多级水封进口流速的fluent数值计算

多级水封管通常应用在电厂轴封加热器、汽泵等设备内的凝结疏水或密封水输送到凝汽器的管上,水封管是靠疏水两端的压差来进行疏水的,多级水封在运行过程中的进口流速不能过大否则容易造成水封运行的不稳定,利用fluent对水封密封水进口流速进行数值计算,分析得出多级水封的运行稳定性与密封水进口流量成反比,造成这种现象的主要原因是密封水在流入水封管之后会有两次从高处往低处以自由落体、淋浴、附壁流等方式排挤水封原来建立的空气柱,考虑到轴加、给水泵等的密封水出口流量值和水封的运行稳定性,应该将进水速度控制到0.1m/s^0.5m/s,这样既能保持较高的疏水量又能维持水封的运行稳定性。

基于Fluent的液力变矩器内流场数值计算

为了找出影响液力变矩器传动效率的原因,为进一步改善变矩器的性能和设计制造水平提供理论依据,通过Fluent对变矩器内流场进行数值模拟。采用分离求解器,绝对速度方程,标准k-ε模型,标准壁面函数,二阶迎风离散格式,SIMPLE算法,压力进口和压力出口,并使用混合平面模型。通过数值计算,得到了不同工况下内流场的分布情况,并计算出变矩器的原始特性,最后将计算结果与实验结果对比,最大误差不超过5%,证明了三维计算的正确性。

基于Fluent的绕流问题的数值模拟与并行计算

使用商用软件Fluent对二维不可压流问题进行了两次实验,两次实验的网格数相差很多,发现当网格数少的时候,并行计算反而不如单机的效果好;而当网格数足够大的时候,并行计算就显示出其优越性来,目的在于考察Fluent软件的并行计算能力,为进行大规模工程应用计算提供技术参照。

强化工程案例教学,促进研究能力培养——以“MATLAB与化工数值计算”课程为例

为了更好地培养学生基于科学思维和工程实践的研究能力,以大量真实化工案例剖析为驱动,将工程案例教学法有机融入“MATLAB与化工数值计算”各个教学环节,通过工程案例教学架构设计、工程案例教学群组开发、工程案例教学方案实施以及工程案例教学考核评价等多种教学方式来不断强化学生利用先进技术方法和工具解决化学化工过程复杂工程问题的专业综合能力,有效助力我国能源化工行业“工业4.0”的升级与改造。

Fluent软件在水面船舶数值计算中的应用

为探讨商业计算流体力学软件Fluent在水面船舶数值模拟中的应用,本文采用几个带自由液面模型的算例对湍流模型的选取,计算网格的划分以及边界条件设置等进行分析比较。基于计算结果与试验数据的对比分析,研究Fluent软件在船舶水动力学计算方面的优缺点,探讨Fluent软件用于船舶水动力学性能计算的适用性。

激光雷迪尔级帆船水动力特性试验与数值计算研究

采用试验观测和数值计算的方法研究了六自由度激光雷迪尔级帆船的水动力特性.设计了一套帆船六元力试验测量方法,通过拖曳水池试验获得帆船的水动力特性.采用雷诺时均计算方法和重叠网格技术,通过对试验和仿真的六元力结果进行对比,验证了数值计算方法的准确性.对不同航行姿态下的帆船水动力性能进行了模拟,分析了船体航速、迎角、侧倾角、漂角四个因素对帆船六元水动力的影响规律.研究结果表明:对纵向力影响权重较高的因子是航速和迎角,纵向力与航速呈非线性关系;对横向力影响较大的因子是漂角且两者呈线性关系;侧倾力矩主要受侧倾角和漂角的影响,随侧倾角的增加先减小后增大,在侧倾角为15°附近出现拐点;俯仰力矩受航速和迎角影响较大,随迎角的增大呈线性增大关系;转首力矩对漂角变化响应最大,随漂角增大线性增大.文中获得的六元水动力特性和数据可为提高帆船的操纵性提供重要数据支撑.

数值反应堆堆芯与E级高性能计算的科学内涵

反应堆是一复杂的系统过程,是由中子场、温度场、流场、应力场、化学场等多个物理过程相互耦合的装置,这些物理场涉及从微观核反应到宏观能量释放的多尺度作用机理。随着E级(1 000PFLOPS,百亿亿次/每秒)计算机的问世,核能发展的总趋势正从传统工程驱动模式向以高性能数值模拟为主转变。当前四代堆设计立足小型化和精密化,高分辨率数值模拟对提升核装置性能和降低裕量作用突出。为研究解决当前模拟软件与计算机之间存在的浮点效率低、移植周期长、模式通用难和规模扩展难等问题的办法,突破软件和硬件之间存在的编程墙和性能墙,本文通过解读美国NEAMS、CASL和ECP计划,结合团队近年在数值反应堆和高性能计算关键技术突破方面的经验,提出基于并行中间件的集成共性、发展个性的技术路线,探索一条快速提升我国自主CAE软件整体水平的途径,供业内同行探讨,以在国产超级计算机上实现核装置的精细化建模和多物理、多尺度、多过程耦合计算。

基于fluent的环状阀流量系数数值计算

通过做气阀静态吹风实验,得到环状阀流量系数实验值。采用Fluent软件对环状阀流场进行数值模拟,得到流量系数模拟值。对模拟值与实验值做比较,其相对误差只有0.89%,表明模拟准确,得到一种新的环状阀流量系数计算方法。

对FLUENT辐射模型的数值计算与分析

通过一个含有内热源面的三维房间模型,运用FLUENT软件对相同条件下,不同的辐射模型进行了数值模拟计算。通过计算结果的比较分析得出:对于这样一个具有热表面的封闭空间的对流、辐射换热问题,采用DO辐射模型与k-ε模型的耦合计算能够得到较好的计算结果。

基于FDS的飞机客舱火灾数值模拟计算域优化

为了提高飞机客舱火灾数值模拟的精确度,采用火灾动力学三维模拟软件(fire dynamic simulation, FDS)建立全尺寸A320客舱火灾模型,分析了可燃物热解导致的计算域变化对温度特征的影响,通过引入相关性分析方法重点研究了不同计算区域条件下飞机客舱内部热流场变化情况。结果表明,考虑燃烧过程中可燃物的热解变化会增加客舱热释放速率和改变温度场,最大差值可达328℃。计算区域延展尺寸大小将影响到飞机客舱内部的热流场计算,当计算区域扩展到2 m时,客舱温度场和火源处温度场的相关性值分别增大至0.975 0和0.964 2,为了在保证数值模拟计算精度的前提下尽量减少计算时间,建议将计算区域向外延展2 m。

水泵出口蝶阀流场数值模拟及水力参数计算分析

基于Fluent软件采用RNGκ-ε湍流模型对DN600中心蝶阀进行数值分析,分别模拟不同开度、不同流速下管道内压力、速度变化分布,计算得出水头损失、阻力系数、汽蚀系数等关键水力参数与入口流速、阀门开度之间的关系曲线,分析其分布规律。结果表明,泵站稳定运行时蝶阀开度应大于40°,泵站发生事故停泵时蝶阀快关角度应在55.6%以上,该结果可为泵站水力过渡过程分析提供技术支撑。

基于FLUENT的机械密封腔内流场数值计算

应用软件FLUENT6·2对机械密封腔内流场进行了三维数值计算,通过求解三维层流N—S方程,得到了由注入冷却液和密封环旋转引起的复杂三维流场特性,应用压力修正方法和SIMPLE算法进行计算,得出流场特性对密封环冷却效果影响显著。

考虑啮合间隙的涡旋压缩机时变啮合刚度数值计算

刚度计算是动力学分析的基础,为了对涡旋压缩机进行系统动力学研究,计算其动、静涡旋齿的啮合刚度成为关键。将径向间隙引起的切向泄漏简化为气体在两平板间的流动,首先计算切向泄漏间隙的长度以及流经通道的气膜压力,然后由气膜压力求解切向泄漏气膜的承载力进而得出气膜刚度。应用有限元分析软件计算得出动、静涡旋齿在气体力作用下的变形量,根据弹性变形量求出动、静涡齿的刚度,得到涡旋压缩机运转过程中任意啮合点的时变啮合刚度随转角的变化情况。结果表明:涡旋齿的时变啮合刚度主要取决于切向泄漏气膜刚度,在一个压缩周期内,涡旋齿的时变啮合刚度随着主轴转角的增加而增大。

指向学科大概念的高中信息技术项目式学习——以《数值计算》一课为例

指向学科大概念的项目式学习,能够让学生明晰知识之间联系,从而建立完整的学科知识结构体系,将复杂的知识融会贯通。本文以《数值计算》一课为例,介绍以学科大概念为核心的信息技术教学项目式学习设计及实施过程,帮助学生建立知识和大概念之间的联系,在项目实践中渗透学科核心素养。

基于Fluent的全机数值模拟及并行计算

利用CFD商用软件Fluent对亚声速飞行飞机的三维绕流流场进行了数值模拟以及并行计算,得到了飞机附近的流场,实现了此软件在高性能并行计算机上的并行;并且通过对不同数量网格在不同结点数目机群上的计算结果进行分析比较,验证了此商用软件在并行平台上应用的有效性,也为进行大规模科学工程计算提供了技术参照。

基于Voronoi图的精细化PFC数值计算方法与应用

由于岩石细观结构决定宏观力学行为,离散元计算结果的准确性取决于数值模型对岩石复杂细观结构的表征程度。为提高离散元数值计算在采矿工程中的适用性,基于Voronoi图提出一种精细化PFC数值计算方法。Voronoi图剖分空间形成的凸多面体具有随机性和多样性,与岩石细观结构具有自相似性;将Voronoi图中点、线、面、体的编号与坐标数据导入PFC,借助PFC内嵌Fish语言将其转化为PFC可识别几何体,基于Voronoi单元提出2种不规则颗粒模型构建方法(VCPM和VBPM),分别模拟完整岩石和破碎岩石;采用Monte-Carlo方法生成服从Weibull分布的伪随机数,表征岩石细观力学参数,实现岩石非均质性模拟,将不规则颗粒周围接触数目定义为Coordination Number(CN),颗粒体积和颗粒CN分别服从Weibull分布和正态分布,实现岩石细观结构复杂性模拟;VCPM模型可准确模拟完整岩石在单轴和三轴抗压条件下的强度特征及峰前硬化、峰后软化、体积剪胀等行为,模拟所得岩石单轴抗压强度221 MPa,弹性模量64 GPa,内聚力和内摩擦角分别为34 MPa和55°,与实验数据具有较高的一致性;高内摩擦角表明VCPM模型内不规则颗粒间的剪切闭锁效应增强,且模拟结果可反映岩石破坏模式随围压增大由劈裂向剪切甚至塑性流动转变的现象;VBPM模型可准确模拟破碎岩石在侧限压缩实验中的压实和承载特征,初始加载阶段,破碎岩石中含大量孔隙,变形曲线斜率小,轴向载荷增加导致孔隙逐渐压实,变形曲线斜率快速升高,应力应变曲线模拟结果与实验结果吻合,由于VBPM模型不规则颗粒间的自由度差异明显,压缩过程中颗粒间的接触力呈现非均匀分布特征。

多流程循环流化床气固流动和燃烧的计算颗粒流体力学数值模拟

多流程循环流化床与传统流化床相比,能有效降低炉膛高度,实现小型化。以多流程循环流化床锅炉为研究对象,基于计算颗粒流体力学,对气固流动和燃烧过程进行了数值模拟,计算结果与中试装置结果吻合较好。结果表明:炉膛内颗粒相浓度由高到低依次为主燃烧室、副燃烧室、燃尽室,炉内颗粒分布呈现“环-核”结构;炉膛温度范围为1 000~1 200 K,主燃烧室的温度大于副燃烧室,副燃烧室的温度大于燃尽室与旋风分离器;增大一、二次风的配比使炉膛密相区的氧气含量增大,加剧了燃烧,使床温升高;由副燃烧室进行分级给料,有利于焦炭还原NO,使出口NO浓度明显下降,有利于减少氮氧化物的排放。

双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算及数值模拟研究

对液态排渣锅炉的深入研究将会推动纯燃高碱煤技术的推广。以一台超临界350 MW机组直流双U型火焰液态排渣锅炉为研究对象,以燃烧室、捕渣管束和冷却室为单元,从热平衡的角度出发展开热力计算,并借助数值模拟手段,研究了炉膛内设计工况下的流场、温度场和组分场及其在变负荷时的变化情况。热力计算和数值模拟表明,几处烟气温度结果偏差都低于40.0℃。燃烧室出口烟气温度偏差仅为1.2℃,冷却室出口烟气温度偏差为15.6℃。经过验证和比较,所采用的热力计算方法可以应用于双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤热力计算。数值模拟结果显示,炉内空气动力场良好,旋流形成的回流区可以增加煤粉颗粒在燃烧室的运动路径,促进煤粉的燃尽。烟气在流经捕渣管时,温度大大降低,同时流场也受到了一定的扰动,可以有效捕捉灰渣。在变负荷工况下,炉内的速度场按负荷降低成比例下降,回流区的大小基本不变。炉内的温度水平降低,当给煤量由100%降至75%时,燃烧室出口烟温降低了约75℃,而冷却室出口烟温降低了约200℃。本研究可为双U型火焰液态排渣锅炉纯燃高碱煤提供参考。

小波数值方法及其在计算力学中的应用

随着力学研究不断向多学科交叉、跨尺度关联及极端环境影响推进,强非线性、强间断、多场强耦合、多尺度与复杂几何构型已成为解决各类力学问题定量分析所面临的共性特征.长期的定量研究表明,实现具有这类特征力学问题有效求解的核心之一,是构建在多尺度情形、非线性因素作用下具有准确识别、定位、捕获以及分离各个尺度特征尤其是小尺度局部特征能力的数值工具,这些能力包括大尺度低阶近似解与小尺度高阶微小截断误差的有效分离解耦.而小波理论固有的多分辨分析和时频局部化特性,以及丰富的基函数可选择性,恰好能满足这一数学特征需求,因此,可为发展各类复杂力学问题的高效定量求解方法提供有效的理论支撑和丰富多样的技术途径.基于这一事实,本文对小波理论进行了全面探讨,着重介绍了双正交多分辨分析的理论框架和常用小波基的构造方法.在此基础上,深入研究了有限区域上小波逼近格式的构建方法,并系统阐述了各类基于小波理论的数值方法的基本原理、发展历程及其优缺点.特别关注了近期出现的具有突出性能的几类新型小波方法,并详细评述了它们在典型力学问题求解中的应用效果.同时,本文也指出了当前小波方法在复杂强非线性力学问题求解中所面临的挑战,旨在为小波数值方法的未来发展及其在复杂力学与工程问题中的应用拓展提供有益的参考,并为最终实现这些问题的高效、高精度普适定量求解提供新的视角和方法.

轴流式核主泵内部流动特性数值计算与试验

以轴流式核主泵为研究对象,采用数值模拟和试验验证相结合的方法,计算模型为SST k-ω湍流模型,重点选取了0.9Q,1.0Q与1.1Q工况,对轴流式核主泵内部流动特性进行分析,结合性能试验台完成试验验证.在分析计算结果时,重点考察了泵出口中心截面的速度流线图和速度分布云图,以此来深入探讨泵在不同流量条件下内部流动模式的差异及其演变趋势;提取叶轮与导叶叶片通道回转面的压力速度云图、叶轮叶片与导叶叶片的压力载荷曲线,对比分析不同流量下泵内部流动结构及其变化规律,进一步揭示叶轮和导叶内的流动分布及能量转换机制.通过试验对数值计算开展了对比验证,计算结果与试验结果基本吻合,扬程模拟值比试验值低3.87%,效率模拟值比试验值低1.94%.本研究深入揭示了轴流式核主泵内部流动特性,对充分认识核主泵水力结构与内部流动关联性至关重要,为轴流式核主泵的设计和性能优化提供参考依据.