离散统一气体动理学格式稳态辐射输运应用

工程应用中的介质热辐射问题是典型的多尺度问题. 基于Boltzmann输运方程建立的各类气体动理学格式, 在多尺度瞬态问题中得到了广泛应用. 为了克服显式求解方案中CFL条件等的限制, 文章通过气体动理学格式实现稳态辐射输运方程的直接求解. SDUGKS格式由离散统一气体动理学格式(discrete unified gas kinetic scheme, DUGKS)的核心思想发展而来, 应用于稳态问题计算. 将SDUGKS格式进一步拓展到多尺度的稳态热辐射输运计算. SDUGKS格式继承了DUGKS格式沿特征线离散实现的界面重构, 并通过隐式增量格式的单元更新实现对辐射强度的较正, 采用逐次迭代法将辐射强度渐近收敛到稳定值. 选用多组一维和二维不同尺度的辐射传热算例, 通过与特定的解析解以及其他数值方法结果对比, 检验了SDUGKS的计算精度和计算效率, 并论证了它在多尺度问题中的渐进保持性质.      

基于微分单元的圆柱内辐射导热耦合传热分析

本文充分利用微分单元法不涉及积分、较为稳定、易于实施的特点,进行圆柱坐标系下辐射与导热耦合传热分析.在求解过程中,将热辐射的空间和角度耦合成三维计算域求解,实现空间和角度的高阶离散.针对具有强对流特性的辐射传递方程,采用一种迎风格式可有效抑制数值振荡,实现稳定计算.由于辐射边界条件与导热和对流边界条件不同,它是具有方向性的单向边界条件,且在边界处会存在强烈的间断性和奇异点.为了有效抑制间断并处理奇异点,本文提出双层间断节点方案.通过与文献中圆柱坐标系下辐射与导热耦合传热算例进行对比分析,发现微分单元模型在空间和角度方向上均能实现高分辨率刻画,获得较好的计算精度.     

多因素耦合作用对甲烷爆炸特性的影响

为了探究多因素耦合作用对甲烷爆炸特性的影响，采用1.2 L圆柱形爆炸装置，结合自主设计和搭建的可燃气体爆炸试验平台，从最大爆炸压力的角度分析了不同当量比φ(0.6～1.4)、初始温度T₀ (25～200℃)和初始压力p₀(0.1～0.5 MPa)耦合条件对甲烷爆炸特性的影响规律。在此基础上，基于实验获得的最大爆炸压力数据，利用1stOpt构建了甲烷最大爆炸压力与当量比、初始温度和初始压力的非线性回归预测模型。结果表明：在初始温度和初始压力耦合作用下，初始压力越高，初始温度对最大爆炸压力的影响越大；初始温度越高，初始压力对最大爆炸压力的影响越小。在初始压力和当量比耦合作用下，在研究的实验条件范围内，当φ<0.9或φ>1.2时，初始压力越高，最大爆炸压力的变化越显著。在初始温度和当量比耦合作用下，在实验条件范围内，当φ>1.15时，初始温度越高，最大爆炸压力的变化越显著。此外，通过将基于1stOpt预测模型的预测结果与实验测试结果相比较，发现二者之间的相对误差均小于10%，表明该预测模型具有较高的精度和适应性。