附加应力扩散项的Johnson-Segalman流体模型相图分析

研究一类带附加应力扩散项的Johnson-Segalman模型,通过不变流形分析方法以及同宿轨与异宿轨的研究,刻画了该模型的相空间结构,并证明了一类具有三井位势的Hamilton系统同宿轨和异宿轨的存在性.

在体血流不存在Casson流体模型

笔者研究在体血液流变性时发现用Casson流体模型描述在体血液流态实际是错误的。本研究旨在纠正存在近40年的这一理论错误,同时维护前人和笔者研究在体血液流态所获得的正确理论。本文采用理论性研究方法,以相关流体力学、血流动力学、血液流变学理论和在体血流实际为依据展开论证,揭示在体血管中不存在Casson流体模型,红细胞聚集不是在体血管中存在Casson流体模型的本质机制,在体血液流态除动、静脉特异形部位外,动脉血流为随心动周期性变化的层流,在静脉可近似为定常流动。

基于DEW模型的地球深部流体组成与水岩相互作用计算方法综述

水岩相互作用会导致流体中元素的价态、赋存形式等发生改变,进而对元素的富集成矿、循环通量等产生影响。由于地球深部样品与实验数据有限,建立和使用地球深部流体模型可以有效地增加人们对深部流体及水岩相互作用的认知。Deep Earth Water(DEW)模型是一种描述地球深部流体热力学性质的数据库,其可以与矿物热力学数据库联用,实现对地球深部水岩相互作用过程的模拟研究。本文阐释了使用DEW模型描述深部流体的必要性,叙述了应用DEW模型进行深部流体物种和水岩相互作用计算的基本原理,介绍了一种基于DEW模型计算流体物种的软件——FluidsLab,列举了地球深部流体以及水岩相互作用的应用案例与研究现状,最后对DEW模型后续的应用与发展方向进行展望。

土体颗粒物流动物质点法模拟的弹塑性和非牛顿流体本构模型比较研究

土体颗粒物流动是一种典型的大变形破坏,具有非牛顿流体的流动特征。准确模拟土体颗粒物的流动及冲击过程,对滑坡和泥石流等地质灾害的防治具有重要意义。物质点法是一种无网格粒子类方法,已在各类大变形问题中得到了广泛应用。以往土体颗粒物流动的模拟,通常采用弹塑性本构模型,但缺乏对非牛顿本构模型的模拟分析。本文引入非牛顿本构模型的模拟分析,旨在为土体颗粒物流动模拟提供一种新的方法与思路。非牛顿本构模型的模拟分析是将非牛顿广义Cross模型引入三维物质点法,通过人工阻尼力模拟颗粒间的摩擦力,对土体颗粒物的坍塌、沿斜面滑动以及冲击障碍物等问题进行了动态模拟,研究了其运动全过程,并与弹塑性本构模型的模拟结果进行了对比验证。结果表明,基于非牛顿流体本构模型的物质点法可以较好地模拟土体颗粒物加速、减速到再次稳定的流动全过程及其对障碍物的冲击效应。

带N策略的双阶段休假M/M/1排队系统驱动的流体模型性能分析

基于工厂订单装配系统的运行机制,本文构建并分析了具有N策略和两种混合休假策略的M/M/1排队系统驱动的流体模型。首先对驱动系统进行描述,将马尔可夫过程的无穷小生成元写成块状雅克比矩阵形式。引入库存量建立三维马尔可夫过程,得到稳态下流体排队满足的微分方程组,运用矩阵分析方法和Laplace变换(LT)方法得出系统平稳库存量的数学表达式。进而运用Laplace-Stieltjes变换(LST)导出稳态条件下缓冲器的平均库存量。最后,利用数值分析,给出参数变化对系统性能指标的影响。

基于统一流体模型的微放电数值仿真研究

数值仿真技术已发展成为气体放电领域的重要研究手段,常用于研究揭示某一具体放电形式的微观物理过程.本文介绍了气体放电的统一流体模型,包括粒子的连续性方程、能量守恒方程及泊松(Poisson)方程,考虑阴极电子发射(二次电子、热电子发射)、反应倍变与气体加热、阴极热传导等基本过程,可模拟得到包含盖革-米勒(Geiger-Müller)放电、汤森(Townsend)放电、辉光放电、电弧放电等各区域的完整伏安特性曲线.基于该模型,仿真得到的气体放电伏安特性曲线与已有文献结果一致,验证了该模型的正确性.在此基础上,对间距为400μm、气压分别为50和500 Torr(1 Torr≈133.322 Pa)的放电过程进行了具体研究,对比分析了不同气压条件下放电典型参量的分布特性.该模型实现了广域参数范围条件下的气体放电数值仿真,拓展了气体放电流体模型的应用范围,促进了对放电参数特性的系统性分析.

一类具有低正则初值的趋化-流体耦合模型的弱可解性

考虑二维有界区域上带有logistic源的趋化-流体耦合方程组初边值问题。本文证明了当初值仅为可积函数时,该模型弱解的整体存在性。具体而言:当r≥0,μ> 0时,对于任意的α≥2,初值n_(0)∈L^(1)(Ω),该模型在二维有界区域中存在整体弱解。

具有Dirichlet信号边界的一类趋化–流体模型的研究

本文讨论一类具有规定信号浓度的趋化–流体耦合方程组解的性质。利用二维有界区域上的插值不等式和边界上的逐点不等式,得到细胞密度和化学信号浓度梯度的联合估计,并结合算子半群理论,最终证得该方程组的初边值问题存在整体有界的经典解。

基于双流体模型的气力卸船机水平管道气固两相流研究

应用欧拉双流体模型,对水平管道内气力输送过程进行仿真研究。在进行研究前,对欧拉双流体模型进行验证,与其他学者提出的压降预测公式以及试验结果进行对比,具有较好的一致性。对100 t/h气力卸船机的水平气力输送管道进行气-固双流体模拟,研究不同固-气比对压降以及速度的影响,得出管道在不堵料的情况下固-气比存在极大值的结论。

双流体湍流模型对固液两相流计算的影响

为了研究固液两相流双流体模型的控制方程进行封闭时,采用不同方法进行模化产生的不同双流体湍流模型对固液两相流的计算结果产生的影响.研究了3种双流体湍流模型在不同固相条件和不同进口液相速度时对圆管内固相浓度和速度计算结果的影响,并与试验值进行对比.结果表明,不同工况时,3种双流体湍流模型的固相浓度计算结果在壁面附近的误差较大,都更适合计算流速大、含沙浓度高的固液两相流场;3种模型会显著影响含大粒径颗粒的固液两相流场的计算结果,而对小粒径颗粒影响较小;k_(m)-ε_(m)模型适用的固相浓度和流体速度的范围较广,具有更广泛的适用性;综合考虑固液两相流场各参数计算的准确性,当颗粒粒径大于165μm时,k_(l)-ε_(l)-A_(s)模型更优,当颗粒粒径小于165μm时,k_(m)-ε_(m)模型更优.

黏弹性纳米流体在垂直板上的自然对流与传热分析

基于分数阶Maxwell模型和分数阶Fourier定律构建黏弹性纳米流体在垂直板上的非定常二维边界层自然对流与传热控制方程,利用有限差分和L1算法获得数值稳定解,对不同物理参数下的速度、温度、平均表面摩擦系数和平均Nusselt数的变化趋势进行图形化分析。结果显示,速度和温度边界层均表现出短暂记忆和延迟特性;速度分数导数参数削弱了自然对流,而速度松弛时间的影响却相反;温度分数导数参数削弱了自然对流和热传导,而温度松弛时间的影响却相反。

非常规储层微纳米孔隙介质中流体相态研究进展

非常规油气储层具有岩石骨架颗粒小、比表面积大、微纳米孔隙发育的特点,流体与孔隙介质间存在着诸多复杂的界面效应问题,影响微纳米孔隙介质中流体的相态变化规律。对于受限域流体,经典油气相态理论方法忽略分子间相互作用及界面效应的影响,预测微纳米孔隙介质中流体相变特征存在偏差。为了更全面地揭示油气在受限空间中的相态特征及其微观作用机理,总结当前微纳米孔隙介质中流体相态研究技术现状,详细阐述微观实验测试、相态理论模型和分子模拟3种主流技术方法,指出3种技术各自的优缺点,并对未来流体相态研究技术提出展望。分析认为:微观实验测试方法可通过研究流体热力学参数的变化来确定流体相变点,由于实验误差、人为误差等原因,需与理论计算相结合;相态理论模型方法可通过改进临界参数场、考虑流体与孔壁界面作用、考虑相间毛管压力修正相平衡判据方程等方法建立纳米孔隙空间相态理论模型,但是由于没有综合考虑界面效应带来的影响且缺乏有力的实验数据支撑,难以推广应用;分子模拟方法能在分子尺度上揭示流体分子的相行为,但现有研究主要围绕小分子展开,并且与流体发生相变时的临界参数结合得较少。后续研究应以多界面效应耦合影响的微纳米孔隙介质中油气流体相变特征为研究对象,以微观实验、理论模型和分子模拟为技术手段,为描述微纳米孔隙介质中流体相态提供合理的实验测试手段和可靠的理论计算模型。

基于孔隙网络模型的非牛顿流体驱替模式研究

本文提出了一种考虑了流体可压缩性与非牛顿流体剪切流变性的非稳态孔隙网络模型,用以研究非混相驱替中的毛管指进、黏性指进和两者之间的过渡区这三种不同的驱替模式.通过在孔隙网络模型中饱和非牛顿流体,研究不同注入毛管数和不同黏度比情况下的注水驱替模式.结果表明,非稳态孔隙网络模型可以模拟再现三种不同的流体驱替模式,并提出特征前缘流量用于区分三种驱替模式.毛管指进的入口压力的相对波动较大且手指的无序生长会抑制前缘的移动速度,因此特征前缘流量变化较小.黏性指进会抑制指进横向生长和向入口方向的流动,入口压力在突破时快速降低.在过渡区,驱替流体倾向于占据由更大半径孔喉组成的少量路径,并以更大的特征流量向出口处快速突破,导致更细的手指与较低的驱替效率.本文还对比了被驱替相为牛顿流体时的情况.结果表明,剪切流变性会减弱被驱替相黏性阻力的影响,从而使得过渡区的范围更宽.本研究有助于更好地研究复杂流体间黏性力与毛管力对驱替模式的影响,对于提高油气采收率和二氧化碳地质封存效率具有现实意义.

可选服务的多台工作休假排队系统驱动的流体模型稳态分析

在当前的大数据时代,流体排队模型已成为服务系统建模分析的有力工具。由于实时服务系统中服务台除了对顾客进行必要的基本服务外,可能还会有可选择的附加服务;另一方面,服务系统可能会因为执行其它任务等各种因素降低服务效率而低速运行。综合考虑上述情况,以具有可选服务和工作休假的多服务台排队系统作为外界随机环境构建了新的流体排队模型。运用拟生灭过程和矩阵几何解方法得到了驱动系统的稳态队长分布,进而给出了流体模型的净输入率结构及其稳态条件。利用概率分析方法和随机过程理论导出了流体模型稳态联合分布满足的矩阵微分方程,并根据其结构特点构建了几个重要的函数序列,进一步通过Laplace变换(LT)和Lapalce-Stieltjes变换(LST)方法得到了平衡状态下缓冲器中流体的平均库存量及空库概率的解析表达式。最后通过数值分析,展示了系统性能指标受参数变化的影响。结果表明在实际问题中可通过调整模型参数优化系统性能,提升服务效率。

基于启动时间和可选服务的双阶段休假排队系统的流体模型性能分析

基于店铺的外卖经营模式,该文构建并分析了具有启动时间、可选服务和两种混合休假策略的M/M/1/N排队系统驱动的流体模型.首先,对驱动系统进行模型描述,并将此二维Markov过程的无穷小生成元写成块状雅克比矩阵形式,运用矩阵几何解方法求出驱动系统的稳态概率分布.其次,引入流体模型的净输入率结构,并利用概率分析方法得到流体库存水平在稳态条件下的微分差分方程组,进而运用Laplace变换(LT)和Laplace-Stieltjes变换(LST)方法得到稳态条件下库存量的均值及空库概率.最后,通过数值分析给出各参数变化对系统性能指标和费用的影响.

肾动脉非对称理想化血管模型的计算流体力学研究

背景 在胸腹主动脉疾病的腔内治疗中,重建肾动脉至关重要。既往针对肾动脉的计算流体力学分析往往通过支架置入后的理想化三维血管模型进行,这些模型中左右肾动脉形态往往是对称且不符合生理的。目的 构建置入多分支支架后的理想化胸腹主动脉三维模型,并基于我国人群的肾动脉解剖条件,探究生理性非对称肾动脉形态对理想化模型双肾动脉内的血液流动所产生的影响。方法 根据肾动脉角度及肾动脉支架长度的不同,共构建16种理想化模型,之后通过计算流体力学对这些模型分支血管的平均血流量、血液流动模式和壁面剪切应力进行研究。结果 肾动脉角度为95°时的平均血流量大于角度为108°时的平均血流量。肾动脉支架长度为60 mm时的平均血流量大于长度为70 mm时的平均血流量。此外,在肾动脉拐弯处可见血液回流区和低壁面剪切应力区。结论 本文构建了肾动脉生理性非对称的理想化多分支支架置入后血管模型,并通过计算流体力学研究发现非对称的肾动脉形态可对肾动脉平均血流量产生影响。在肾动脉理想化模型的构建中,非对称的解剖形态是必要的。

激光维持等离子体多物理场耦合模型与仿真

激光维持等离子体作为一种光照强度高、光谱范围宽、发光稳定的新型辐射光源,在光学检测(半导体晶圆检测)等领域具有重要的应用价值.本文回顾了激光维持等离子体研究的发展历程,介绍了其基本物理过程及数学描述方程,建立了基于多物理场耦合的二维流体模型.利用该模型研究了激光在等离子体中的传播过程,探讨了激光维持等离子体的初始演化过程、能量注入机制、稳态特性及不稳定性等关键问题.通过与高气压氙气等离子体实验结果对比,确定了仿真模型的有效性.相关仿真结果有助于深入理解激光维持等离子体的底层物理机制,为实现光源系统设计、多参数优化提供理论依据.

二氧化碳混合工质临界参数计算模型对比研究

二氧化碳(CO_(2))混合工质是具有应用潜力的动力循环工质,临界参数作为CO_(2)混合工质的关键基础热物性,对其进行准确地计算和预测具有重要意义。采用4种不同类型的计算模型,分别针对CO_(2)+HFC、CO_(2)+HFO和CO_(2)+HC三类二元混合工质的临界温度和临界压力进行了推算,并与公开发表的实验数据和REFPROP数据库计算结果进行对比,分析讨论了各种计算方法对各类CO_(2)混合工质的适用性。结果表明,Li方法形式简单,混合物临界温度的计算式仅与纯质组分的临界温度及临界体积有关,可用于CO_(2)+HFC和CO_(2)+HFO混合工质临界温度的快速推算。对于CO_(2)+HC混合工质,RK方法计算偏差最小,该类混合物临界参数实验数据点数和套数较多,因此可直接通过RK方法回归得到关联式进行应用。

面向国产超算平台的通用能源管网仿真计算模型

为实现城市能源管网仿真软件的自主可控,基于国产异构高性能计算机“嵩山”超级计算平台,提出一种通用的城市能源管网仿真计算模型。通过优化管网中“非管”组件模型,提高了计算模型对国产异构并行计算机系统的适配性;将不同管网组件的计算过程进行封装,弱化了网络组件在仿真计算过程的依赖性,提升模型在工程实现上的可并行性。供水、燃气和热力三种场景的并行仿真实验,证明了计算模型在解决城市能源供给网络的仿真计算上具有一定的普适性;通过管网实测数据与仿真模型中模拟数据对比结果表明仿真管网压力的误差率在4%以下,其温度的误差率低于2%,同时也说明了提出的管网仿真计算模型在国产超算平台上具有良好的计算通用性。

液压圆柱滑阀K-K型节流槽流量面积参数模型

针对K-K型节流槽流量系数复杂时变及结构参数强耦合的特征,采用流量面积参数模型(FAPM),开展了液压圆柱滑阀K-K型节流槽阀口流量压降特性研究。首先,推导出K-K型节流槽阀口面积的数学模型,并将其等效为3个单阶K型节流槽阀口面积的组合形式;其次,基于计算流体动力学(CFD)和响应面模型(RSM),建立了极限饱和流量下K-K型节流槽的FAPM模型;最后,通过对FAPM模型的分析,得到组合型节流槽阀芯结构与流量压降的映射关系。研究结果表明:当入口体积流量大于7.31 L/min时,满足极限流量饱和条件,此时流量系数与入口体积流量无关;当入口体积流量分别为20、30、50 L/min时,FAPM模型预测的K-K型节流槽阀口压降与CFD仿真值的平均误差均控制在7%以内。该模型完成了对K-K型节流槽阀芯结构的近似表达,并可应用于其他类型的组合型节流槽。