一类热流耦合模型边界条件的反演计算方法

提出一种裂隙岩体中热流耦合模型边界条件的反演计算方法。基于单裂隙热流耦合模型,利用部分温度观测数据,反演计算出岩体和流体接触边界上的温度、温度梯度和对流换热系数。首先,利用分离变量法将热传导边值问题转化成第一类Fredholm积分方程,然后,基于正则化方法求解积分方程,得到岩体和流体接触边界上的温度和温度梯度,再得到局部换热系数,再利用梯度下降法求解一类无约束优化问题,得到总体对流换热系数,最后,对热流耦合方程进行数值计算。结果表明,提出的计算方法能克服反演问题的不适定性,具有较高的精度和较好的稳定性。

硬球加强模型在CFD-DEM耦合计算中的验证与分析

针对CFD-DEM耦合计算中,颗粒计算时间步的选取影响颗粒碰撞计算精度和效率的问题。本文引入插值算法,将动量定理求解颗粒碰撞前后速度进行加权平均;根据弹性理论计算得到颗粒碰撞力,进行动力学方程求解;通过速度收敛准则修正初值速度并自动调整迭代求解次数,提出一种计算精度不受计算时间步长影响,无需对碰撞过程进行精细描述的高效率和高精度的加强硬球模型。对两个颗粒匀和变速碰撞算例进行数值模拟,碰撞后速度、碰撞力和碰撞时间与理论计算误差小于4%,与采用软球碰撞模型的DEM方法相比,颗粒碰撞计算精度不受计算时间步长影响,计算效率提高36.3%和36.8%。对单个颗粒在静水中沉降进行数值模拟,计算步长取10 s~5 s,颗粒与壁面即可得到精确解,计算效率提高33.5%。通过压力损失实验验证了该模型能够准确计算颗粒体积分数小于12%条件下两相流的压力损失。

可变形天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型

针对当前的天然裂缝宽度预测模型没有考虑裂缝在缝内流动净压力作用下变形的问题,开展了可变形天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型研究。首先,根据天然裂缝的变形控制方程和缝内流动净压力方程建立流-固耦合漏失动力学模型,得到漏失速率和漏失前端侵入速度的控制方程;然后,运用自适应搜索法求取天然裂缝等效平均宽度,结合体积等效原则求得天然裂缝初始宽度,联合初始宽度和漏失速率的几何控制方程建立天然裂缝形态系数的求解方法;最后,基于漏失前端侵入速度的几何控制方程进行天然裂缝形态约束求解得到法向刚度,进而得到天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型。建立的可变形天然裂缝动态宽度流-固耦合计算模型,经验证其计算结果与现场测量数据吻合较好,仅需钻井液性能、井漏现场测量的漏失速率序列及漏失体积序列,就能进行天然裂缝动态宽度预测,便于现场应用。

船体-轴系耦合模型在船体结构直接计算中的应用

文中以某型船为例,利用MSC.Patran/Nastran,建立船体-轴系耦合三维有限元模型并计算分析,对比不考虑轴系时的计算结果.结果表明:轴系在耦合模型中能够有效降低船体梁变形,在分析特定船型的刚度问题时,建立船体与轴系一体式耦合模型是必要的.

超高压交流输电线路对埋地金属管道的感性耦合计算模型研究

超高压交流输电线路在运行时会对埋地金属管道产生感性耦合影响.本文中基于传输线理论,首先推导出金属管道和输电线路理想平行时的感性耦合计算模型,进一步推导出输电线路和金属管道斜接近、交叉时的互感系数求解公式,据此通过等效思想将以往对地干扰电压计算的复杂微分方程简化为多元一次微分方程组,大幅度减少计算量,进而运用该简化模型研究典型影响参数对感性耦合的影响规律,并与现有软件仿真模拟结果做对比.结果表明:该简化计算模型可与Matlab、Mathmatic等数学模拟软件相结合,方便快速地获得干扰段的感性耦合电压值,可用于设计单位便捷计算管道各点的对地电压及纵向电流,快速评估管道受故障电流感性耦合影响,该方法具有有效性和可行性.

基于MSD模型的人-桥耦合效应量化分析及简化计算方法

基于行人质量-弹簧-阻尼模型建立了人-桥耦合系统运动方程,并采用复模态分析法获取了系统动力特性。在此基础上,量化分析了频率比、质量比和行人间距对桥梁动力特性的影响规律,提出了考虑人-桥耦合效应的简化计算方法。研究表明:对于大跨度人行桥,行人运动会导致结构实际振动频率和阻尼比的改变,其改变程度和规律受质量比、频率比和行人间距以及结构振型影响,如忽略人-桥耦合效应会高估结构响应。通过修正桥梁动力特性并将行人视为步行力施加到人行桥上,计算出的结构响应与考虑人-桥耦合效应的结构响应基本一致,但计算量大幅降低,表明该方法具有较高的精度,可用于快速预估人致振动响应。

黄河三门峡水库水沙电耦合模型研究及应用

为实现多沙河流水库短期兴利效益和长期减淤效益的平衡,采用数学模型研究水库减淤与发电综合效益具有重要意义。充分考虑水沙输移和河床变形的耦合作用,通过结合一维水沙计算模块、水库调度模块以及发电计算模块,建立了考虑水库调度的水沙电耦合计算模型。将该模型应用到三门峡水库,采用2019水文年和2020水文年实测水沙资料分别对模型进行率定及验证。并应用该模型研究了不同水沙条件和调度方式对水库冲淤和发电的影响。计算结果表明:各测站流量、水位以及含沙量的计算过程与实测过程符合较好,发电量计算值误差均在15%以内,该模型能较为准确地模拟库区冲淤及电站发电过程;较丰水枯沙过程,其余3种典型水沙条件下冲淤量和发电量变幅分别达129%~360%及18%~52%,受入库水沙条件影响大;降低非汛期起调水位有利于控制非汛期库区淤积,提高汛期敞泄的临界入库流量有利于提高减淤及发电综合效益。

城市洪涝模型及CPU-GPU异构并行计算技术研究进展

在全球气候变暖和城市化背景下,城市洪涝问题日益严峻。为尽可能减少城市洪涝灾害造成的损失,提高城市对突发性强降雨事件的应急处理水平,开展城市洪涝数值模拟技术研究具有十分重要的意义。本文从城市洪涝精细化和高效模拟角度出发,综述了城市洪涝模型、CPU-GPU异构并行计算的研究进展,系统总结了产汇流模型、一维河道管网模型、二维地表模型、耦合模型、快速城市洪涝模型的构建方法和CPU-GPU异构并行计算的关键技术。针对当前城市洪涝模型研究中的不足之处,需要开展城市洪涝过程全物理机制模拟研究,深入分析全水动力城市洪涝模型的适用性、模拟精度和计算效率;还需基于异构并行计算技术,实现城市洪涝模型一维河道管网、二维地表淹没的快速模拟,为城市暴雨洪涝精细化与高效模拟奠定基础。

煤岩力电耦合模型及其参数计算

电磁辐射技术已经在矿山煤岩动力灾害预报中得到了应用,根据煤岩强度的统计理论和损伤力学理论,建立了受载煤岩的力电耦合模型,推导得到了该模型中参数的确定方法,并结合实验结果对其中的参数进行了计算.结果表明:煤岩材料的破坏是内部代表性体元微损伤累积的结果,电磁辐射可以反映煤岩体的损伤程度,力电耦合模型能够较好地描述煤岩变形破裂过程的电磁辐射规律,参数的拟合相关系数较大说明该方法合理可行.

基于耦合漏感的四绕组变压器暂态模型及短路计算

为确保含四绕组变压器的变电站保护整定可靠性,需研究精细化的四绕组变压器暂态模型及其短路计算等值电路。分析常规变压器等值电路的不足,推导了修正的耦合漏感等值电路,根据三相三柱式四绕组变压器的拓扑结构,运用对偶性原理建立了基于耦合漏感的四绕组变压器电路-磁路暂态模型;利用漏磁路的互阻抗远小于漏阻抗的特点,推导了用于短路计算的四绕组变压器简化等值电路以及零序阻抗。根据某地220 k V变电站实例进行仿真计算,结果表明所提出的四绕组变压器暂态模型及短路计算方法能够更准确地计算含四绕组变压器变电站的短路电流。

非线性波浪时域计算的三维耦合模型

将计算区域Ω划分为内域Ω1和外域Ω２（Ω２＝Ω－Ω１），外域控制方程采用改进线性频散特性的二维Ｂｏｕｓｓｉｎｅｓｑ方程，用预报一校正法数值求解；结构物附近的内域控制方程为三维Ｎａｖｉｅｒ—Ｓｔｏｋｅｓ方程，由ＶＯＦ方法数值求解．通过在外域和内域相匹配的交界面上设置合适的速度和波面边界条件，建立了三维非线性波浪时域计算的耦合模型．模拟试验表明：（１）耦合模型数值波浪水池可以产生稳定的、重复性较好的波动过程；（２）用耦合模型数值波浪水池求解较大浅水区域上的非线性波浪数值计算问题可以取得较高的计算效率，同时又能得出结构物附近的复杂流场。

内燃机整机散热量的多模型耦合计算

根据内燃机性能计算、活塞环油膜有限差分计算及内燃机受热零件温度场有限元计算等多种模型间热边界条件的耦合关系 ,建立了内燃机零部件及整机散热量预测的耦合模型。以现有内燃机的试验数据为基础 ,调整耦合模型的计算边界条件 。

热油管道非稳态工况传热与流动的耦合计算模型

在进行热油管道工艺计算和运行工况分析时,通常将热力非稳态工况近似按稳态处理,这使得计算结果与实际情况偏差很大,不能客观地反映实际工况。在充分考虑管内油流热力、水力耦合以及管内油流与管外介质耦合的基础上,提出了一个比较完整的非稳态工况传热与流动双层耦合模型。采用双特征线法求解管内油流参数,用有限单元法求解管外土壤温度场,并编制了相应的计算程序。利用该模型和英国ESI公司的管道模拟软件TLNET分别对所建立的几种热油管道非稳态工况进行了模拟计算。结果表明,该模型比较合理,可用于热油管道非稳态工况的计算。

激光冲击强化过程中蒸气等离子体压力计算的耦合模型

首先基于系统能量守恒条件,提出了一种计算蒸气等离子体压力的一维耦合计算模型。模型中不仅考虑了蒸气等离子体界面压力与质点速度的非线性效应,同时也考虑了界面烧蚀所致的运动速度,将蒸气等离子体的膨胀与约束介质的变形耦合。在耦合模型的基础上,采用显式差分计算程序与显式有限元计算程序LS-DYNA互相迭代求解的方法,对不同激光功率密度分布下的蒸气等离子体压力进行了计算。结果表明,计算结果与实验测量结果具有很好的一致性,证明了计算模型的合理性。

改进的等效线性化计算模型及在结构海床耦合系统动力分析中的应用

为探究结构-波浪-海床耦合系统的失稳破坏机理并建立能反映此机理的计算模型,将改进的哈丁模型引入等效线性化方法,使其能反映载荷频率、循环周次以及土体平均有效主应力等多因素的影响。该模型运用于结构-波浪-海床耦合系统的非线性动力响应分析,一方面与标准哈丁模型的计算结果以及在波浪水槽进行的模型实验进行了比较,另方面着重对土体模量退化以及接触面附近土体的强度软化进行了考察,获得了一些明确的认识。

潮湿路基温度场、湿度场耦合作用计算模型

在路基路面冻害调查资料和一些试验数据分析结果的基础上 ,利用建立在连续介质混合物理论基础上的饱和 /非饱和正冻土的水热迁移热力学模型 ,进行了路基路面结构体系的温度场、湿度场、应力场的耦合分析以及设计参数研究 ;根据傅里叶定律和达西水分传导定律导出了路基路面结构体系温度场与湿度场耦合作用的一维计算模型 ,将冻土区与未冻土区统一起来 ,利用显热容法处理了冻土复杂的相变问题 .本文的研究具有基础理论应用性研究的特点 。

基于互联耦合免疫网络的突现计算模型及其服务实现

基于生物免疫系统中的互联耦合免疫网络学说,构建了一种新颖的网络突现计算模型。该模型通过生物网络结构中的生物实体之间的相互作用形成超级实体,或进一步形成超级实体网络,来实现生物网络中的服务突现。在生物网络仿真平台上,通过设计和实现生物实体、超级实体和超级实体网络之间的相互作用,验证了基于互联耦合免疫网络计算模型的突现服务能满足用户的各种需求。

基于刚柔耦合的机械臂架系统关键焊缝精细化计算与优化

针对机械臂架系统关键焊缝计算效率不高、计算结果不准确的问题,以长臂架混凝土泵车的臂架系为典型工程装备部件,以关键焊缝为研究对象,提出基于刚柔耦合特性,使用子模型技术对焊缝进行精细化计算与优化。在ANSYS Workbench中,建立臂架系统整体刚柔耦合模型,通过动力学仿真分析得到部件在典型工况下的铰孔载荷;建立关键焊缝的子模型,使用子模型技术得到焊缝真实的应力分布;提出焊缝的优化方案,对比分析焊缝优化前后的计算结果,验证方案的可行性,并应用于实际生产。结果表明:对具有大柔性、多臂节的机械臂架系统,基于刚柔耦合特性,采用子模型技术对关键焊缝进行精细化计算,可提高计算效率,获得更真实、准确的计算结果,为焊缝的校核和优化提供依据,为大型构件局部结构的计算提供参考。

薄膜单元和六面体单元的耦合计算模型

本文提出薄膜单元和六面体二次等参单元的耦合计算模型.由所编制的计算程序进行实例计算,计算结果与解析解一致.

潮湿路基温度场、湿度场耦合作用的计算模型

本文根据傅里叶定律和达西水分传导定律导出了潮湿路基温度场与湿度场耦合作用的一维计算模型 ,将冻土区与未冻土区统一起来 ,利用显热容法处理了冻土复杂的相变问题。