用于爆炸流场与结构间相互作用分析的Euler-Lagrange耦合模拟技术

介绍了1种把Eulerian计算过程和Lagrangian计算过程耦合起来的数值技术,编写了计算程序,把爆炸流场作用过程和结构动力学响应过程的计算结合起来,实现了爆炸流场对结构加载和结构动力响应及对爆炸流场反作用过程的模拟。利用Eulerian过程的流体弹塑性有限差分计算程序MMIC(multi-materials in cell)模拟爆炸流场发展过程,利用Lagrangian过程的结构动力学有限元计算程序模拟结构响应。应用Euler-Lagrange耦合技术分析了爆炸作用下飞片的变形、破坏和对靶体的侵彻过程,计算结果表明,本文的方法可以较好地反映流场与结构各自的运动发展及相互间作用过程。

入水问题的Euler-Lagrange流固耦合数值模拟技术研究

针对结构入水过程的特点,建立了一种把Eulerian计算过程和Lagrangian计算过程耦合起来的数值技术,编写了计算程序,把结构对水作用的过程和结构动力学响应过程的计算结合起来,实现了结构与水之间流固耦合作用过程的模拟.其中水、空气的运动利用Eulerian过程的流体弹塑性有限差分计算程序进行模拟,结构的运动变形利用Lagrangian过程的结构动力学有限元计算程序模拟结构响应.通过板入水问题的计算结果与商业软件计算结果进行比较,验证了计算方法对流固间相互作用处理的正确性.本文计算程序可用于一般入水问题的结构响应-流场运动分析中.

基于非结构网格输运模型的核-热耦合程序的开发与验证

反应堆内存在着中子物理、流动传热等多种物理场的紧密耦合和相互反馈。为了能准确地模拟反应堆内的真实情况,本研究针对先进复杂反应堆开发了非结构网格核-热耦合程序MORPHY。中子物理求解采用三角形变分节块法方法结合刚性限制法求解时空中子输运方程;热工水力求解基于一维的并联通道模型和圆柱导热模型。采用TWIGL基准题验证了中子动力学的准确性,堆芯相对功率与参考结果的偏差小于0.5%。与Dodds基准题结果对比,验证了程序对于非结构网格的描述能力。基于NEACRP压水堆基准题对程序的核热耦合计算能力进行验证,并分析对比了不同耦合方法、角度离散阶数对结果的影响。结果表明:MORPHY程序计算值与TWIGL、Dodds以及NEACRP基准题参考值吻合良好,能够用于堆芯稳态和瞬态核热耦合分析模拟。

Euler-Lagrange耦合计算的GEL方法

研究了一种Euler-Lagrange耦合数值方法ghost-fluid Euler-Lagrange(GEL)方法,编写了GEL二维计算程序。其中Euler流场计算采用以SCB格式编制的二阶计算程序,Lagrange域计算采用DE-FEL二维动力有限元程序。通过一维黎曼问题的计算结果与高精度PPM方法进行的比较,以及二维移动边界cylinder lift-off problem的计算结果与文献的对比,验证了GEL方法和本文程序的正确性。

流-固耦合作用下小尺寸肾结石引发的输尿管疼痛响应

肾结石引发的输尿管疼痛长期折磨着人类,严重影响着人们的生活质量.然而,目前临床上由于缺乏肾结石与输尿管相互作用的定量分析,泌尿医师无法针对不同患者制定精准的个性化治疗及镇痛方案.针对该问题,以小尺寸肾结石为例,基于耦合Euler-Lagrange(CEL)算法的流-固耦合有限元方法分析了进入输尿管管腔内的小尺寸肾结石与输尿管的相互作用规律,并基于已建立的输尿管疼痛模型,对由输尿管内小尺寸肾结石引发的输尿管疼痛进行了定量化研究.有限元分析结果表明,当结石直径小于输尿管内径时,结石会在输尿管壁蠕动作用下与输尿管发生动态接触,造成输尿管内壁上出现动态应力.随着输尿管壁蠕动幅度增大,结石的移动速度增大,且结石与输尿管接触的概率减小,同时输尿管壁上的接触应力也会降低.将应力结果输入输尿管疼痛模型计算对应的中心传输神经元细胞膜电位,结果表明,疼痛水平随时间的变化与动态应力随时间的变化趋势类似,在应力交替变化的情况下,疼痛程度并不会随应力降为零应力而降低至疼痛阈值以下,表现出疼痛程度与应力水平不对等的特征.该研究所得结果可以结合当前临床上已有的医学影像技术和计算机领域的大数据与人工智能等技术,有望为个性化精准诊断结石患者病况并定量化评估患者疼痛程度,从而制定个性化治疗方案的精准医疗临床策略提供理论基础.

专门论述轨道动力学程序设计的首部著作 《高速铁路轨道动力学程序设计》出版发行

雷晓燕教授撰写的专著《高速铁路轨道动力学程序设计》,日前已由科学出版社出版发行。该书为科学出版社“高速铁路轨道工程丛书”的首部专著,也是专门论述轨道动力学程序设计的首部著作。高速铁路轨道动力学属现代铁路轨道工程中的基础前沿学科,涉及高速列车-轨道耦合系统动力学理论、模型、算法及程序设计。

Euler-Lagrange耦合计算的GEL方法

研究了一种Euler-Lagrange耦合数值方法——GEL（Ghost-fluid Euler-Lagrange）方法，编写了GEL二维计算程序。

MCBurn——MCNP和ORIGEN耦合程序系统

介绍了MCNP和ORIGEN耦合程序系统MCBurn的理论模型,选取了一个压水堆栅元燃耗计算基准问题(3种燃耗深度)对MCBurn进行验证。结果表明:MCBurn关于反应性和核素成分的计算结果与实验测量值和其它程序的结果符合良好,且MCBurn在某些计算结果、参数选择确定方式和程序自动执行等方面优于类似国外程序。

COBRA-IV与CFX程序耦合研究

通过研究子通道程序(COBRA-IV)和计算流体力学程序(CFX)内部结构,开发了相应的耦合接口,并编写外部控制程序实现了两者的耦合。对5×5棒束组件流动问题的耦合计算结果表明,COBRA-IV/CFX耦合程序是正确的。

RELAP5与CFX程序耦合研究

以RELAP5与CFX程序为基础,利用并行虚拟机技术和CFX用户函数进行编程,开发了RELAP5/CFX耦合程序。在单相范围内,首先利用水平圆管喷放问题验证了程序间耦合的正确性。然后,针对双T型接管混合实验进行了模拟,相对于单独的RELAP5程序,耦合程序能更好地揭示真实的物理现象。通过后续的开发完善,耦合程序可用于反应堆安全分析中存在着显著三维混合现象的问题。

强耦合法在膜结构风振流固耦合分析中的程序实现与应用

研究强耦合整体方法在膜结构风振流固耦合效应分析中的程序实现与应用。基于强耦合整体式方程,介绍了采用Fortran语言编写膜结构流固耦合效应计算程序的实现过程,以及程序实现中需要的数值计算方法。对计算程序中的重要求解步骤进行了分析,介绍了相应程序的实现过程。最后将强耦合整体方法计算程序应用于典型膜结构的风振流固耦合计算中,得到了结构在不同风向角下考虑和不考虑耦合效应时的风压系数,其结果与已有风洞试验结果基本一致。同时计算了膜结构的风振响应和周围流场的分布。结果证明所提出的强耦合整体方法程序适用于计算膜结构风振中的流固耦合效应,结果正确可靠。

RELAP5程序耦合接口的开发

以RELAP5程序为对象,研究其内部编程结构,建立了包括耦合参数输出、输入和时间步长控制的耦合接口模型,并利用并行虚拟机(PVM)技术对耦合接口进行了编程实现。两种类型的耦合测试计算表明,RELAP5耦合接口的开发是成功的,可以作为与其他程序耦合的基础。

多相流传输THM全耦合数值模型及程序验证

基于连续介质力学原理和混合体理论,导出多孔介质多相流THM全耦合数学模型。该模型从固、液、气三相系统的动量、质量及能量守恒出发,考虑应力–应变、水体流动、气体传输、蒸气传输、热能传输和孔隙率演化等6个过程的耦合作用,实现对相变、溶解、热驱动、湿度传输和吸湿膨胀等物理现象的模拟,确保THM耦合控制方程组的封闭性和协调性。该模型在THM耦合体系中纳入气体及蒸气传输过程,摒弃以往采用基质吸力和绝对温度定义相对湿度的传统方法,从而使描述介质气体和蒸气运移特性以及THM耦合特性的相对湿度在严格的物理意义上加以定义。通过选取位移、水压、气压、蒸气压、温度和孔隙率为基本未知量,建立有限元数值计算格式,研发三维八自由度多相流THM全耦合有限元程序THYME3D,并采用法国原子能委员会开展的膨润土THM耦合Mock-up试验对数值模型和计算程序进行验证,揭示试验过程涉及的多场耦合机制。研究结果深化对多相流THM全耦合控制方程组、本构关系及计算参数特性的理解,从而为进一步研究THMC全耦合问题奠定基础。

MOC/SN耦合三维中子输运程序KYCORE开发与初步验证

KYCORE程序是中国核动力研究设计院开发的径向MOC(特征线方法)与轴向SN耦合三维中子输运程序。KYCORE将二维MOC与一维SN通过角通量实现高精度耦合,并通过粗网有限差分实现快速收敛,是目前可工程化应用于三维中子输运计算中精度最高的方法之一。介绍了2D/1D计算与加速理论,并通过与蒙特卡罗程序的计算对比,数值验证了KYCORE三维中子计算的准确性与高效性。

多个两流体程序耦合的核电站系统热工水力建模及仿真研究

为了增加核电站工程模拟器的仿真范围和精度,介绍了基于多个两流体程序耦合的热工水力系统建模方法,并利用RCV与主系统的耦合模型对其准确性进行了验证。基于此,建立了比较全面的核电站系统热工水力模型,并将其在工程模拟器上进行了应用。结果表明,基于多个两流体程序耦合的模型扩展,在保证精度的基础上,增加了模拟器的计算范围,而且可以解决单一模型中节点数量有限、模型庞大导致计算速度较慢、调试困难等问题,从而为提高工程模拟器的性能提供了一个方便可行的方法。

天然气水合物稳定带内流体压裂计算的程序耦合方法

海洋天然气水合物稳定带气烟囱结构中存在被水合物充填的裂隙,表明在自然条件下沉积物中曾发生过流体压裂以及相关的流体流动和水合物形成。在水合物稳定带内实施人为的流体压裂工程,并联合其他方法(如降压或注热)进行水合物开采,有望提高开采效率。水合物稳定带内,无论是自然条件下发生的流体压裂过程,还是人为实施的流体压裂工程,都存在水合物反应和沉积物裂隙变形之间的耦合响应。当前,已有不少数值程序对水合物反应与沉积物弹塑性变形的耦合过程进行了定量研究,但尚没有数值程序能够计算水合物反应和离散裂隙变形之间的耦合过程。文章将TOUGH+Hydrate程序、IC-FERST和Solidity两者的耦合程序进行了进一步耦合,为水合物稳定带内的流体压裂计算提供了一种耦合计算方法,同时通过一个算例初步验证了该耦合计算方法的可行性。验证结果表明,该耦合计算方法经进一步改进后有望应用于定量研究水合物稳定带内的裂隙变形和水合物反应过程。

RIA基准题验证堆芯三维物理-热工耦合程序

以COBRA-Ⅳ和NLSANMT程序为基础,开发了堆芯三维物理-热工耦合程序C4/NK。针对两个典型的反应性引入事故(RIA),即NEACRP弹棒基准题和提棒基准题,分别进行了验证计算。与参考值和其他程序的计算结果相比,C4/NK耦合程序具有较好的精度,能正确模拟瞬态过程中的物理-热工反馈现象。

基于JASMIN框架多物理耦合程序的性能优化及分析

基于并行应用支撑软件框架JASMIN的辐射流体与粒子输运耦合程序RHSn2D,采用最小邦元固定处理器数目的并行策略,计算实际模型的并行规模扩展至8 192核,并行效率约为16%.集成程序时间分析,验证软件框架底层MPI并行环境聚合通信对于并行优化算法(尤其是辐射流体计算时间)的影响.

耦合城市开发程序的新加坡城市设计控制体系

新加坡各层次的城市设计控制为城市开发提供了全过程的指导,并与之形成了良好的耦合关系,其经验为我国改革和建构完善的城市设计控制体系,进一步明确各层次城市设计的内容深度、组织文件结构、选择编制时机和工具等提供了重要借鉴。

民事司法确认程序与公证调解制度的耦合

公证调解协议的司法确认在提倡纠纷多元解决的背景下具有生长的正当逻辑,在目前的制度空间中有其存在的必要性和可行性。基于现有司法实践的粗疏,理论上的应对尤为必要,初步的程序设计应围绕公证调解制度的定位、申请司法确认的主体、法院审查的内容和方式以及相关的救济措施展开,但作为制度创新需要经历磨砺才能修成正果。