非预混燃烧模型模拟流化床生物质气化器中富氢气体的制备

对用流化床生物质气化器合成富氢气体,建立了基于非预混燃烧的模型对气化器中的生物质在空气-水蒸汽环境中的气化反应过程的模型,并采用流体力学软件 FLUENT 6.0对过程进行了模拟.通过模拟结果与实验结果的对比分析发现,水蒸汽与生物质的比、空氧比和生物质颗粒的粒径大小是决定产气中氢气含量的重要参数.同时,对气化器中氢气的分布进行了研究.     

SiC晶体PVT生长系统的流体力学模型及其有限元分析

本文根据SiC晶体PVT生长炉的实际提出了生长系统温度场计算的流体力学模型,采用有限元法分析了生长腔内的热传导、辐射和对流对生长腔内和生长晶体中温度空间分布的影响.通过对生长腔内及生长晶体中温度瞬态和稳态分布的分析,得出在加热的初始阶段腔内气体对流对坩埚内的温度分布有较大影响,在系统热平衡后辐射对腔内温度分布起决定作用的结论.     

考虑嵌入移动孔洞的多相材料布局优化

工程结构设计问题中经常需要预先嵌入一个或多个固定形状的孔洞以满足某些功能性或者制造性设计要求.为了有效求解这种带有嵌入可移动孔洞的多相材料连续体结构布局优化问题,通常需要同时优化这些嵌入孔洞的位置和方向及多相材料结构的拓扑构型,以改善结构的整体性能.为此,本文采用参数化的水平集函数描述嵌入孔洞的几何形状,并将定义多相材料结构拓扑的材料密度以及描述嵌入孔洞的位置和方向的几何参数视为所考虑优化问题的设计变量.为了避免由于孔洞移动造成的重新划分网格的繁琐及改善计算效率,使用平滑化的Heaviside函数将所有嵌入孔洞映射为固定网格上的密度场.同时,提出了一种在有限元水平上调用的类SIMP材料插值格式,用于优化问题的材料参数化,进而实现多相材料结构拓扑构型和嵌入孔洞位置和方向的同步优化.这种材料插值格式便于几何变量的解析灵敏度分析,使得当前的优化问题可以用基于梯度的优化算法求解.优化算例证明所提方法可以有效地处理带有多个嵌入孔洞的多相材料结构布局优化问题.      

氢冷凝实验设计与仿真分析

设计高效的氦制冷氢液化换热器需掌握氢的冷凝特性,为此,设计了氢热虹吸管实验装置,并利用Fluent对其性能进行了瞬态仿真验证。通过分析氢热虹吸管设计与仿真的影响因素,合理选择了冷源、充液率、倾角、结构材料和仿真数值模型。结果表明:仿真达到稳态时,冷凝热流密度达到了理论值,冷凝壁面上发生了层流膜状冷凝,验证了仿真模型的有效性和实验装置的性能,为实验提供了指导。     

控压钻井重力置换与溢流气侵判断准则分析

考虑重力置换的恒定性、气侵的可变性,提出了重力置换与溢流气侵的判断三准则,实现了计算机自动判断气体来源。借助计算机编程对准则求解,并将判断准则应用于某微流量控压钻井的溢流气侵和重力置换判断。结果表明:重力置换发生后,一定量的置换气体侵入环空,气体的侵入量主要受岩层渗透率、钻井液-岩层接触面积的影响,而溢流气侵发生后,气体的侵入量主要受地层欠压差影响;为达到衡压钻井目的,溢流气侵发生后不但要抑制气体滑脱产生的压降,更要平衡地层欠压差,而重力置换只需抑制气体滑脱产生的压降;溢流气侵发生后,环空中流体的流动先由0气流转换为混合流,经回压控制后,再由混合流转换为0气流,重力置换发生后,环空中流体的流动由0气流转换为混合流。     

一种基于黎曼解处理大密度比多相流SPH的改进算法

多相流界面存在密度、黏性等物理场间断,直接采用传统光滑粒子水动力学(smoothedparticle hydrodynamics,SPH)方法进行数值模拟,界面附近的压力和速度存在震荡.一套基于黎曼解能够处理大密度比的多相流SPH计算模型被提出,该模型利用黎曼解在处理接触间断问题方面的优势,将黎曼解引入到SPH多相流计算模型中,为了能够准确求解多相流体物理黏性、减小黎曼耗散,对黎曼形式的SPH动量方程进行了改进,又将Adami固壁边界与黎曼单侧问题相结合来施加多相流SPH固壁边界,同时模型中考虑了表面张力对小尺度异相界面的影响,该模型没有添加任何人工黏性、人工耗散和非物理人工处理技术,能够反应多相流真实物理黏性和物理演变状态.采用该模型首先对三种不同粒子间距离散下方形液滴震荡问题进行了数值模拟,验证了该模型在处理异相界面的正确性和模型本身的收敛性;后又通过对Rayleigh--Taylor不稳定、单气泡上浮、双气泡上浮问题进行了模拟计算,结果与文献对比吻合度高,异相界面捕捉清晰,结果表明,本文改进的多相流SPH模型能够稳定、有效的模拟大密度比和黏性比的多相流问题.      

理想磁流体力学中的相对论性Kelvin圈积分定理

探讨了理想磁流体力学中的相对论性Kelvin圈积分定理。相对论性Kelvin圈积分定理是指温度涡旋在圈积分下是一个守恒量。首先简略的回顾了相对论重离子碰撞中的理想磁流体力学相关结果。本文的核心是推导出理想磁流体力学中的相对论性Kelvin圈积分定理的表达形式。同时，也将已知的理想磁流体力学的解析解运用到该定理上。这一主要结果也可以运用到相对论重离子碰撞中磁流体力学的研究中。     

细通道内气液段塞流的流体力学数值模拟

为研究细通道内气液段塞流的流体力学性质,对细通道内空气和水两相段塞流进行了数值模拟。以直径为1.6 mm的错流T型管为模型,使用计算流体力学(CFD)研究了气液流速、液相粘度和表面张力以及入口结构对段塞形成的影响,确定了气塞长度与两相流率、液相粘度和表面张力有关。气塞长度随分散相流率和表面张力的增大而增大,随连续相流率增大而减小;液相粘度在低液速时对段塞长度有较大的影响;确定了段塞形成的挤压和剪切关联式。     

二维拉氏辐射流体力学人为解构造方法

人为构造解方法是复杂多物理过程耦合程序正确性验证的重要方法之一，适用于二维拉氏大变形网格的流体、辐射耦合人为解模型较为少见。针对拉氏辐射流体力学程序正确性验证的需要，从二维拉氏辐射流体力学方程组出发，基于坐标变换技术，给出了拉氏空间到欧氏空间的物理变量导数关系式，开展了辐射流体耦合的人为解构造方法研究，构造了一类质量方程无源项的二维人为解模型，并应用于非结构拉氏程序LAD2D辐射流体力学计算的正确性考核，为流体运动网格上的辐射扩散计算提供了一种有效手段。数值结果显示观测到的数值模拟收敛阶与理论分析一致。