基于动网格和UDF技术的假底流场特性分析

可升降假底作为海洋工程水池重要组成部分,其主要作用是模拟海底平面,根据实验要求模拟不同海况下的海底深度。为研究可升降假底上升过程中的流场特性,采用动网格技术对假底在静水中上升过程中的流场进行计算,结果表明:应用动网格技术以及用户自定义函数(UDF)程序成功实现了假底在水池中上升时的运动状态。假底在水池中上升经历加速-匀速的过程,在上升的过程中,会挤压流体,流体进入假底与水池壁面之间缝隙时流速明显变快,流场发生剧烈变化,进而使得假底上方湍流强度增加。为海洋工程水池假底的设计、优化以及假底系统的模型试验工作提供参考依据。

核电主蒸汽阀站中电磁先导阀的动态响应仿真研究

针对核电主蒸汽阀站中关键部件之一——大气释放阀前置隔离阀在实际工况中常出现响应超时的问题,采用数值仿真软件Fluent中的动网格以及用户自定义函数技术,对控制其启闭过程的电磁先导阀动态响应过程进行了研究。首先,研究了电磁先导阀中先导结构的动态响应过程以及阀杆的受力情况;然后,研究了电磁先导阀中主阀的动态响应过程以及主阀泄压时阀内的压力和速度分布情况;最后,综合两个动态过程,分析了电磁先导阀整阀的运动时间。研究结果表明,电磁先导阀的运动时间为8.5 ms,其中先导结构的运动时间占比较小,85%的时间集中在电磁先导阀主阀动作过程。该研究结果可对前置隔离阀响应时间的优化提供参考。

管道复杂流场气固两相流DPM仿真优化

针对Fluent中气固两相流离散相模型(DPM)仿真,为提高通用模型对管道节流复杂流场问题仿真时的准确性,在结合气相流场分析与固相颗粒受力分析的基础上,提出DPM优化的4项措施,即从气相速度入口模型、颗粒曳力模型、颗粒壁面碰撞模型、颗粒所受各个力的合理取舍4个方面进行优化.通用模型的优化通过调用Fluent相关宏并编制用户自定义函数(UDF)程序实现.实验已验证优化DPM的准确性明显优于通用DPM,具体体现在:两相流型转换时气相速度区间的模拟,颗粒沉降气相临界速度的模拟方面,这2项指标优化后比优化前分别提高55%和50%;在实验管道局部阻力损失与节流孔板前颗粒速度分布的模拟仿真方面,优化DPM显然具有更准确的优势.通过实流实验与仿真模拟的对比,证明优化是有效的.从研究过程可以得出,模型优化的方法对于其他类似的复杂流场工况具有通用性和工程实用价值.

高海拔隧道施工自卸车CO扩散规律

为定量分析高海拔隧道出渣过程中自卸车CO排放对施工环境的影响,针对自卸车底部、侧部、尾部安装排气管三种CO排放方式,基于Fluent软件,采用RNGk-ε湍流模型,选取Species Transport模型模拟CO与空气的耦合作用,考虑高海拔低气压和空气密度的影响,运用动网格及用户自定义函数(UDF),模拟自卸车体行驶过程中隧道气流三维速度场、CO浓度场,基于现场实测数据验证模拟结果。结果表明:相同行驶工况下,隧道断面越大,CO沿途扩散越快,较高的CO浓度主要出现在车体高度以下区域;三种排气管中,侧部排气管最有利于沿途CO扩散。自卸车排气管轴向CO浓度的沿途扩散符合e指数衰减规律,根据一维扩散理论,提出CO浓度累积预测计算式。

低雷诺数下弹性圆柱体涡激振动及影响参数分析

利用Fluent软件数值求解不可压缩粘性流体的N-S方程,研究均匀来流Re=200时弹性圆柱体的涡激振动。圆柱体运动简化为质量-弹簧-阻尼系统,将Newmark-β方法代码写入用户自定义函数(UDF)求解运动方程,柱体与流体间的非线性耦合作用通过动网格技术实现。详细分析了涡激力系数、柱体位移特征值和尾流涡结构随频率比的变化关系,获得"相位开关"、"拍"等现象。考虑流向振动对横向振动影响时,圆柱体最大横向振幅为0.65倍直径。当固定频率比,而质量比或折合阻尼增大时,圆柱体流向与横向振动均呈非线性衰减趋势,但增大质量比对流向平均位移的偏离起到更好的控制效果。

圆盘浇铸机动态浇铸过程数值模拟

基于圆盘浇铸过程浇铸工具(中间包和浇铸包)的最优定量浇铸曲线的获取是决定浇铸质量的关键,而定量浇铸现场环境十分恶劣,无法通过现场反复实验来获得浇铸工具的最优定量浇铸曲线,应用Fluent软件对圆盘浇铸机的动态浇铸过程进行数值模拟,建立定量浇铸过程的数值仿真模型,编制UDF(用户自定义函数)设置浇铸工具的运动曲线,应用动网格模拟浇铸工具的刚体运动过程,并对浇铸过程进行气-液两相速度场计算。研究结果表明:数值仿真模型准确可靠;所获取的圆盘浇铸过程最优定量浇铸曲线直观地反映了中间包和浇铸包内铜液的速度场、气-液两相变化和浇铸工具刚体的运动,从而可对工业现场浇铸工具最优定量浇铸曲线的设置以及参数的优化提供参考。

基于FLUENT平台的LPG储罐热响应源项设计

为编制储罐外部受热时内部介质热响应的传热传质程序,利用FLUENT软件对储罐内部介质的热响应规律进行模拟。依据内部介质在受热和冷却条件下相变的控制方程,通过考虑内部介质气化热随温度的变化以及饱和温度与区域单元压力之间的关系,编写内部介质在受热和冷却条件下质量和能量源项的用户自定义函数(UDF)程序;将该程序导入FLUENT软件并在部分参数简化的条件下,分别对喷射火和池火条件下的丙烷储罐热响应模拟结果与试验结果进行对比。结果表明:模拟参数值与相同条件下试验参数值(内部介质温度、壁面温度,储罐内部压力)之间的相对偏差在15%以下;模拟参数值随时间的变化与试验值变化趋势基本相同,试验结果与模拟结果吻合较好。

VR-Forces计算机兵力生成程序分析与设计

计算机生成兵力程序的开发环境一般是基于外军环境与武器模型进行构建,为了适应具体的需求,用户必须进行仿真功能的自定义和扩展。以VR-Forces为计算机生成兵力开发环境,对VR-Forces程序结构、类层次结构、类工厂机制和API接口进行分析,利用VisualC++开发环境和VR-Forces提供的应用编程接口(Application Programming Interface),对VR-Forces提供的源程序重新进行编程与编译,建立一个自定义的、实现了功能扩展的计算机兵力生成程序,试验数据表明,新的仿真系统功能得到扩展,运行正确,具有较好的适用性。

全玻璃真空管太阳能热水器的季节性能

采用商业软件Fluent建立了全玻璃真空集太阳能热水器流场和温度场的计算模型,并引入使用者定义函数(UDF)分析了全玻璃真空管太阳能热水器四季的性能.考虑了太阳的日运动和季节性运动对太阳入射角和投射在真空管集热器上的太阳辐射量的影响.通过与实验对比,发现数值模拟结果与实验结果具有较好的拟合性.结果表明:水温夏季升高速率快,冬季速率慢,同时在春季、夏季和秋季,热水输出足以满足生活用热水的需求.该结果可作为继续研究设计冬季里产生较高温度热水的新系统的基础.

文丘里管内气固两相流离散相仿真模型优化

文章针对Fluent中气固两相流离散相模型(DPM)仿真,以文丘里管内流场为例,在结合气相流场分析与固相颗粒受力分析的基础上,提出DPM模型优化的4项措施,即从颗粒所受各个力的合理取舍、气相速度入口模型、颗粒曳力模型及颗粒碰壁关系4个方面进行优化,以提高通用模型对管道节流复杂流场问题仿真时的准确性。通用模型的优化通过调用Fluent相关宏并编制UDF程序实现。对文丘里管的工况进行仿真模拟,并与国家标准中的数据进行对比,结果验证了优化DPM模型的准确性明显优于通用DPM模型。模型优化的方法对于其他类似的复杂流场工况具有通用性,具有工程实用价值。

基于水击防护的球阀关闭规律研究

针对舰船纵倾均衡调水系统中球阀关闭时水击严重的问题,设计搭建了包含电液球阀和数字步进球阀的实验系统。通过CFD关阀水击计算与实验研究相结合的方法,重点分析单线性、多种两阶段线性关阀规律对系统水击特性的影响。结果表明:相比单线性关阀,先快后慢的两阶段线性关阀能有效缓解阀门完全关闭后的压力振荡,但当快关阶段角度太大时反而导致关阀过程中的水击压强升高;同时当快关阶段角度较小时,则水击防护效果不佳;就该研究而言,以快慢速比1. 6且快关角度在45%时水击防护效果较好。

基于用户定义函数的财务接口研究与实现

财务信息作为企业内部的重要资源 ,在企业经营决策以及战略性决策过程中起着不可替代的重要作用。针对目前企业ERP软件与财务软件共存但缺乏数据共享的现象 ,在分析它们之间区别的基础上 ,采用用户定义函数 (UDF)的方法提供财务凭证接口 ,实现了两个软件之间的数据共享问题。

高层建筑周围定常风场的数值模拟

通过对高层建筑周围定常风场的数值模拟与原型试验结果的比较,分析了在进行数值模拟时,入口边界条件和湍流模型等因素对计算结果的影响。模拟结果表明,入口边界条件和湍流模型均对模拟结果具有较大影响。其中,入口边界条件中速度分布对计算结果的影响大于湍流强度分布对计算结果的影响,而RNGk-ε湍流模型的计算精度优于标准k-ε湍流模型。

融合CFD与PI控制的船舶柴油机SCR脱硝系统设计与分析

选择性催化还原技术对氮氧化物脱除具有显著效果,是当前广泛使用的脱硝处理技术。文章从介观角度出发,采用CFD方法建立船用SCR脱硝系统的物理模型,分析SCR脱硝系统的反应机理,并通过用户自定义函数将PI控制算法融合进介观系统模型中,摒弃传统控制模型中的均匀分布假设,实现介观尺度上的非均匀喷氨控制。仿真测试结果表明:船用SCR脱硝系统的气体分布呈现严重非均匀性;融合介观尺度上PI控制算法后,不仅可改善系统的非均匀性,还可提高系统的整体脱硝率,降低系统的氨逃逸量。研究结果可为宏观控制与介观机理建模的融合提供新的研究思路。

基于小扰动理论的低频脉冲压力波在井筒内传播规律分析

脉冲压力可以提高驱油效果,为了研究低频脉冲压力波在注入井筒中的传播衰减规律及影响因素。基于线性小扰动理论,建立脉冲压力波动在井筒中传播的数学模型,通过数学模型找到影响低频脉冲驱油的关键因素,用FLUENT的UDF(user define function)接口模拟脉冲压力波在井筒中传播的过程,采用因素分析方法进行岩心实验,结合低频脉冲器-井筒-地层的一体化实验验证方法。结果表明:频率为0.03~0.04 Hz,波长45~60 m,振幅为0.8 MPa为适合井筒和地层的最佳驱油参数。

扑翼非定常运动对平尾影响及俯仰力矩特性研究

为了研究微型扑翼飞行器尾流对其平尾设计、飞行器稳定性以及飞行控制的影响,选取微型扑翼飞行器ASN-211为原模型,采用将其简化为二维的前后串列翼模型进行具体计算和分析。首先以Fluent动网格技术为背景,在用户自定义函数控制扑翼的非定常运动条件下进行不可压、非定常二维流动的计算,并研究在扑翼非定常运动条件下的模型的俯仰力矩特性。然后通过计算不同来流攻角、扑翼扑动频率、扑翼与平尾间距以及不同力矩中心下扑翼、平尾及总的力矩系数,讨论各个参数对力矩特性的影响。最后得出不同的扑翼扑动频率以及扑翼与平尾间距将会对平尾与扑翼的俯仰力矩间的相位差产生影响,所得结论为扑翼飞机的重心布置设计提供参考。

利用动网格技术模拟动脉粥样硬化发展过程

目的通过在FLUENT计算流体动力学分析软件中调用自主开发的用户自定义函数(user defined function,UDF)动网格程序,实现网格节点根据壁面切应力(wall shear stress,WSS)判据进行移动更新,并将此方法应用于模拟动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)的发展过程中。方法二次开发的UDF程序能够在计算过程中提取壁面各节点处WSS结果,若满足阈值判据条件则进行移动调整。采用弹性光顺与局部重构相结合的网格再生方法调控网格模型的更新,保证变形过程中的网格质量。结果 UDF程序成功提取出WSS并调整网格进行相应变形。初始狭窄造成的尾部涡流导致血管壁出现近端局部扩张,远端再狭窄的形貌特征,临床血管造影存在相似形貌。结论自主开发的UDF程序达到了预期效果,勾勒出了WSS影响下AS的形貌特征。在今后研究中可以考虑在动网格的变形控制方面添加更多影响因素,为AS临床预后及风险评测提供数值依据。

风力机叶片结冰水滴收集系数计算

针对风力机叶片结冰问题,采用欧拉两相流模型和FLUENT用户自定义函数(user defined function,UDF)计算NACA64618翼型/叶片的水滴收集系数。结果表明:水滴主要撞击在翼型前缘小范围内。随着攻角增大,水滴撞击极限往翼型压力面移动。受三维效应的影响,叶尖区域水滴收集系数急剧减小,减小量最大可达59.6%。

基于Fluent的混凝土面板堆石坝渗流的数值模拟

针对修建在深覆盖层地基上的大坝的渗流控制问题,利用Fluent中的User-Defined Function(UDF)模块进行二次开发,通过C语言编写,加载到Fluent以及多孔介质模型的应用中,采用有限体积法进行基于Fluent的大坝渗流的数值模拟。通过对不透水地基上的均质坝渗流和有压地基渗流的模拟,验证了渗流模拟与试验相比具有相当高的吻合度,其中均质坝渗流模拟中浸润线求解的相对误差最大不超过1.19%;有压地基渗流模拟中流速相对误差在5%之内;渗流量和渗透压力相对误差均在1%上下。相较而言,UDF法模拟结果更加精确,说明UDF法具有更高的理论精度。应用UDF法对某水库混凝土面板堆石坝进行渗流模拟,得出了浸润面与流线图、水头分布等值线图,得到了很好的模拟结果。

基于Fluent计算的火箭离轨姿态运动仿真与分析

在航天器姿态运动分析中常遇到液体的流动、晃动及流/固耦合等问题,针对这类问题建立精确的数学模型是很困难的,通常需要利用数值计算和仿真手段进行分析。利用用户互动功能(UDF),引入自定义的变量源函数,应用Fluent对运载火箭离轨姿态控制进行剩余燃料的流场数据分析。通过在流体运动方程中加入相关的牵连运动,得到在轨运行状态下贮箱内剩余液体的运动参数和对贮箱的干扰力矩,为运载火箭系统的姿态运动分析和仿真提供运算参数,使得流场的变化与运载火箭的姿态运动相关联,分析各个时刻流场运动状态对箭体姿态的影响。