超声速气流中含灰气体点源流动特性

采用Lagrange方法，研究了超声速气流中含灰气体点源的流动特性，求得了对称轴附近激波层内的流动参数．计算数值模拟结果揭示了大惯性颗粒在激波层内沿着相互交叉的振荡轨迹运动，颗粒分布形成了高、低密度层交错出现的“多层结构”，而且粒子在轨迹包络线附近急剧聚集．     

三维矩形槽道中颗粒沉降的数值模拟

采用三维格子Boltzmann方法对矩形通道中的颗粒沉降进行了模拟研究．单颗粒沉降的模拟结果表明,颗粒最终的稳定沉降位置沿槽道中心线,不受颗粒初始位置和直径的影响．颗粒和壁面之间的两体相互效应可以用无因次沉降速度定量描述,无因次沉降速度的模拟结果和实验结果定量上吻合一致．模拟分析了双颗粒沉降的DKT（drafting, kissing and tumbling）过程,探讨了颗粒直径比以及壁面效应对DKT过程的影响．模拟发现当颗粒直径相同时,双颗粒的沉降过程为周期性的DKT过程,从而形成双螺旋形式的沉降轨迹,此螺旋沉降轨迹的频率和振幅受颗粒初始位置影响．从模拟结果中还得到颗粒群的最终稳定构型,并进行了构型对比分析．最后对包含49个颗粒的颗粒群沉降行为进行了模拟,说明多体相互作用在对称性的情况下可以简化．     

针对蒸发弯月面附近微颗粒运动的数值模拟

蒸发弯月面附近存在复杂的流动结构.该文建立数值模型以精确模拟蒸发弯月面附近的传热传质过程并描绘液体中微小颗粒的运动轨迹.一方面,将弯月面上的蒸发、气相中的蒸汽扩散以及蒸发导致的界面冷却效果耦合求解.同时利用离散元方法(DEM)对颗粒在流体中的运动及其对流场的反作用进行耦合求解.通过与实验对比,该计算方法能够准确地描述弯月面附近的微颗粒运动轨迹.     

细菌堆浸中流动反应传热耦合过程数值模拟分析

针对辉铜矿微生物浸出过程进行数学建模,利用ComsolMultiphysics软件对浸堆中热量传递、氧气流动、目的金属离子分布以及氧化转化率等进行数值模拟分析．结果表明:沿堆体斜坡边界处氧的浓度较大,而在堆的中央部分,氧气的浓度非常小,导致这部分区域浸出反应缓慢;沿浸堆边坡处的温度偏低,温度最高的部分在底部区域附近靠近边坡位置处,且温度升高值超过6℃;矿堆底部靠近边坡区域目的金属离子浓度最高;靠近底部和斜坡部分,浸出反应速率快、氧化转化率高．矿堆的其余部分,因氧浓度低,导致浸出反应速率缓慢、氧化转化率低．     

气固两相流和气液两相流的掺混问题

在工业生产中气固两相流和气液两相流的掺混是一个常见问题.在这个掺混流动过程中,颗粒团将形成,且在颗粒碰撞聚结效应和分裂效应相平衡时,颗粒团将具有稳定半径.本文引入了颗粒团线尺度数密度分布函数n(a,,t),从分子运动论的观点出发,导出了颗粒团线尺度数密度分布函数的控制方程.最后,在气相流速非常缓慢的情况下,得到了颗粒团平均稳定半径的表达式.     

低Reynold数圆柱尾流中混沌运动研究

本文以混沌的观点研究流体湍流.在Reynold数为63—179的范围内,在低湍流度水洞中,在圆柱体尾流中测量速度脉动,获得关联维数、相空间轨迹、谱分布等有用数据,并做了流场显示.实验结果表明,该种开放型流动的早期转捩过程中,存在混沌现象.这有助于进一步认识开放型流动中湍流发生的机制.     

汽车罐车横向运动液体晃动动力学特性模拟

针对部分充液罐车横向运动时罐体内液体的晃动问题,基于多相流模型,运用VOF法对罐车在高速转弯或紧急避让时罐内液体的晃动动力学特性进行了数值模拟.分析了罐车防波板数量、结构以及充液比、侧向加速度等因素对液体晃动动力学特性的影响.模拟结果表明:防波板横向布置可显著降低罐内液体对罐壁的侧向冲击力,且布置一块较大面积的防波板即可达到较好的防波效果;随着充液比的增大,液体横向晃动减小,并能快速趋于平稳;随着罐车侧向加速度的增大,液体横向晃动增大,进而影响车辆侧向稳定性.     

场馆人员疏散的元胞自动机模拟

在人口密集场所(馆)观众席位区及疏散通道分布模拟图的基础上,应用数据库技术结合元胞自动机模拟了场馆中人员的疏散情况,并针对场馆发生突发事件后,在疏散过程中某个出口堵塞的情形进行了模拟,模拟结果可以记录人员疏散的轨迹,为突发事件发生后人员疏散应急方案提供参考.     

小攻角高超声速钝锥边界层中不同扰动对转捩的影响

为了研究上游不同扰动对转捩位置的影响,针对来流Ma=6,攻角1°,半锥角5°的钝锥边界层的转捩进行了数值模拟．首先研究了边界层中小扰动的演化,与流动稳定性理论进行了对比,结果表明:在所考虑的流场中,流动稳定性线性理论可以对扰动的增长率做出一个较好的预测．在此基础上,研究了不同扰动对转捩位置的影响．计算给出了在两种不同频率分布的扰动情况下,转捩位置沿周向的分布．结果表明,转捩位置沿周向分布与入口扰动的幅值和频率有关．某子午面的转捩位置由该处的最不稳定波在入口的幅值决定．根据大多数风洞中背景扰动的特性,解释了小攻角圆锥转捩实验中背风面先转捩,迎风面后转捩的现象．同时,还解释了在背风面附近转捩位置“凹陷”的现象．     

基于Euler-Lagrange模型的电弧风洞喷管两相流模拟

电弧风洞设备中试验气体采用电弧加热,电极烧蚀产生部分微小金属颗粒进入喷管内部进而形成气粒两相流,由此对喷管流场特性和试验段模型上热载荷等的影响值得关注.通过改进时间步长提高了颗粒跟踪算法的计算效率,并基于动量守恒和能量守恒定律耦合喷管内部气相和颗粒相的流动,采用Euler-Lagrange模型建立了一定简化条件下喷管内部气粒两相流动的数值模拟方法,并对典型算例进行了模拟分析.研究表明在相同的颗粒质量分数条件下,颗粒越小,喷管出口区域的流场越均匀.如果颗粒相质量分数较小,喷管出口位置两相流场和纯气相流场差异不明显.该研究工作为深入研究电弧风洞内部两相流场特性奠定了基础.     

管输条件下球形胶凝原油颗粒融化特性研究

研究管输条件下胶凝原油颗粒的融化特性对原油集输及停输再启动等具有重要的意义,基于宽相变区,采用数值分析方法研究了球形胶凝原油颗粒在管道中的融化特性.利用Fluent软件,模拟分析了油水温差为40、50、60°、水流速度为0.1、0.2、0.3m/s、半径为5、10、15mm胶凝原油的温度场及液相云图,得到不同初始条件下球形胶凝原油的总融化时间及温度变化曲线.结果表明:受导热机制作用,原油为同心融化;原油中心附近三个监测点的融化过程分为五个阶段,且相变前后换热速率发生显著变化;颗粒半径每增加5mm原油融化时间增加的幅度升高、油水温差每增加10°原油融化时间减少的幅度降低、水流速度每增加0.1m/s原油融化时间减少的幅度升高.     

漩涡合并过程中颗粒运动的数值模拟

漩涡合并不仅影响着流场的演化,还制约着颗粒相的运动．基于涡团分裂合并机制,以一种改进的涡核扩散方法(CCSVM)计算了二相流中的漩涡合并与演化,在此基础上采用单颗粒轨道模型计算、分析了漩涡合并过程中的颗粒运动轨迹．研究结果表明:漩涡合并过程中的颗粒轨迹是一条螺旋线,并且保持与漩涡相同的旋转方向,合并后的漩涡中心即为达到稳定状态后的环状颗粒群中心;合并时间与环量初始值、漩涡半径与涡心距比值的初始值有关;特定条件下,颗粒群中会生成一条拉伸的尾迹,尾迹的产生与黏度系数、颗粒与漩涡的相对位置、合并漩涡环量的不对称性有关．     

扩展裂纹尖端弹塑性场的仿真模拟

通过对紧凑拉伸试样裂纹扩展实验的有限元仿真模拟以及对中心裂纹试样和三点弯曲试样的精细有限元计算和分析,证实了稳态扩展裂纹尖端附近环形区内应力场三参数J-k₂-Q表征的有效性。研究结果进一步表明:在扩展裂纹尖端附近的环形区域内,因试样几何类型的不同,存在着不同类型的双参数主导区。对紧凑拉伸试样和弯曲裂纹试样,在裂关附近环形区内存在着J-k₂主导区;而对中心裂纹试样,在裂尖附近环形区内则存在着J-Q主导区。在一般情况下,应由J-k₂-Q三参数表征。     

钝体分离旋涡流动的区域分解、杂交数值模拟——Ⅰ.理论方法及其应用

为克服涡旋法不能精确预计物体附近小尺度流动结构的理论缺陷,减少高Reynolds数流动N-S方程差分解的困难,本文提出一种区域分解、杂交耦合N-S方程有限差分解及涡旋法的新的数值模型和理论方法.将流场分解为内外两区,在靠近物体表面、范围为O(R)的内区进行N-S方程有限差分解,外区作Lagrange-Euler涡旋法解,建立了分区流动的联结、耦合条件,给出了杂交耦合求解的数值计算方法.用本方法作了Re=10²,10³的圆柱绕流计算,考察了区域交界面位置变化时解的稳定性.与全场N-S方程解及实验结果的比较表明本文方法能精确预计流动分离及近场流动的详细结构,并可有效地计算流动的总体特性,且比全场N-S方程解显著节省机时和计算量.     

血液流动模拟方法对比分析

对现有主要血液流动模拟方法进行了对比研究.以单个直血管为研究对象,分别用牛顿单相流模型、非牛顿单相流模型、液固两相流剪切稀化模型、液固两相流颗粒动力学模型和血液两相流修正模型计算了血液流场,然后对比了五种模型模拟得到的血液动力学参数:血液流速、红细胞体积分数、流体粘度和壁面剪切应力.结果表明:血液组成和粘度方程的选择对血液速度场计算结果有明显影响;流体本构方程和升力公式对壁面剪切应力计算结果均有明显影响;液固两相流颗粒动力学模型计算得到的血液粘度远偏离正常的血液粘度,模型不适用于模拟稳态血液流动;血液两相流修正模型可以较准确模拟红细胞在血管内的径向分布及其影响.研究结果可为今后相关研究中血液模拟方法的选择提供指导.     

宾汉流体稠密两相湍流流动中的二阶矩模型

建立的Bingham流体稠密两相流动的二阶矩-颗粒动力论湍流模型（USM-theta模型）既体现了两相的作用,又体现了屈服应力所引起的附加项,并提出了USM-theta模型下考虑浓度修正值影响的两相湍流流动的算法．利用该模型对圆管内Bingham流体的单相湍流流动、稠密液固两相的湍流流动进行了计算,并和五方程湍流模型进行了比较,结果表明该模型的预测效果更好．利用USM-theta模型对含颗粒的Bingham流体的两相湍流流动进行了模拟,随着屈服应力的增加,Bingham流体相与颗粒相在管道中心附近的主流速度减小．液固两相湍流和Bingham流体两相湍流的计算结果表明屈服应力引起的附加项对流动有很重要的影响．     

Re=3900的圆柱绕流湍流模拟对比研究

重点采用DDES和CLES研究基于Reynolds(雷诺)数3 900的圆柱绕流.大量已有实验和数值研究结果表明:圆柱后缘流动结构和回流区长度与数值空间离散格式息息相关.基于此考虑,选用了一个优化格式并通过典型的简单湍流流动和强激波流动验证了格式对多尺度结构和激波的捕捉能力.然后,分别采用DDES和CLES对基于Reynolds数3 900的圆柱进行数值模拟.通过对比圆柱表面压力分布、圆柱表面平均速度型和圆柱尾迹区的时均脉动量,发现CLES相比于DDES与实验值吻合更好.从瞬时流场来看,DDES和CLES都能捕捉丰富的流场结构,此外,CLES在物面附近区域包含更多微小脉动.最后,尽管CLES对时均脉动捕捉好于DDES,但是程序实现更加复杂.     

基于TNT当量法的储罐内爆压力简化计算与应力分析

以立式拱顶储罐为研究对象,综合考虑储罐内气体容积与几何结构的影响:依据TNT当量法推导了内爆载荷下储罐超压计算公式并计算得到了储罐内不同起爆点下的超压分布曲线.当起爆点在储罐中轴线时,罐顶或罐底压力约为相反侧的6倍;当起爆点在靠近罐壁一侧时,靠近爆炸点一侧的罐顶或罐底压力约为相反侧的30倍.最后,通过储罐内爆载荷下的动力学仿真计算,对储罐在不同起爆点和不同液位的破坏情况进行了评定.有限元计算结果表明:储罐在操作过程中应控制其液位在半罐以上,可保证在任意起爆点位置罐顶均先与罐底发生破坏.     

Re=3900的圆柱绕流湍流模拟对比研究（英文）

重点采用DDES和CLES研究基于Reynolds(雷诺)数3 900的圆柱绕流.大量已有实验和数值研究结果表明:圆柱后缘流动结构和回流区长度与数值空间离散格式息息相关.基于此考虑,选用了一个优化格式并通过典型的简单湍流流动和强激波流动验证了格式对多尺度结构和激波的捕捉能力.然后,分别采用DDES和CLES对基于Reynolds数3 900的圆柱进行数值模拟.通过对比圆柱表面压力分布、圆柱表面平均速度型和圆柱尾迹区的时均脉动量,发现CLES相比于DDES与实验值吻合更好.从瞬时流场来看,DDES和CLES都能捕捉丰富的流场结构,此外,CLES在物面附近区域包含更多微小脉动.最后,尽管CLES对时均脉动捕捉好于DDES,但是程序实现更加复杂.     

球形纳米颗粒Brown凝并碰撞效率的新表达式

研究了邻苯二甲酸二辛酯纳米颗粒在Brown凝并过程中的碰撞效率．在考虑Stokes阻力、润滑力、van der Waals力和颗粒变形恢复力的情况下推导了一组碰撞方程,通过数值求解这组方程,得到了当颗粒半径从50 nm到500 nm变化时,颗粒碰撞效率和半径之间的关系,计算得到的结果和实验结果符合较好．计算结果表明,在颗粒半径为50 nm到500 nm的情况下,颗粒的碰撞效率随颗粒半径的增加而减小．基于计算结果,提出了颗粒碰撞效率的新表达式．