非等温条件下土壤水入渗的数值分析

基于温度梯度对土壤水分运移规律的影响机理以及热运移理论，考虑了温度变化对土壤水分运动参数的影响，建立了土壤水热迁移耦合的数学模型，同时采用有限差分法对模型进行了数值求解。通过算例分析，结果表明温度对土壤水分入渗规律有显著的影响。     

耦合空间混响的时域有限差分法模拟

耦合空间与主厅的耦合能够影响主厅的声学特性．文中运用时域有限差分法，在低频范围内模拟了耦合窗面积的改变对主厅中不同位置的耦合常数和声能衰减的影响．发现在耦合空间体积与主厅体积比为1／3的条件下，当耦合窗面积与隔墙面积比小于10％时，耦合空间对主厅的声能衰减有较大影响；主厅的声能衰减曲线和耦合常数随开口的改变而逐渐发生变化；耦合空间对主厅各点音质的影响比较均匀．     

寒区隧道围岩水热耦合数值分析

寒区隧道土体中的水分迁移和相变是冻害问题的主要诱因.基于混合物理论,建立考虑水分迁移和水冰相变的联合求解微分方程对水热耦合问题进行求解,并使用 COMSOL Multi-physics 软件进行模块开发,实现渗流-温度耦合数值模拟,进而将模拟结果与土柱冻结实验的结果进行对比,证明水热耦合模型是正确的.最后以西藏自治区米林隧道为例,对温度场、水分场模拟分析并对是否考虑水分迁移的温度场进行对比.结果表明:随着时间的增加,隧道顶部边界气温由-0.82℃降低到-9℃,隧道内部边界温度由-0.74℃ 降低到-11.11℃,并在3月份隧道温度回升;含冰量峰值出现在1月份,在3月份含冰量开始下降.同时,未考虑水分迁移的温度场中热传导速度较快,证明相变潜热对隧道中温度场的分布影响远大于液态水靠重力迁移造成的热对流传热.研究成果直观反映富水寒区隧道的冻害发生过程,具有一定的参考价值.     

地表土层冻结过程中水分积聚对水盐迁移的影响

分析了土壤冻结过程中水分积聚的影响因素,探讨了水分积聚过程中水盐迁移的机理,指出冻结带水分积聚为冬春季林木越冬繁衍提供了水分,同时盐分也随水分迁移到地表。     

填埋气体迁移的滑逸耦合模型及数值模拟

考虑气体滑脱效应条件下,提出了填埋气体迁移过程中滑逸理论模型,并给出了模型的有限差分格式.采用所建立的数值模型对单井抽气状态下填埋气体逸出的动力学行为进行了数值分析.数值模拟结果表明滑脱效应对填埋气体的逸出过程有较大影响,并且随着抽气量和时间的增加,其差别愈加明显.因此,研究填埋气体逸出及开发决策时不能忽略滑脱效应,这对于气体资源化利用及环境预测评价具有重要的参考价值.     

箔片动压止推气体轴承流固耦合数值模拟

针对鼓泡弹性箔片动压止推气体轴承的结构,在假设内部流体为层流、沿气膜厚度方向压力不变、忽略流体体积力和惯性力的基础上,建立了可压缩性流体Reynolds方程;采用有限差分法,在考虑流场为等温过程的条件下,对Reynolds方程进行了数值求解,得出轴承内部的压力分布。充分考虑鼓泡结构在压力作用下的弯曲变形,采用双向流固耦合模型,分析了顶层箔片的变形与压力场之间的相互作用,结合薄板弯曲模型得出的轴承顶层箔片的变形和气膜间隙分布,分析了轴承数、箔片结构对轴承性能的影响。研究结果表明:支承结构位置不当会直接影响气膜压力的分布,造成承载能力下降;提高轴承数、增大进出口气膜间隙比和轴承内外径之比,可以提高轴承的承载性能;节距比为0.5时承载性能最佳。该结果可为鼓泡弹性箔片动压止推气体轴承的结构设计提供参考。     

雪层中水热耦合迁移模型的建立

建立了雪层中水、热耦合迁移模型，利用该模型分析了水、热、溶质交换的复杂的物理过程及雪层对土壤表面能量传输、水分迁移的影响，可用于预测冻融期积雪层的物理变化过程及雪层对土壤水热状况的影响。     

饱和含水冻土区埋地管道水热耦合数值模拟

通过对冻土区管道运行研究,提出针对管道安全运行的措施.采用有限容积法,得到多年冻土多孔介质水热耦合数学模型,地表面温度采用随年周期性变化条件,应用SIMPLER算法对模型进行数值求解.通过对无保温层和有相同厚度两种保温材质的管道在春季、夏季和冬季的土壤温度场进行数值模拟,显示在地表温度波动的条件下,热流密度随土壤温度波动呈现周期性变化.在长期运行管道中,无保温措施的管道周围冻土融化剧烈,管壁热流密度大且振幅波动大.使用厚度为40mm的两种保温材料中,40 mm聚氨酯保温效果较好.冻土区运行管道应加敷导热系数较小的保温材料,可极大降低融化深度,保护管道安全运行.     

气体动压径向轴承气膜压力分布数值模拟

以动压径向气体轴承为研究对象,采用有限差分法(FEM)离散求解非线性的、稳态的可压缩雷诺方程,用MATLAB软件编写了计算程序,用逐次超松弛迭代法(SOR)进行数值求解,得出空气轴承的气膜压力和气膜厚度分布。在此基础上,分别以气体轴承的半径间隙、工作转速、宽径比、偏心率等参数为影响因子,研究气体轴承的最大气膜压力随影响因子的变化关系。     

水-热-力耦合的单管冻结理论及其数值模拟

为研究考虑水-热-力耦合的人工冻结的环境效应,保证冻结施工安全,推导了水-热-力耦合的单管冻结理论公式,并将推导公式基于ANASYS软件进行了数值实现,对数值模拟成果进行了对比分析.结果表明:数值模拟冻结壁厚度达1.5 m,径向最大拉应力为0.39 MPa,最大压应力为0.2 MPa,与同条件下实际工程监测结果较为一致;冻结壁最大剪应力为0.36 MPa,最小剪应力为-0.27 MPa;冻胀最大位移达4.15 cm,比同条件下实际工程的监测结果大.数值模型验证了理论公式的有效性,相关结果可为类似工程参考.     

长春地区季节冻土水热迁移的分析与模拟

为了揭示季节性冻土中地下水的运移规律,在长春进行了为期5个月的现场冻深、含水量、地温观测,同时进行了室内试验研究,并建立模型分析水的运移规律。结果表明:导热系数随着温度的降低略有增大,但增率很小,当温度变化1℃,导热系数的变化在1%左右,所以计算中可忽略温度变化对导热系数的影响,并且需要加入一个过渡函数来防止数值模拟过程中的不收敛问题。改进后的数值模拟方法可以正确揭示冻土中水分迁移的规律,并进一步指导工程实践。     

土壤中水、热、盐耦合运移的数值模拟

分析了盐分在土壤中的动态迁移特征及其影响因素,综合运用多孔介质热、质传递理论,考虑温度效应对土壤湿分迁移的影响以及不动水体与盐分吸附或解吸作用,建立了全面描述土壤中水、热、盐耦合运移的数学模型并进行相应的数值研究,获得土壤中水、热、盐的动态迁移特性,探讨了土壤质地对盐分运移的影响,以期为土壤次生盐渍的防治提供有效的理论指导.模拟结果表明:盐分运移受土壤质地与结构的影响较大,并与土壤水分运移密切相关.     

三通道同心套管导热与对流耦合换热的数值模拟

采用整体求解法对常物性的冷、热流体在三通道同心套管中层流逆流流动时的导热与对流耦合传热问题，进行了数值模拟．结果表明，3个通道除各自的入口段局部努塞尔数Nu沿通道变化外，其后均为充分发展段，局部Nu保持不变，且通道内侧的换热比外侧好．固体与流体的导热系数之比λsf对耦合换热产生影响，耦合情况下的Nu比均匀热流边界条件下的Nu要小，随λsf的减小，固壁内的导热对Nu的影响加大．     

一维冻结土体冻胀量的水热力耦合计算

在分析冻胀形成原因的基础上，提出了一维条件下土体冻胀量计算的一种算法；该算法考虑了水分迁移、热传导和约束压力之间的耦合作用．根据实测数据进行计算所得结果与现场实测结果吻合较好．     

热湿耦合迁移对长江流域建筑能耗模拟的影响

以温度和相对湿度为驱动势建立了热湿耦合迁移模型(CHMT),采用有限差分法以加权隐式格式离散控制方程,用C++编制计算程序;采用自编程序与有限元模拟软件COMSOL Multiphysics进行求解,将计算结果与实验数据和HAMSTAD验证实例进行对比,验证了模型的准确性;以上海、武汉和重庆的建筑南立面挤塑式聚苯乙烯(XPS)外保温砖墙为例,分别计算墙体在供冷季和供暖季的逐时得热量,并以累计得热量为指标,分析热湿耦合迁移对能耗模拟的影响.结果表明:当不考虑热湿耦合迁移时,上海、武汉和重庆的墙体在供冷季累计得热分别被低估10.04%,8.69%和9.11%;在供暖季累计失热分别被低估6.34%,6.62%和6.3%,因此在计算长江流域建筑能耗时应考虑热湿耦合迁移的影响.     

汽车空调多元平行流冷凝器的数值模拟

介绍多元平行流冷凝器的结构类型特点和前人的试验及理论研究成果,利用有限元软件对冷凝器空气侧百叶窗翅片的耦合传热进行数值模拟计算,揭示空气侧百叶窗翅片内部的流场结构,研究迎面风速和翅片间距变化对多元平行流冷凝器传热和流动性能的影响. 结果表明,多元平行流冷凝器换热性能随迎面风速的变大先变好,后趋于恒定;在其它结构参数不变的情况下,较小的翅片间距可获得较好的换热性能. 同时,在进口制冷剂流量相同的情况下,对3组不同扁管伸入集流管深度H模型进行数值模拟,得到制冷剂在各模型下出口流量情况.     

蓄热体与换热时间的数值模拟分析

运用ANSYS中的Fluent模块功能,从流体初始速度、蓄热体结构数值以及换向周期等几个因素对其换热性能的影响进行了数值模拟,可得到蓄热室内部和面壁在蓄热和冷却期间的温度云图.结果表明:蓄热体换热过程中温度随时间变化的规律;运用数值分析的方法对蓄热室内部从初始状态到稳态工作过程进行了模拟,得到并分析了在工作运行中烟气和...     

金属有机化学气相沉积薄膜制备中传热传质的数值模拟

建立水平式GaAs的金属有机化学气相沉积(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)数学模型, 采用求解压力耦合方程的半隐式(SIMPLE)算法对反应气体流动进行二维数值模拟, 并基于边界层动量、热量与扩散传质的相关理论分析了薄膜制备过程中化学组分的输运, 以及反应前驱物与气相之间的传热过程. 计算所得的GaAs生长速率与实验结果吻合较好. 同时, 数值讨论了反应器进气流量、操作压力以及基底温度对GaAs生长速率的影响. 薄膜生长的速率峰值随入口气体速度的升高而有所增大, 但薄膜生长逐渐趋于不均匀性. 因此, 选取气流速度为0.104 m/s. 薄膜生长速率随着操作压力的增大而增大, 当压力为6 kPa时, GaAs生长速率较压力为2 kPa时提高了223%, 薄膜具有较好的生长速率和均匀性.基底温度对薄膜生长速率影响显著, 在1 050 K时薄膜有良好的生长速率和均匀性, GaAs生长速率比温度为950 K时提高了123%. 研究结果为优化MOCVD反应条件及其反应器的结构设计提供了理论依据.     

冻结过程中相变界面移动及传热的计算机模拟

对冻结体划分网格并对网可靠节点进行了热平衡分析。由此提出了扩展边界节点的概念，并使用有限差分法，对所得的差分方程组进行了计算机求解及模拟。从而得到了一种有效的对冻结过程中的相变界面移动及传热进行研究分析的方法。     

压力铸造充型过程流动与传热数值模拟的研究

为了解压力铸造的充型特点 ,基于有限差分法建立了液态金属充填型腔过程的流动及耦合传热计算的数学模型 ,使用 SOL A - VOF数值模拟技术开发了压铸充型过程流动与传热的数值模拟分析软件。分别用层流假设和 K- ε紊流模型对“弓”形型腔的充型过程的流场进行了模拟计算 ,并与压铸水模拟实验的高速摄像进行比较 ,结果表明 ,采用紊流模型能更精确地模拟压铸充型过程。最后使用所开发的模拟分析软件 ,对具有三维复杂形状的实际压铸件的充型过程的流场、温度场进行了模拟 ,并分析了充型过程中模具在型腔表面的温度变化规律 ,提出“瞬态层”的概念 ,大大缩小了计算区域 ,提高了计算效率