基于CFD的LNG储罐瞬时大风环境数值模拟研究

为分析不同大风风速下储罐迎风侧和背风侧压力分布情况和风场特点,采用k-ε湍流模型,建立液化天然气(LNG)储罐区瞬时大风环境模型。利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对LNG储罐风环境进行模拟,利用软件分析模块生成储罐压力云图和风速矢量图。研究结果表明:LNG储罐在迎风侧承受压力高于背风侧,压力呈现对称分布;储罐前端与两侧易产生气体漩涡,但总体速度曲线较为规律,无混乱复杂的速度曲线。研究结果可为LNG场站抗灾韧性增强、极端大风天气应急疏散路径规划等多方面提供理论参考,对LNG储罐区安全建设具有重要指导意义。

基于CFD与风洞试验的边主梁涡振气动措施

为能够快捷且经济地完成开口类钝体桥梁断面涡振制振气动措施的选型,以一座边主梁叠合梁斜拉桥为背景,采用“CFD(computation fluid dynamics)数值模拟选型+风洞试验验证”的思路对其涡振制振气动措施选型进行研究.该桥原设计主梁断面在常遇风速下存在显著涡激振动,为完成气动措施的初步选型,采用CFD数值计算对原设计断面的流场进行模拟,通过研究原设计断面的旋涡脱落状态确定主要旋涡抑制对象,进而有针对性地模拟了3种气动措施(下中央稳定板、导流板与风嘴)对主要脱落旋涡的抑制作用,通过将各断面旋涡脱落状态与三分力系数进行对比分析,得到各断面涡振性能的相对优劣关系,并最终选取风嘴与下中央稳定板结合而成的组合气动措施进行风洞验证试验.试验结果表明:该组合气动措施能够有效抑制梁体在各风攻角下的涡激振动,且在+5°风攻角下,通过风洞试验得到的导流板、下中央稳定板、风嘴组合气动3种措施对原设计断面涡振振幅的减小作用依此递增,分别为2.7%、27.7%与87.4%,制振能力高低关系与数值模拟结果相一致;本次数值模拟结果符合预期要求,未来可针对不同类型桥梁断面进一步扩展数值模拟与风洞试验结果对比的数据集,以期更为准确、快捷地完成气动措施的选型.

变容积密集烤房的CFD分析与试验研究

为保障密集烤房装烟密度,降低烘烤的能源消耗,研发一套适用于密集烤房的变容积系统。在完成变容积装置的设计后,基于CFD方法模拟分析装置与烟叶的不同距离对烤房内部气体分布均匀性的影响。通过烘烤试验获取实际烘烤数据,对模拟值加以验证。试验结果表明:当隔板与烟叶距离为0 cm时,流速不均匀系数Kv为0.40,温度不均匀系数Kt为0.41,距离为10 cm时,Kv=0.41,Kt=0.43;距离为20 cm时,Kv=0.42,Kt=0.49。装烟区9个测量点的温度模拟值与实测值基本吻合,误差在6%以内。变容积烤房在装烟量为一半时,相比常规烤房的燃料消耗可节约13.4%。研究结果表明:当隔板与烟叶距离为0 cm时烤房内部的气体分布最均匀;CFD模型与数值模拟结果具有可靠性;变容积装置具有较好的保温效果,可保证装烟密度,降低烤烟能耗。

基于CFD的辐射冷顶板与风扇耦合系统性能优化

吸音板用来解决辐射式天花板供冷系统的噪声问题,但其阻碍了辐射换热。本文提出通过风扇的调风作用来优化辐射冷顶板与风扇耦合系统,基于CFD模拟讨论了耦合系统的室内气流分布、热舒适及换热系数变化,研究了吸音板安装方式、风扇转速和风扇转向对辐射天花板性能的影响。结果表明:风扇的加入增大了顶板的对流换热系数和总换热系数;随着风扇转速的增大,室内的空气温度和人体热舒适性评价指标(PMV)降低;风扇向上吹风的效果优于向下吹风,吸音板竖直安装优于水平安装。

基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。

核电厂除盐水箱氧浓度CFD数值分析

压水堆核电厂除盐水箱中的氧含量受到严格的控制,本文采用CFD方法分析核电厂运行中除盐水箱的氧浓度。通过引入并求解用户自定义标量方程,分析了充水和排水工况氧浓度分布,结果表明:充水和排水操作仅对水箱与平衡管接口附近的氧含量分布有影响,对充/排水接管及水箱大部分区域的氧含量分布影响较小。

流场涡旋中颗粒碰撞黏附机制的CFD-DEM(XDLVO)模拟

混凝装备中流场的涡旋特征是影响煤泥水等微细颗粒絮凝效果的关键因素之一。为解析流场涡旋影响颗粒混凝碰撞与黏附机制,以圆柱绕流产生的涡街为代表性涡旋流场,采用CFD方法模拟了流速和圆柱直径对流场涡旋强度和尺度的影响;引入XDLVO理论辅助描述离散元方法中颗粒间的相互作用力,对粒径为25~100μm颗粒在上述流场中的碰撞与黏附过程进行CFD-DEM模拟,并试验验证。结果表明,在流速0.06~0.12 m/s、圆柱直径2~6 mm、雷诺数为120~720条件下,圆柱绕流场中的涡旋半径(r)与圆柱直径(D)的关系近似为r=0.133 3D+0.421 4,与流速无显著相关性;涡旋中心的最大涡量与流速成正比,涡旋强度与圆柱直径的2次方正相关。CFD-DEM(XDLVO)模拟方法获得的黏附聚集体的特征参数与试验结果吻合较好,说明其可较准确地描述圆柱绕流场中颗粒的碰撞与黏附过程。对流场涡旋分布特征和聚集体在流场分区中分布特征的分析表明,流场中的涡旋通过惯性离心力使颗粒远离涡旋中心向涡旋周边的黏性剪切区富集,在改变颗粒运动方向的同时,增加了颗粒在黏性区的局部浓度,从而提高了颗粒的碰撞概率,有效促进了颗粒的黏附并大。当涡旋尺度为物料粒径的10倍左右时最有利于颗粒的碰撞黏附,因此可根据应用场景的物料粒度来优化设计绕流圆柱直径,使其达到最好的黏附效果。

基于CFD-DEM的物料转运过程诱导风流场与产尘因素分析

为了揭示颗粒物料在皮带机转运过程中的粉尘运移规律问题,推导了含有水平初速度的颗粒物料转运过程中的诱导气流方程,并采用CFD-DEM耦合方法对转运过程中的颗粒分布与诱导风流场特性进行了研究,分析了颗粒物料的落料高度、质量流量和初速度对颗粒逸散与诱导气流的影响。结果表明:颗粒在弧形下落阶段速度逐渐提高,挤压碰撞阶段颗粒速度先降低后提高,最后趋于稳定,部分颗粒出现逸散现象;含尘气流在颗粒物料弧形下落阶段和挤压碰撞阶段扩散较为明显;诱导气流速度与颗粒物料质量流量和初始速度呈正比关系,颗粒物料质量流量与诱导气流速度呈幂函数关系,拟合曲线幂指数为0.6~0.74。

深部煤层地下煤气化原位点火的CFD模拟

地下煤气化(Underground Coal Gasification,UCG)作为一种新型采煤技术受到了广泛的关注,但UCG的实验成本较高,在开展UCG实验之前应当对煤层的演变机理进行深入的探究。计算流体力学(Calculated Fluid Dynamics,CFD)可以凭借计算机强大的计算能力,以较为低廉的成本模拟UCG的生产过程。采用Ansys公司开发的CFD软件Fluent模拟了1000 K烟气加热下深部煤层的原位加热着火过程,重点分析了温度、氧气摩尔分数和孔隙度的变化。结果表明,泵入500 s的1000 K烟气不足以点燃煤层,1000 s的烟气加热时间足以点燃煤层,该结果在时间上与劳伦斯实验室的点火时间相当。在煤层内表面,高温主要集中在靠近入口0~0.6 m内的煤层。着火前的最高温度低于加热烟气入口温度1000 K,而着火后的最高温度超过1000 K,最高温度约1250 K。O_(2)在高温区几乎全部消耗,而在其他温度较低的区域,到达煤层内表面的氧气摩尔分数不到2%。高温区孔隙度迅速增长,在1000 s时部分煤层孔隙度可达0.9左右。在煤层内部,煤层越厚,温度上升越低。在1000 s和2000 s时,7 cm线上煤层的最高温度仅为500 K左右,远低于相同加热时间下煤层内表面的最高温度。在2000 s的点火过程中,渗入7 cm和14 cm煤层中的氧气较少,内部煤层孔隙度均在0.4以下。较低的孔隙度是由较低的温度和较低的氧气摩尔分数共同造成的。对温度、氧气摩尔分数和孔隙度的模拟可为如何促进煤层内部的反应提供参考。

调谐液柱阻尼器-结构系统风致振动响应的CFD/CSD耦合分析方法

针对调谐液柱阻尼器(tuned liquid column damper, TLCD)难以建立其精确的非线性理论分析模型,且其力学性能试验成本高和耗时长等问题,首先采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法,对TLCD系统的力学性能和动力特征进行仿真模拟,在此基础上进一步提出了基于计算流体动力学/计算结构动力学(CFD/CSD)耦合分析方法,求解带TLCD系统的高层建筑结构的风致动力响应。通过开展某一TLCD系统在特定底部激励下的力学性能和动力特性试验,得到其内液体晃荡的自由液面波高和晃动力时程,验证了CFD数值模拟方法可以准确地分析TLCD水箱内液体的非线性晃动特征。随后对风工程领域广泛采用的76层建筑结构振动控制Benchmark模型,假设其顶部设置TLCD系统时主体结构在三种风速重现期(10、50和100年)风速对应的横风向动力风荷载激励下的风致控制效率,采用提出的CFD/CSD耦合分析方法,进行了数值仿真模拟分析。耦合分析结果表明,TLCD系统对Benchmark模型的风致加速度、速度和位移响应均有一定的控制效果,对加速度响应的控制效果要优于对位移响应的控制效果。该研究方法可为复杂TLCD系统对高层建筑的风振控制分析提供有效的参考。

基于CFD技术对冬季兔舍热环境模拟评估

本研究基于计算流体力学(CFD)模拟技术对兔舍热环境(风速和温湿度)进行三维稳定状态的模拟分析,旨在评估密闭兔舍冬季热环境质量。结果表明:密闭兔舍环境的调控采用低效率排风系统,中间区域存在气流流动死角,风速分布不均,不符合兔舍最适宜的风速范围;温度从西侧的进风口到东侧的出风口呈上升趋势,分布范围为15.56~22.40℃,符合兔舍最适宜温度范围;相对湿度的分布变化与温度则呈相反趋势,分布范围为54.39%~81.78%,略超出兔舍最适宜相对湿度范围。温度和相对湿度的实测值与模拟值的相对误差范围均低于5%,说明运用该模型评估环境因子是可行的。本研究为优化商品兔舍冬季环境的调控方案提供了参考依据。

基于CFD的喷射角变化对沉积特性影响的研究

水平喷杆喷雾喷幅较宽,作业效率高、用户量较多,但底盘运动等因素引起的喷杆振动成为雾滴流失的主要原因。为此,基于CFD并通过喷头物理规格建立喷雾流场,研究水平喷杆发生摆动时实时调整喷射源旋转角度对雾滴沉积水平的影响。模拟结果表明:喷杆下摆时逆时针旋转喷射源;喷杆上扬时顺时针旋转喷射源,沉积效果相比不改变喷射源旋转角均趋于优化,两种调整最佳效果分别为雾滴直径DV.9值43.2μm、沉积密度108粒/cm 2和雾滴粒径DV.9值47.3μm、沉积密度118粒/cm 2。将此变化过程视为线性变化可知,实时调节喷射源旋转角度对提高雾滴沉积效果具有积极作用。通过计算各状态雾滴的沉积比例并进行回归分析可知,喷杆产生较大摆角时雾滴沉积效果直接受喷射源旋转角度影响。研究结果可为精量喷雾控制相关研究提供理论依据和数据参考。

基于CFD的机械随动调节高度控制阀数值仿真

机械随动调节高度控制阀是列车悬挂控制装置的核心部件,其性能的好坏直接影响系统能否稳定工作。在设计过程中,采用CFD对其进行仿真计算,通过对其流场特性的分析,可以验证其流量特性是否满足系统需求。针对机械随动调节高度控制阀内部气体流动特性,建立了机械随动调节高度控制阀流场仿真模型,利用Fluent分析了机械随动调节高度控制阀阀口在不同开度下的流场特性,研究结果为机械随动调节高度控制阀流量性能指标试验提供理论支撑。

基于CFD的棉花吊喷施药喷头排布优化仿真与验证

针对棉花中后期因冠层郁闭导致施药效果差的问题,对76 cm等间距种植的机采棉进行数据采集并建立模型,以高地隙吊杆式喷雾机为载体,采用CFD离散相模型对锥形雾化喷头的喷洒效果进行仿真模拟。以最低喷头离地高度、喷头间距及α角度为试验因素,以雾滴在棉花叶片正、反面的覆盖率作为评价指标,设计响应面试验,研究喷头布置参数对喷雾效果的影响。结果表明:当最低喷头离地高度为400mm、喷头间距为300mm、α角为30°时,雾滴在叶片正、反面覆盖率平均预测值分别为20.283%和11.042%。利用实际棉花模型对仿真结果进行验证试验,雾滴在棉株叶片正、反面的平均覆盖率分别为21.79%和11.97%,正、反面覆盖率相对误差最大分别为8.02%和9.40%。试验结果表明:模型可靠,优化结果可改善中、下层叶片受药情况,棉株整体受药良好。

基于CFD仿真的浮子流量传感器设计

针对小流量测量精度低等问题,文中提出了一种基于6DOF模型和浮子流量传感器工作原理的浮子流量传感器CFD仿真方法,基于该仿真方法,设计了一种流量范围为60~600 mL/h用于水流量检测的浮子流量传感器。结果显示:当传感器的关键结构参数锥管锥半角为0.1°、浮子直径为2.98 mm时,浮子流量传感器性能达到最优。通过实流实验验证了设计方案的可行性。

基于CFD的翼吊布局民机反推出流模式设计与验证

格栅式反推力装置通过改变格栅导向叶片来控制反推气流的流量和方向。反推出流模式描述了反推气流方向沿短舱周向的分布,需要满足反推效率、重吸入特性、有效出流面积等要求。文章开展典型翼吊布局民用飞机反推出流模式设计与验证。通过全机反推流动CFD数值模拟,分析反推气流行进轨迹以及作用因素,揭示反推气流重吸入流动机制,优化反推出流模式设计方案。通过风洞试验,验证反推出流模式设计方案在65 kn滑跑速度时无重吸入,同时确认CFD数值模拟方法能够准确预测反推重吸入速度边界以及进气道畸变位置,可用于全机反推出流模式设计与验证。

姚家平水利枢纽工程钢岔管结构型式选择与CFD研究

结合姚家平水利枢纽工程的总体布置,对主电站引水系统对称Y形和非对称Y形月牙肋钢岔管两种结构型式分别进行了三维有限元应力分析和CFD三维流场计算。计算结果表明:对称岔管两腰部位应力分布均匀,肋板尺寸较小;但在主支锥管相贯线内表面A点附近出现较大的应力集中现象,因此对称岔管满足强度所需的管壁厚度大于非对称岔管。在水力学方面,非对称岔管两支管的水头损失不相等,其中与主管同轴线的直支管水头损失最小,斜支管水头损失最大,但没超过对称岔管的0.358 m,说明从岔管部位水头损失和水流流态上看,非对称岔管也稍优于对称Y形岔管。综合考虑岔管结构和水力学特性以及工程地形等因素,建议姚家平水利枢纽工程中主电站引水发电系统选择非对称Y形岔管布置方案。

网格自适应加密在汽车CFD中的应用

以CAERI Aero Model为基础研究模型,提出基于网格自适应加密方法的自动化计算流程,验证了该方法在汽车空气动力学CFD仿真中计算结果的准确性及应用可行性。对比网格自适应加密与传统网格加密计算方法,结果表明:应用基于网格自适应加密方法的CFD计算结果与风洞试验误差小于1%,该方法仿真精度高;在保证流场三维结构一致的情况下,能减少整车约13%的体网格数量;提高计算时间效率约9.6%。研究结果可为网格自适应加密方法在汽车CFD中的应用提供重要参考。

CFD技术在挂舵臂安装偏差中的应用

文中以一艘64 000 DWT散货船为例,采用CFD数值仿真及实船测试的方法,对其挂舵臂安装偏差所造成的船舶阻力及航速进行了评估分析.结果表明:挂舵臂安装在一定偏差范围内对船舶阻力及航速影响不大.

考虑大气稳定度的典型复杂地形风场CFD模式

为评估中国典型复杂山地风资源,实现风资源的高效利用,结合雷诺时均的k-ε两方程模型、大气粗糙度壁面函数和热浮力作用,提出能模拟不稳定、中性和稳定状态复杂地形风场特性的大气CFD模式,并针对湍流参数、大气粗糙度对风速廓线的影响进行参数化研究。采用两种方式驱动CFD模式:一种是通过来流上游的实测风速廓线驱动CFD模式,一种是通过WRF模式输出风速廓线和温度廓线驱动CFD模式。利用山西神池南桦山丘陵山地测风数据进行大气CFD模式验证,通过WRF-CFD耦合仿真研究山地公里级范围热浮力作用对风场的影响,详细对比不同热浮力作用下的大气CFD模式仿真精度。结果表明大气CFD模式能准确地模拟不同稳定度状态下的山区大气风环境,但对于不稳定状态下山后风场的模拟能力稍差。