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。

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。

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%.

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。

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。

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。

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。

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。

波纹片对臭氧催化氧化反应器的流体力学和气含率分布的影响

干塔压降、湿塔压降、液泛气速是评价臭氧催化氧化反应器性能的重要指标,直接影响反应性能和综合能耗。本文将一种结构导向波纹片放置于散堆填料中,构建了A、B、C型规整填料,研究了波纹片数量对臭氧催化氧化反应器的流体力学和传质性能的影响。使用计算流体力学(CFD)软件的多孔介质模型,计算了臭氧催化氧化反应器中填料的干塔压降及臭氧的气含率分布。结果表明,在散堆填料中放置波纹片后,平均干塔压降降低了30%左右。在相同的气相动能因子(F)下,4种填料的干塔压降从高到低顺序为:散堆填料>A>C>B。在喷淋密度L=26.09 m^(3)·(m^(2)·h)^(-1)时,相比散堆填料,B型填料的湿塔压降平均降低了约14.73%。干塔压降值的计算结果与实验结果有良好的一致性,臭氧的气含率分布更均匀。

基于土木工程专业人才培养的流体力学课程教学改革探索

流体力学是土木工程专业一门重要的工程技术基础课程,该课程具有知识点维度广难度大、概念抽象、与工程实际联系较多等特点,然而目前该课程的教学过程中存在着重视度不够、与土木工程专业知识结合较少以及授课教师未能因地制宜制定教学方法等问题,且相关教学研究对上述特点及存在问题的讨论较为有限。由此,本文从教材选用、教学内容选择及教学过程设计等方面,详细阐述了该课程教学改革的具体措施。基于该教学改革措施,以计算流体动力学为基本工具,即可因地制宜地制定教学方法,引入相关专业知识体系,加深学生对流体力学以及土木工程专业知识的理解,该教学改革措施可取得较好的效果。

基于Web实时CFD技术的流体力学虚拟仿真实验探索

虚拟仿真教学是现实实验教学的重要补充,而多数流体力学虚拟仿真实验的流动过程及实验数据均源自“人为制造”,虚拟仿真体现为预先准备的实验的结果展示,没有体现出真实流动现象的随机性和实验过程的偶然性。本文基于Web实时(real-time)CFD数值计算技术,探索适用于流体力学类课程的体现物理真实的虚拟仿真实验方法,设计了两类流体力学实验,在小范围学生中进行了测试,证实了该方法的可行性。

计算流体力学线上线下混合式课程改革的探讨

针对新冠疫情的特殊时期需求,以及数字化发展之大趋势,线上线下混合式课程改革与实践受到越来越多的关注。本文主要探讨了计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)的线上线下混合式课程改革与实践方法,提出线下理论教学、线上案例教学、线上线下混合式课堂的改革方法。同时,引入课程思政元素,潜移默化地激发学生爱国热情和民族精神,鼓励学生利用CFD解决卡脖子难题,实现专业知识、工程应用、国家发展的统一。

计算流体力学在颅内动脉瘤仿真建模及破裂风险预测中应用的研究进展

颅内动脉瘤是一种以动脉壁局部扩张为特征的脑血管疾病。颅内动脉瘤破裂导致的蛛网膜下腔出血具有较高的病死率和致残率。近年来,通过计算流体力学的方法开展的血流动力学参数与颅内动脉瘤破裂风险相关性研究取得较大进展,但目前仍存在一定的争议。作者就计算流体力学在颅内动脉瘤仿真建模及破裂风险预测中应用的研究进展进行了综述。

基于流固耦合的计算流体力学在心血管疾病中的应用

心血管疾病是目前威胁我国人群健康的第一大疾病,现有的诊疗手段主要依赖于影像学检查,但该方法对血流成像以及流体力学变化缺乏有效参考。计算流体力学可以直观、可视化地模拟人体血管内的血流动力学状态并进行数值量化,但未进行流固耦合分析的计算流体力学因为与真实人体有差距,结果与真实值有一定差距。因此,基于流固耦合技术的数值模拟分析心血管疾病中的作用值得深入研究。本文章就基于流固耦合技术的计算流体力学在心血管疾病中应用及研究进展作一简要综述。

血液黏性对小血管网计算流体力学的影响

背景:骨质疏松症患者多伴血液黏稠性增加,属于中医学“血瘀”范畴。血液黏性增加如何影响微血管流体性能有待阐明。目的:基于计算流体力学探讨血液黏性对小血管网流体力学的影响。方法:在ANSYS 19.0软件Geometry模块构建小血管网三维模型,在Mesh模块进行体网格划分,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、入口流速等物理信息,并设定多个血液黏性系数,采用Navier-Stokes(NS)方程组进行计算。分析比较不同血液黏性下,小血管网不同部位流体力学性能差异。结果与结论:(1)血液流线、血液流速、质量流量及管壁剪切力在小血管网内均呈现“U”型分布,即出、入口处大,血管网中间交接处小;随着血液黏性系数增大,小血管网各部位血液流线逐渐稀疏、血液流速逐渐降低、质量流量逐渐减少,管壁剪切力则显著增大;血管网交接处的管壁剪切力改变量百分比最大。(2)结论:血液黏性会改变小血管网内流体力学环境,其中对管壁剪切力影响最为明显。基于计算流体力学可以很好地反映血液黏性改变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防治骨质疏松症提供新的研究方法。