中心型蝶阀流阻特性数值仿真模拟及试验研究

为了弄清中心型蝶阀的流阻特性,先采用Fluent软件对通风除尘系统中一种φ560的中心型金属密封蝶阀不同开度下的流阻特性进行数值仿真模拟,通过设置试验测试蝶阀不同开度下的阻力系数,比较试验值与模拟值吻合程度,以验证仿真模拟的正确性,最后基于实验数据通过流阻特性对比分析,将全轴蝶阀改为双端轴蝶阀。仿真结果表明,在全开状态下双端轴蝶阀的流阻系数比全轴蝶阀有一定减小,达到了减小流阻的工程目的。

铬污染迁移修复过程自适应仿真外挂系统计算与三维可视化数值模拟

铬污染迁移修复过程数值模拟是研究铬渣遗留场地铬污染三维时空分布,优化铬污染治理方案的重要手段。由于铬渣遗留场地存在三维结构及参数的时空异质性和修复技术的综合多样性,现有的数值模拟技术无法准确地模拟复杂场地铬污染迁移修复过程,为了解决这一问题,本文提出了铬污染迁移转化与修复过程模拟引擎–自适应外挂耦合计算架构及仿真范式。以某铬渣遗留场地为例,结合场地勘探数据,实验室数据以及监测数据,利用铬污染迁移修复过程模拟引擎–自适应外挂耦合计算架构,进行铬污染迁移修复过程模拟,得到了场地铬污染三维时空分布情况。

基于数值计算方法的机械工程模拟仿真研究

机械工程的模拟仿真研究倚赖数值计算方法,已不可或缺于现代工程设计之中。本研究以有限元分析和计算流体动力学的方法,完成对机械系统的高精度模拟,探讨其在各种工况下的动态、力学反馈和流体行为特性。研究者能如此准确洞见机械系统的性能,预期并解决潜在问题,优化设计,不仅提高设计效率、降低成本,而且对机械工程的创新发展尽显其关键性支持作用。要论起数字计算方法在机械工程模拟仿真研究中的重要,那正是帮助我们提高产品表现、确保工程安全的关键。

复合推进剂细观力学行为试验及数值仿真研究进展

复合固体推进剂是一种以黏合剂体系为连续相,固体颗粒为分散相的高固体颗粒填充比例的复合含能材料,其宏观尺度力学行为强烈依赖于其细观尺度的三维结构。从推进剂细观力学行为角度综述了复合推进剂细观结构的界面特性和复合推进剂细观结构模型,数值分析了复合推进剂细观损伤演化,通过试验验证了推进剂细观损伤与宏观力学性能的相关性,指出了推进剂宏观性能的微细观结构影响机制,分析了目前标准的现状。为高颗粒填充高能固体推进剂的构效关系及配方设计与创制和复合推进剂标准建设提供重要参考。

支撑辊边部圆角参数有限元数值模拟

冷轧厂镀锌生产线在生产1600 mm宽规格新镀层产品过程中,带钢边部出现通卷条状色差缺陷,分析认为缺陷原因是四辊光整机支撑辊辊面有效宽度不足所致。利用有限元软件对光整机支撑辊边部圆角参数进行数值模拟,将边部圆角长度由75 mm降至45 mm后,支撑辊辊面有效宽度达到1600 mm,可解决带钢边部通卷条状色差缺陷问题,同时可避免支撑辊辊面过度磨损。

数值仿真实践在流体力学课程拓展中的应用

为加强学生对流体力学基础理论的应用,本文将数值仿真实践与课程拓展进行结合,分析了数值仿真实践在课程拓展中应用的优势,由“基础概念理解”“物理现象阐释”“综合扩展应用”3个层次设计了基于数值仿真的课程拓展方案。以流体黏性为例,运用Ansys FLUENT软件对工程案例进行数值模拟分析,直观呈现了流体流态并阐明了基本原理。数值仿真实践在流体力学课程拓展中的应用能够有效提升教师教学水平以及学生理论与实践相结合的能力。

研发数字孪生体——计算力学从数值模拟和仿真升华到新的分支之一

数字孪生体(digital twin,简称DT)概念的提出,开启了在虚拟的数字时空中以影伴实对实物的研究。本文以飞机结构DT的实施,从设计-制造-运行-维护-退役的5个阶段,分析了计算力学从数值模拟和仿真阶段升华到DT阶段,揭示了全寿命周期过程亟待解决的诸多问题。提炼出8个关键技术:动因、诀窍、途径、牵连、动态、转换、前推和层次。从深度和广度上展望了计算力学DT发展的自身深化和侧向迁移等。

航海模拟器中破冰船破冰阻力数值计算

为研究破冰船在平整冰区所做的直航连续式破冰作业,本文通过非线性显式的有限元方法,模拟了“雪龙2号”科考船在平整冰中的连续破冰过程,分析了船体所受碰撞力特性以及能量变化,并利用破冰船Terry Fox号船模水池试验与“雪龙2号”无量纲化冰阻力系数的数值计算结果对比,证明了本文数值计算的可靠性;本文数值计算结果与经验公式进行对比分析,误差在20%之内,进一步验证了本文数值模拟的正确性;利用“雪龙2号”简化后的楔形体模型,本文研究了船体不同速度、不同破冰角度以及平整冰厚度时船-冰碰撞的响应特性,定性分析了不同工况下的船-冰碰撞过程中船舶受到的碰撞力、能量损耗等规律。同时,利用简化模型楔形体对船舶破冰阻力的参数敏感度进行研究,有利于获得破冰阻力随多参数变化的规律,将在不同工况下得到的破冰阻力平均值利用矩形域最小二乘法曲面拟合出破冰阻力公式。建立适用于运动数学模型实时解算的破冰阻力离线数据库,利用插值方法实时获得冰阻力,为冰区航海模拟器船舶运动数学模型中的冰阻力计算提供一定参考。

轻质铝合金复杂异形构件的铣削数值模拟仿真与试验

轻质铝合金材料在加工中易产生弹塑性变形和黏刀现象,并且复杂异形构件的壁厚小、曲面多以及切削深度较大,使轻质铝合金复杂异形构件加工难度大。利用数值模拟对金属材料去除过程进行仿真模拟,探究切削参数对切削力和扭矩等的影响,并进行了试验验证。试验和仿真数据表明:仿真预测值与实测值间的误差在可接受范围内;在一定范围内,铣削温度随切削深度的变化较小,切削深度、切削速度对切削力、扭矩的变化影响较大,选择合适的切削深度和切削速度对金属切削的加工质量有显著影响,得到最优铣削参数组合为切削深度a_(p)=0.4mm,切削速度v_(c)=5.5mm/s。

高原山地环境腹箱式灭火飞机投水数值模拟

为探究高原山地环境下腹箱式灭火飞机投水着水特性,基于VOF多相流模型构建了飞机投水过程仿真模型,分析地形坡度和海拔高度对地面落水分布的影响,并以投水有效利用率和有效水体覆盖厚度为指标评估其投水效能.结果表明,随山地坡度增加,相同飞行速度下落水地面分布的长度减小而宽度增加,落水区域前端水体分布更密集;随海拔高度增加,相同飞行速度下地面落水分布中后区域更连续,且高原环境下落水地面分布宽度增加但长度变化较小.此外,投水效能普遍随坡度的增加先降低后提高;投水有效利用率在小坡度时随海拔高度增加而提高,其他工况下受海拔高度影响较小,有效水体覆盖厚度普遍随海拔高度增加而降低.

基于仿真模拟的油泥微波热解研究

油泥的存在加剧了原油的污染和侵蚀,给原油的使用带来了安全风险,所以必须对油泥进行有效治理。对于罐底油泥,可以采用多种不同的处理方法,选用了微波热解,并进行了以下工作:从油罐底部的油泥的各种危害性出发,对它的各种基本特征和净化指数进行了详细的总结和分析,并对目前国内外油罐底部的油泥体系的研究现状和存在的问题进行了详细的总结和研究;通过对油罐底油泥的微波热解技术的总体设计需求和仿真计算,得到了一套适用于中国现代化炼油厂的储罐油泥的微波热解技术;在油泥的微波热解中,一个重要的问题是波导的大小以及微波腔体的大小,要根据油泥物性参数以及其他影响因素,来确定一种适用于油泥的微波热解模式;本文利用COMSOL软件建立了模型,并利用该模型对油泥的微波热解过程进行了模拟。基于仿真计算选择最佳的微波频率和输出功率。

可调式喷嘴燃烧器数值模拟分析

为了实现水泥工业用燃烧器的节能降耗、低碳环保以及生态效益,同时弥补传统燃烧器在旋流风调整方面的缺陷,设计了一种新型可调式喷嘴燃烧器。使用SolidWorks完成燃烧器的三维建模,并利用ANSYS软件进行数值模拟分析,结果表明设计的燃烧器可以很轻易地调整旋流风,达到改变火焰形状的目的。同时将设计的燃烧器与传统燃烧器进行数值仿真对比,新设计的燃烧器的NOx浓度相比于传统燃烧器减少了62%,减排效果优异;同时燃烧时火焰的形状和长度也优于传统燃烧器,燃烧效果好。

固体火箭发动机高空模拟试验仿真与模型优化研究

针对固体火箭发动机被动引射式高模试验研制周期久、成本高的问题,基于N-S方程与S-A模型,利用小扩张比喷管与小尺寸不同直径的高空舱、扩压器、压力远场域对高空模拟试车中的发动机建压、稳压、降压段进行数值仿真,同时分析各模型各阶段高空舱及扩压器内流场结构。结果表明,在发动机压强达到稳定时,大尺寸高空舱相对于小舱而言舱内压强更加稳定,其引射系统中扩压器扩压效果更好,对舱内气体抽吸能力也更强。而大长径比扩压器在引射系统内的减速增压效果相对小长径比而言不明显,气流通过激波时压强与马赫数的变化量分别在2KPa和0.04以内,在扩压器出口处的计算误差与压力远场域的设定有很大关系。

基于流-热-固耦合分析的数值模拟及结构优化

为解决等径T型管路应力过大问题,提出一种基于流-热-固耦合分析方法的优化方法对等径T型管结构进行优化。首先,基于流、固力学理论建立T型管多场耦合的数学模型和物理模型,对T型管内流体的速度温度变化情况和管路的等效应力的分布情况进行仿真模拟,在仿真结果的基础上对管路进行结构优化。仿真结果表明:冷热流体的压力差会导致流体产生逆流现象,从而导致管路的上游区等效应力值增大。等径T型管的最大等效应力值出现在主支管交汇的下游内壁面处。优化后管路内壁面最大等效应力值下降约14%,可以有效地延长管路的使用寿命。该方法对提高气体管路设计的可靠性具有一定的实践意义。

隔舱式双脉冲发动机金属膜片破裂实验及数值仿真研究

针对金属隔舱式双脉冲发动机Ⅱ脉冲工作时隔舱装置金属膜片受压打开的工作特点,采用冷气冲击实验装置模拟双脉冲发动机受高压燃气冲击破膜打开的过程,建立了冷气冲击实验数值仿真模拟方法,获得了双脉冲发动机隔舱装置Ⅱ脉冲工作过程膜片的打开特性。数值仿真与冷气冲击实验中金属膜片破开时间以及破开前膜片中心结点轴向位移误差均较小,验证了2A12铝合金力学模型的准确性以及数值仿真方法的可靠性,为隔舱装置工作性能仿真分析提供了重要依据。

V型调节球阀阀盖内壁气-固冲蚀的数值模拟

调节球阀工作时,其阀盖内壁处容易受到介质冲蚀而被穿透,结合阀盖内流场特征与阀盖受损情况,采用数值模拟的方法研究这一冲蚀过程。在流场模拟基础上,又进一步探究了阀球旋转角度分别取30°、50°、70°情况下阀盖内壁的冲蚀磨损情况,借助Fluent对阀盖壁面冲蚀磨损状况进行仿真分析。最后,通过改变阀座入口处的通道宽度来计算模拟出最佳的通道尺寸,并且对阀盖内壁进行加固处理,使得阀壁处受介质冲蚀影响最小。

基于CFD仿真的冷却空调系统气流组织数值模拟

为了确定影响冷却空调系统气流组织的因素,提出了基于CFD仿真的冷却空调系统气流组织数值模拟方法。利用质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程,得到冷却空调系统气流组织数值模拟的控制方程,通过计算地板的压力损失,构建冷却空调系统模型,利用CFD仿真软件数值模拟冷却空调系统气流组织。结果表明,架空地板高度和地板送风格栅开孔率会对冷却空调系统气流组织产生影响,数值模拟结果得到的最佳架空地板高度为600mm和800mm,但是当架空地板高度超过800mm以后,冷却空调系统的冷却效果得到明显改善,当地板格栅开孔率处于组合布置形式时,冷却空调系统的冷却效果最佳。

案例与数值模拟在“水文地质学基础”课程中的应用

“水文地质学基础”课程讲述地下水科学的基本概念、原理和方法,理论性和综合性强,部分内容抽象复杂,传统教学方式难以使学生深入掌握教学重点与难点。教师在讲解“水文地质学基础”课程知识点的同时结合工程实例,能够让学生更深入掌握教学重点和难点,更易调动学生的专业学习兴趣。同时,数值模拟仿真技术在与数学理论较多的课程内容中的应用可直观地展示抽象难理解的知识点。将工程实例与数值模拟仿真技术结合在课程教学中,能够加深学生对地下水知识的理解,激发学生的学习和科研兴趣,有力地促进了教学质量和人才培养质量的提升。

基于数值仿真技术的散粒体堰坝材料特性研究

选取20~40,40~60,40~80,60~100,80~120 cm不同粒径块石颗粒组成的5组散粒体堰坝进行抗冲破坏实验研究,同时运用Flow-3D进行数值模拟,在相互对照验证的基础上,进行了3组拓展计算。研究结果表明,数值模拟得到的沿程流速及堰坝破坏情况与实验结果吻合较好,三维数值仿真技术可以运用在散粒体堰坝结构特性的仿真研究中,同时对物理模型实验进行拓展研究,弥补物理模型所受实验条件的不足。散粒体堰坝的沿程流速、下游的水跌影响范围等都与通过堰体的单宽流量呈正相关关系,组成堰坝块石的等效粒径D、等效质量G与其能承受的最大抗冲流速v呈指数相关,且当抗冲流速超过2.5 m·s^(-1)时,块石粒径增加对于抗冲性能影响的边际递减效应也越来越明显。

海洋石油平台冷放空系统设计数值模拟分析

以渤中13-1 WHPB井口平台为例,基于Flaresim和Fluent仿真软件,采用数值模拟方法分析WHPB平台冷放空系统的设计、辐射及气体扩散。评估冷放空管及放空头尺寸是否满足辐射和扩散的要求以及放空系统在紧急泄放下对平台的影响。根据模拟研究分析以及与钻完井专业人员核实,该平台冷放空系统设计满足要求,可为海洋平台冷放空系统设计提供参考。