有限体积法注塑稳态模具温度场算法及模拟

注塑成型生产过程中,不均匀的模具温度分布容易导致制品出现翘曲等缺陷,模具温度又会影响制品的冷却速率,可以通过模拟注塑模具温度场优化冷却水路,以改善注塑制品的质量及生产效率。基于此,对有限体积法(FVM)模拟注塑温度场的算法进行了研究,详细描述了模具稳态温度场的瞬态型腔热流边界的等效办法。采用现今最常用的边界元法模拟注塑成型模具温度场时只能查看型腔面的温度,而采用有限体积法对三维模型模拟能够获知模型全域的温度场。为了实现模具与熔体之间的解耦计算,采用了循环迭代的求解方式,以支架作为实例模型进行了模拟分析,并与商业软件的结果进行了对比,结果表明FVM模拟注塑模具稳态温度场算法是正确的。

用FVM法计算固体火箭羽流的红外特性

建立了有限体积法(FVM)的理论模型模拟固体火箭羽流的红外特性,研究了燃气组分H2O,CO2,CO,HCL,OH,NO的吸收和发射,以及AL2O3粒子云的吸收、发射和散射,还研究了两相流场中气相和粒子云温度不均匀时对辐射传输方程的修正.计算一单喷管固体火箭的二维轴对称羽流在光谱2～5μm的红外特性,给出羽流辐射的空间分布和光谱分布并与文献计算的结果对比.研究表明:有限体积法能较好地模拟固体火箭羽流的红外特性;粒子辐射占固体火箭羽流红外辐射的主要部分;在光谱2～4μm粒子辐射使羽流辐射增强,而在光谱4～5μm粒子辐射使羽流辐射减弱.

采用有限体积法的特高压直流输电系统接地极稳态温度场仿真分析

在接地极计算中,需要计算的不仅仅是接地极附近的电流场,由电流场引发的温度场也需要同时计算。为此,介绍了采用有限体积法的特高压直流输电接地极稳态温度场计算方法。首先将场域在3维空间内划分为若干个互不重叠的单元,每个单元用中心点代替;然后根据热平衡方程,推导出描述温度场的离散方程组;最后求解方程,得到场域内所有节点的温度,从而获得稳态温度场中的最高温度。在对同1个模型的稳态温度场计算中,通过比较该算法以及MATLAB计算结果,验证了有限体积法的正确性。将该算法用于实际工程中接地极稳态温度场的计算,通过对比若干组计算结果,得到了土壤最高稳态温升与接地电阻的平方、入地电流的平方成正比,与土壤热导率成反相关的结论。最后对于实际工程的应用中,提出通过减小接地极的接地电阻来减小土壤最高稳态温升的合理建议。

中心内爆引起的圆柱壳流固耦合问题数值模拟

针对中心装药的冲击波加载,研究了椭球封头圆柱壳的流固耦合问题.基于法向位移、速度和力建立流固界面边界条件,采用FVM求解积分ALE型无粘流体力学方程组,采用FEM求解虚功原理,得到内爆流场冲击波和壳体应力波的传播过程.结果表明:我们的方法和计算软件可研究内爆引起的壳体流固耦合问题.尽管壳体结构和装药位置相对简单,但冲击波在壳内传播和内壁面多次反射产生的波系结构相当复杂,压力云图刻画了冲击波演化图像.壳体所受加载特征是:前期表现为冲击波超压,后期表现为冲量,壳体变形依赖冲击波加载历史.封头顶点、封头和侧壁交线以及距中心最近的中环面出现较大等效应力,也是结构易破坏的部位.

RTM中纤维结构对树脂浸渍影响的数值模拟

在树脂传递模塑成型(RTM)中,缩减充模时间以及降低气泡含量是该工艺不断完善的两个关键。本文以牛顿流体为基础,结合Navier-Stokes方程组,构建了二维双尺度气液两相流模型。采用有限体积法(FVM)求解计算域流场物理量,并利用流体体积(VOF)界面追踪技术实现了等温充模阶段的模拟。综合分析了充模阶段流场物理量的变化情况,研究了纤维结构以及树脂黏度对充模时间以及气泡形成与排除的影响,并与分析结果和实验结果进行对照,吻合度较高。数值计算结果表明,二维双尺度模型能准确反映树脂的充模过程。对于低黏度熔体,编织纤维的横纵向孔隙宽度均有一个最佳尺寸,此外,树脂黏度的增加会影响气泡在纤维中的形成以及排除过程,从而影响最终的充模时间。

基于非结构网格的高分辨率隐式算法研究及应用

采用LU-SGS隐格式离散N-S方程,求解过程引入超松弛系数。数值水槽试验研究发现,超松弛系数的引入可以提高计算结果收敛速度,其取值范围一般在1~1.3之间。应用LU-SGS算法,建立了高分辨率的大东港海域潮流泥沙数学模型,计算结果表明,该算法稳定性好,计算精度能够满足实际工程应用,具有模拟大范围海域潮流泥沙运动的能力。

长江口北槽丁坝坝田区潮流及污染物迁移扩散特征

为研究长江口深水航道北槽坝田水流结构,基于非结构网格FVM法,建立了长江口大范围二维潮流水质耦合数学模型,在数学模型验证良好的基础上,对北槽涨落潮水流结构及坝田污染物扩散进行了研究。结果表明,北槽中上段北坝田高潮位明显高于主槽,北槽下段,高潮位与主槽相近;南坝田高潮位大都高于主槽,南北坝田低潮位与主槽相近;坝田污染物落潮时释放扩散速度较快,南侧坝田污染物扩散速度比北坝田快,大潮坝田污染物扩散速度比小潮快,坝田外部污染物扩散速度比坝田内部快;坝田释放污染源后,污染物随涨落潮流在坝田与主槽内运动,短时间内污染物进入航道的量较少。

有限元和有限体积法结合的油浸式变压器温度场计算方法

油浸式电力变压器是电网中的重要设备。为了准确得到油浸变压器的温度场,文章经过对比有限元和有限体积法的各自优点,提出了一种新的变压器温度场分布的混合计算方法;以一台110 kV/31.5 MVA变压器为例建立立体模型,并利用有限元和有限体积混合方法,得到变压器的温度场分布结果。通过对比运行监测到的变压器顶层油温数据和混合方法得到的计算结果,结果表明,混合计算方法的计算结果与监测数据的平均误差只有1.6℃,证明了这种计算方法能更准确计算油浸式变压器的温度场。

大攻角水下航行体自然空泡流的数值模拟研究(英文)

基于相分数输运方程型的均质平衡流空化模型，采用有限体积法研制了大型空泡流计算程序，对大攻角下运行的水下航行体三维空泡流进行了数值模拟，并与实验结果进行了对比。首次将非线性涡粘湍流模式与基于Rayleigh—Piesset方程的TEM型空化模型相结合，建立了自然空泡流的数学模型。采用基于SIMPLE的压力-速度-密度耦合修正算法、二阶精度三时间层格式以及基于延迟修正的高阶对流TVD格式。计算模拟了0．2-0．6空化数、4°-2°攻角的不同工况，得到的三维空泡形状及压力分布与实验结果相符。研究了大攻角下航行体周向上的空泡形态分布特征，给出了多种空泡尺度和升阻系数与空化数和攻角之间的关系。通过定量分析发现，空泡的不对称性导致航行体某些部位受力集中，表明高速带空泡运动的航行体在大攻角运动中其结构将受到巨大的水动力载荷。计算还发现，大攻角下的阻力系数与空化数之间的关系和零攻角条件下刚好相反，并根据空泡的不对称性从形状阻力与粘性阻力的关系上对这种现象作出了解释。

基于非结构网格的长江口二维三维嵌套潮流数值模拟

三维数学模型多应用于局部水域,无法模拟模型周边的大范围流场.为解决此问题,基于非结构网格有限体积法,建立了长江口二维三维潮流嵌套数学模型.模型嵌套边界采用近似处理方法,假设嵌套边界处网格单元分层水平流速服从多项式分布,该处理方法嵌套边界处的三维计算存在一定误差.将模型应用于长江口大范围水域潮流模拟计算.结果表明,潮位及二维三维潮流验证良好,计算精度满足规范要求,这说明该方法能够模拟大范围水域的二维及三维潮流运动.

长江口洪水期潮波变形数值模拟研究

由长江口现场水文测验资料分析知，洪水期潮波上溯过程中，潮波变形具有先加剧后趋缓的特点。基于非结构网格FVM 方法建立大通至外海的大范围数学模型，复演长江口潮波传播过程，以此为基础，研究长江口洪水期潮波变形特征的形成原因。研究认为：洪水期长江口潮波变形转折点位于潮流界上游；转折点下游潮波变形逐渐加剧是由于高低潮位潮波传播速度差异造成的；转折点上游潮波变形趋缓是由于高潮位重力引起的潮波传播阻力对潮波传播影响大于高低潮位潮波传播速度差异造成的。

非结构网格FVM模型及崖门水道三维模拟研究

模型采用二维三角形网格、三维四面体网格的非结构网格形式,利用有限体积法离散控制体积内积分后的控制方程。通过求解沿水深积分方程作为外模式计算水位,垂向采用σ坐标系简化表面和底部边界条件,求解三维浅水运动控制方程,计算流速垂向分布。将模型用于崖门水道三维潮流场的计算,利用实测资料对计算结果进行了验证,并对该潮汐河口水动力流场分布及控制因素进行了分析探讨。

中国市场人凝血因子Ⅷ质量分析

目的考察了5种、11个批次的中国市场人凝血因子Ⅷ(FⅧ)制品,分析相关制品的成份。研究对国内制品的有效性和安全性做出评估,为建立新的制品质量标准提供理论依据。方法选用S公司人FⅧ、CSL Alevi-ate、+公司人FⅧ、L公司人FⅧ和Bayer KogenateFS,通过FⅧ测定进行制品活性评估,通过FⅡ、FⅤ、FⅦ、FⅨ、FⅩ分析杂质蛋白含量,用3种不同蛋白测定方法测定制品总蛋白含量;初步评价von Willebrand Factor(vWF)活性,并用非还原和还原SDS-PAGE电泳分析纯度。结果不同制品在活性检测、蛋白含量测定和电泳纯度评估中均有不同的表现差异。结论不同的工艺制备流程导致不同的制品质量;凝血因子类制品测定不同的方法、设备和检测试剂盒都对数值造成不确定性;甘氨酸影响Bradford法总蛋白含量测定,目前考察的几种FⅧ的关键性质量参数-比活性均大于WHO高纯度(10 IU/mg)和2010版中国药典(1IU/mg)的要求。

地采暖地板蓄热性能模型构建与验证

【目的】提出一种基于密闭绝热检测室的地采暖地板蓄热性能检测方法,以实现地采暖地板蓄热性能的检测。【方法】首先,介绍密闭绝热检测室的结构以及地采暖地板蓄热性能检测方法。然后,构建检测室物理模型,根据流体力学定律建立三维非稳态传热的质量守恒方程、动量方程和能量守恒方程,并给出模型的边界条件和计算初值,将材种为白桦、水曲柳、西南桦和柞木的地采暖地板样本分别放置在检测室底部中心托举网上,作为内部热源,根据设定的数值模拟参数,通过流体力学计算软件FLUENT对所建立的地采暖地板蓄热规律方程进行迭代求解,对检测室内温度分布随时间变化的过程进行分析。最后,以第1 000步(步长为10 s)采样时刻为例,以平均相对误差和相关系数为评价依据,将检测室温度分布计算结果与地采暖地板蓄热性能分析仪的实测数据进行对比,从而评判所构架模型与检测仪器的一致性。【结果】相对误差均小于1.5%,相关系数均大于0.98。不同样本所对应的温度平衡时间计算值均小于实测值,不同样本所对应的平衡温度计算值也均小于实测值。【结论】所构建的模型和检测仪器能够准确反映不同材种地采暖地板样本对检测室内温度场变化规律的影响,并可实现不同材种地采暖地板蓄热性能的检测。

电网电压偏差对水轮发电机定子温度场的影响

以一台水轮发电机为例,分别采用有限元法和有限体积法对电网电压发生偏差时水轮发电机的二维电磁场和径向通风沟内的二维流体场进行了数值计算;给出了电网电压发生偏差时定子股线和定子铁心的基本铜耗、涡流损耗以及通风沟内各散热表面的散热系数:最后采用有限元法对定子三维温度场进行了计算,分析了电网电压偏差对定子温度场的影响,得出了一些有用的结论。

铝型材非稳态挤压有限体积法模拟关键技术研究与应用

采用Euler网格和有限体积法(FVM),建立了铝型材非稳态挤压过程的数值模拟模型,研究了相应的关键技术。利用SIMPLE算法迭代计算得到速度场和压力场,继而计算获得等效应变速率、温度等物理场量;根据上述场量,结合铝型材热挤压的本构方程,进行动力粘度的迭代与刷新;利用VOF(volumeoffluid)方法追踪材料的流动前沿;利用“移动网格技术”解决挤压杆移动所造成的边界移动问题;利用时间步长的自动调整保证模拟的稳定性和高效性。开发了铝型材非稳态挤压有限体积法数值模拟程序,并对典型铝型材挤压过程进行了模拟,验证了所建立的铝型材非稳态挤压过程有限体积法模型及其关键技术的可行性。

均匀水流冲击下扭王字块断裂失稳过程的数值模拟研究

扭王字块是一种重要的港口防波堤护面块体，其断裂失稳过程与所受水流冲击力密切相关。文章以基于连续介质力学的离散元方法（CDEM）为基础，通过引入FVM算法及半弹簧一半棱联合接触模型，分别实现了大位移下单元变形的准确计算及单元接触的快速更新。基于改进后的CDEM方法，通过在扭王字块表面施加按流速方向逐渐增加的动态面力，对均匀水流冲击下单扭王字块的断裂过程及扭王字块群的失稳滑移过程进行了数值分析。通过分析，不同方向水流冲击下单扭王字块的主要断裂模式为沿着根部的折断，其断裂流速约为21～25m／s；不同吨位下扭王字块群的失稳模式为扭王字块单体从群体中跳出，其失稳流速约为4～11m／s。

离散光谱分辨率对喷流红外特性FVM计算的影响

建立了辐射传递方程（RTE）的有限元体积法（FVM）计算模型,研究了离散光谱分辨率对FVM计算精度的影响,提出了离散光谱分辨率无关解的概念,并编制了相应的FORTRAN源程序,结合大气飞行发动机标准算例进行了一系列计算和比较.结果表明：在给定的红外光谱域中,随着离散光谱的分辨率的提高,计算出的方向光谱辐射强度渐渐趋向于同一个值.在航空发动机喷流2~5μm红外光谱区间中,当划分150个以上等间隔光谱微元后,FVM可以保证达到离散光谱分辨率无关解.

地面三分量磁测的观测误差分析

全空间直接测量地磁总场、磁偏角和磁倾角(或X、Y和Z)三个分量参数,在我国主要是应用于地震台站的基本台网中,而移动式的三分量测量还基本没有得到应用。但从矿产勘查方面来说,移动式的测量磁场三分量可以扩大磁法勘探的应用范围,即使在坑道等特殊的地区也可以得到应用。它克服测量参数的单一,提高磁测信息量,有利于资料的解释。本文是对使用FVM400三分量磁力仪进行模型试验的总结,侧重分析了测量程序对磁测数据质量的影响因素和野外工作主要注意事项。

基于FVM法的门桥湍流模型近场流动数值分析

针对门桥拖曳状态下近场流动分析计算困难的问题,采用有限体积法(finite volume method,FVM)建立有限元模型,对门桥在不同航速、拖曳方向等状况下引入RNGk-ε二方程湍流模型进行数值计算与分析,得到了各种因素的影响规律。将数值结果与水池拖曳试验得到的数据进行对比分析,计算值与试验值吻合良好,可为门桥近场流动数值分析提供有效手段。