈现出一定的整体空间分布和局部特征。

声共振混合器高黏度流体混合的功耗特性研究

声共振混合利用机械共振产生高加速度振动,从而促进流体流动,其功耗特性对于其设计及应用具有重要作用。为研究声共振混合器的功耗特性,基于CFD建立了声共振混合过程仿真模型,分析了高黏度流体声共振混合过程壁面对物料的作用力和做功功率,探究了黏度和振动参数改变对混合器功耗特性的影响,并建立了声共振混合器混合功率的预测函数。研究结果表明,在混合过程中,壁面对液相做功的瞬时功率呈现先减少后稳定波动的趋势,而有效功率呈现先增加后稳定波动的趋势,这种不同的变化趋势是由于两者的相位差发生变化所导致的。增加振幅、频率或等加速度下低频大振幅都能够增加瞬时功率和有效功率,并减少液相进入稳定流动阶段所需吸收的外界能量。