基于群体平衡原理的双流体模型在液氮流动沸腾数值计算中的应用

将双流体模型与群体平衡原理耦合为一套新的双流体模型,并建立适当的封闭方程及边界条件,该模型以传统双流体为基础,纳入了群体平衡原理及MUSIG模型,并考虑了碰撞、聚合、相变等因素对汽泡直径及数量密度的影响.通过结合适当的封闭方程及边界条件,该模型能够在更广的范围内对两相流参数的多维分布和变化进行有效预测,为液氮流动沸腾的数值模拟提供了必要的理论基础.     

基于相群平衡模型的舰船气泡尾流数值模拟

为了获得舰船气泡尾流中的气泡尺度分布规律,首先采用欧拉双流体模型（Euler Two Fluid Model）中的单一气泡模型对集装箱船模型KCS（KRISO Container Ship）进行了数值模拟.然后将气泡分组,进行基于相群平衡模型（Population Balance Model）的数值模拟.获得的气泡数密度和体积分率等气泡分布特征后,通过对索特平均直径的分析,探讨了初始平均气泡直径的选取和气泡尺寸分组等因素对气泡尾流的影响.结果表明：大气泡将聚集在船体表面;自由面则以小气泡为主.ETF模拟可以作为PBM计算的初值.当初始化的均一气泡直径取值越接近索特平均直径,PBM计算越容易收敛.     

非均相流模型在气液两相流动计算中的应用及评价

为评价非均相流模型在气液两相流动计算中的应用,分别采用均相与非均相多相流模型,对方腔通气和平板通气模型的气液两相流动进行了数值计算,并与实验结果进行了对比. 结果表明:相比均相流模型,非均相流模型能较准确计算气相的受力,预测气相的非定常流动过程,所得结果能较精确捕捉方腔中气泡束的周期性摆动和平板上方气泡的周期性断裂、上漂现象;非均相流模型能较好地预测速度场分布,同时能更好地预测压力场的非定常性变化.      

两种空化模型计算二维水翼空化流动研究

采用混合多相流模型和空化模型对攻角为6.5°的NACA66型二维水翼的空化流动进行数值研究.使用Singhal全空化模型(FCM)和Zwart-Gerber-Belamri(Z-G-B)空化模型,以实验数据为基准,对这两种空化模型得到的翼型表面压力分布系数和升、阻力系数以及流场结构进行了比较和分析,结果表明:FCM中,不凝结气体质量分数对计算结果影响较大,空化区长度随着不凝结气体质量分数的减小而变小;Z-G-B空化模型中,蒸发系数和凝结系数对结果有较大影响.总体说来,通过选取合理的经验系数,两种空化模型都给出了令人满意的空化流动结果.     

欧拉两相流法在翼型积冰中的应用

应用欧拉两相流理论对各种结冰气象条件下翼型积冰进行了数值模拟,采用格心型有限体积方法求解N-S方程来获得翼型的流场.对4°攻角下NACA0012翼型前缘的霜冰,明冰,混合冰进行了预测,最后将计算的结果和文献中实验数据进行对比,结果吻合良好,说明该方法是有效的.同时对积冰翼型的气动特性进行了分析,并比较了不同冰形对升、阻力的影响,计算结果显示明冰对气动特性的破坏最大.     

SST K-ω湍流模型在细长弹体可压缩分离流中的改进

研究飞机和导弹的细长体可压缩湍流分离流问题,对SST K-ω湍流模型进行了改进。数值模拟了马赫数2.5和0.7、攻角14o下细长旋成体的湍流分离流场,给出了原SST K-ω模型和改进的SST K-ω湍流模型的细长体背风面极限流线、分离涡的强度和位置、物面压力分布的计算结果,并与实验结果进行了对比研究。结果表明,对计算细长体可压缩分离流动的绕流特性,SST K-ω模型引入的Bradshaw数(雷诺切应力与湍动能之比)应由0.31修正为10/29,修正后的SST K-ω模型与原SST K-ω模型相比,所计算的分离涡的强度和位置、物面压强分布与实验结果更接近。     

系列模型在地下水允许开采量计算评价中的应用

通过对河北平原地质、水文地质条件的充分分析研究,利用连续10 a的开采和动态资料,采用有限单元法和线性规划建立了符合客观实际的深层水水文地质概念模型、水量模型、预报模型及水资源管理模型,并优选出合理水位降深条件下的深层水允许开采量。在2001—2030年30 a优化期内,确定了京津以南平原采用年水位降深为零、冀东平原采用年水位降深为0.5 m时深层地下水允许开采量是可行的。     

四种常用湍流模型在二维后向台阶流数值模拟上的性能比较

利用Fluent软件的四种常用湍流模型（k-ε湍流模型、RNGk-ε湍流模型、Realizablek-ε湍流模型、以及k-ω湍流模型）对雷诺数（Re）处于200到6500之间的二维后向台阶流的性能进行比较分析。得到了各种模型下具有不同雷诺数的瞬时平均流场和时均流场的分布特征,得到了回流区长度和涡心位置与Re的关系,并与齐鄂荣等人所作的实验结果进行了对比分析。     

切面积法在致密气藏多段压裂水平井中的应用

基于数值模拟软件,建立了致密气藏多段压裂水平井模型,将切面积法应用到多段压裂水平井泄流面积的研究,并对相关影响参数作了敏感性分析。结果表明:渗透率对泄流面积的影响最为敏感,其次影响较大的有生产压差、裂缝半长、裂缝条数,而裂缝传导率、油藏厚度、孔隙度以及岩石压缩系数等对泄流面积影响微弱。根据以上结论对东北某致密砂岩气藏区块压裂水平井参数作了优化设计,获得了较好的效果。     

多层免疫模型的研究及其在TE过程中的应用

随着工业生产过程的不断复杂化,过程中各个变量间的关联性也越来越复杂,所以根据过程中的监控数据识别故障并判定故障所在位置对维持工业生产的高效运行有着重要的意义.针对复杂工业过程设计了多层免疫模型,在基本免疫算法的基础上设计了网络层进行特征判断,并在自适应层中完成免疫信息的更新,并将更新的信息反馈给固有层进行故障识别.仿真实验在算法进行性能测试的基础上,将该方法应用于化工生产过程的TE模型中进行故障的识别,取得了较好的效果.     

垂直上升圆管内等温气泡流动的总体平衡建模

对等温条件下垂直上升管内气泡的总体平衡(population balance)建模,提出了一种平均气泡数密度(ABND)方法.通过将平均气泡数密度传递方程引入到商业计算流体力学(CFD)软件ANSYS CFX10中来体现气泡的总体平衡.对湍流驱动下气泡自由碰撞以及湍流涡旋携带下撞击引起的气泡聚并和破裂效应采用Hibiki和Ishii提出的气泡聚并和破裂模型.对气泡流动中的基本变量:局部气含率和液体速度沿径向的分布进行了预测,并与Liu和Bankoff的实验数据进行了对比.预测结果和实测数据之间具有很好的一致性,证明了平均气泡数密度方法对气泡流动建模的适用性.     

泡状流相分布及湍流结构的欧拉-拉格朗日双向耦合数值研究

使用欧拉-拉格朗日双向耦合数值模拟方法对泡状流的相分布及气泡对液相湍流产生的影响做了详细的调查.液相的速度场采用直接数值模拟方法求解,气泡的运动轨迹由牛顿运动方程计算.相间的耦合是把相间作用力作为液相动量方程的源相来实现的,所考虑的相间作用力有阻力、剪切升力、惯性力等.研究表明:阻力、浮力、剪切升力和虚拟质量力对气泡的运动具有重要影响,大量的气泡在剪切升力的作用下聚集在壁面附近;与单液体相相比,气泡的加入使液相的平均速度、湍流强度和雷诺应力均有一定幅度的降低,而且气泡的加入修改了阻力系数公式.     

微气泡减阻的数值模拟方法及尺寸效应

分别采用混合物模型、欧拉双流体模型和相群平衡模型对底部通气的二维平板微气泡减阻效果进行了模拟分析,探讨了气泡直径、喷气速度对微气泡减阻率的影响,并对其尺度效应进行研究.结果表明:减小气泡直径可以增加微气泡减阻率;在一定的范围内,减阻率随着喷气速度的增加而增大,但喷气速度过小或过大都将影响减阻效果;相群平衡模型比其他2种模型的数值模拟结果更接近于试验结果;由于物体尺寸增加所致的雷诺数增大在一定程度上会降低微气泡减阻率.     

方法对于大粘度差两相流的模拟

为了模拟具有大粘度差的两相流,对Boltzmann(LB)方法中的伪势多组分模型进行了改进.伪势模型将粒子作用力转化为速度形式,再将其引入离散的LB方程.改进模型把力的添加形式变为将力离散处理后,引入离散的LB方程中,以此提高数值计算的稳定性.该模型能够比原伪势模型得到更小的虚假速度和更大的粘度差.通过对沥青-水的大粘度差两相流体和粘性指进现象的模拟,验证了改进模型的正确性和有效性.该模型具有较好的适用性,它能模拟的两相流体最大粘度差可达到4 510倍.     

耗散粒子动力学在流动数值模拟中的应用

对耗散粒子动力学方法在流动问题中的应用进行了理论及数值研究，给出了耗散流体粒子运动的控制方程组、边界条件、数值方法及随机数据统计方法等．提出用固壁粒子层结合流体粒子反弹运动的方法来处理固壁边界有滑移流动边界条件，有效地消除了目前耗散粒子动力学及分子动力学模型在固壁附近的粒子密度波动问题．利用该方法编程计算了2类流动问题：方腔驱动流动与泊肃叶流动，计算结果与现有的理论及数值结果比较吻合，验证了所采用的数学模型、计算方法在流动数值模拟中的可行性及潜在优势．     

支板对大子午扩张涡轮流动损失的影响

大子午扩张涡轮的端壁流动损失较大,采用前掠宽弦叶型能够大大降低端壁的流动损失,但对支板的气动设计带来了较大难度。通过采用新的支板与导向器位置布局对支板进行设计,对不带支板的前掠宽弦涡轮导向器和带支板的前掠宽弦涡轮导向器进行流动和损失对比分析。探讨了支板对采用前掠宽弦叶型的大子午扩张涡轮导向器流动损失的影响。研究表明:支板的加入只对支板两侧流道产生影响,损失的差异主要集中在支板吸力侧流道的支板吸力面和支板压力侧流道的叶片吸力面区域。且因径向压力梯度,涡系的径向运动剧烈。     

TVD有限体积法在喷流计算中的应用

该文根据ＷａｎｇＪ．Ｃ．Ｔ．的二阶ＴＶＤ有限体积法求解守恒型Ｅｕｌｅｒ方程，对原文中的数值格式进行了部分修改。计算网格单元是非均匀的任意四边形。文中计算了楔形风洞中的斜激波反射问题和无粘喷流近场流动结构问题。数值计算结果表明，该文方法具有激波分辨率高、计算稳定、伪振荡小等优点。同时该文方法可以处理任意复杂边界的二维及轴对称流动问题的计算，也可以将该文的有限体积法思想推广到三维具有复杂边界的流动的计     

挤扩支盘桩的数值模拟及变刚度调平应用

差异沉降是群桩复合地基研究中一个不容忽视的问题,往往使得结构产生不良内力.传统的解决方法是采用改变桩长、桩距、桩径等来实现地基的刚度调平.支盘桩是一种具有高承载力和低沉降量特性的新型桩,通过差分分析软件FLAC 3D对挤扩支盘桩、基础、土层共同作用进行模拟,并对挤扩支盘桩的参数进行敏感性分析,最终达到减少和消除差异沉降的目的,使结构布置更加合理.     

局部全息格式用于环扇形顶盖驱动流的数值模拟

针对旋流燃烧器数值模拟中回流区伪扩散问题，在极坐标系下提出局部全息格式（LHDS），并运用LHDS对环扇形空腔中顶盖驱动流进行了数值模拟研究，计算结果与文献吻合良好。同时结果表明，LHDS精度高于乘方格式和迎风格式，可以在较大速度范围内得到足够精度的计算结果。LHDS的计算程序比乘方格式简单，比迎风格式略微复杂，计算时间短于乘方格式，与迎风格式基本相当。