欧拉-拉格朗日系统的jet辛算法

研究了在欧拉-拉格朗日系统上的jet辛算法.证明了第二作者在1998年给出的一个离散的欧拉-拉格朗日(DEL)方程存在一个离散形式的几何结构,它沿着解是不变的,这个结构可以通过对离散的作用量函数求导得到.由此,可以给出此格式的jet辛性质.利用这个结构证明了与此DEL方程相关的离散Nother定理.最后,给出了一个欧拉-拉格朗日方程上的jet辛差分格式的数值算例,并与其它的差分格式进行了比较.     

基于MP-PIC模型的流化床煤气化过程三维数值模拟

本文以多相流质点网格模型(MP-PIC)为基础,采用欧拉-拉格朗日方法,建立了流化床煤气化过程的三维可压缩数理模型,该模型同时考虑了稠密气固流动,传热传质和相内、相间的化学反应。通过不同操作参数下模拟计算,获得反应器内的流型、气体组分分布、化学反应速率变化等规律。模型计算所得的出口气体组分与实验结果进行了比较,数值模拟与实验吻合。     

液固流化床流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,结合k-ε模型模拟液相湍流流动和颗粒动理学方法模拟颗粒流动,考虑流固相间作用曳力和虚拟质量力,建立两相流动模型方程和本构关系。模拟结果表明入口速度和曳力模型对液固流动都有一定的影响。选用不同的曳力模型,对模拟结果中固含率的径向分布影响较大,甚至改变了固含率径向分布趋势,同时分析了虚拟质量力对液体-颗粒流动分布的影响。     

湍动流化床内气固两相流动特性的数值模拟

采用欧拉-欧拉双流体模型,颗粒动理学方法模拟颗粒脉动流动和κ-ε双方程模型模拟气相湍流流动,考虑气固两相间耦合作用,数值模拟湍动流化床内气固两相流动行为,获得颗粒浓度和颗粒速度分布.计算结果表明湍动流化床呈现下部密相区、上部稀相区的颗粒分布特性.在密相区,沿床径向方向颗粒浓度在床中心处低、壁面逐渐增高;在稀相区颗粒浓度分布较均匀.沿轴向方向颗粒浓度呈底部浓度高、顶部浓度低的"S"型分布.     

突扩圆管内液-固两相流固体颗粒运动特性的DPM数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉一拉格朗日数值模拟方法(DPM),对水平突扩圆管中液固两相流固体颗粒的碰撞过程进行了数值计算.在模型中,对液相采用欧拉法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟.采用硬球模型描述颗粒间的碰撞作用.计算结果表明,该模型可以真实地模拟液固两相流中固体颗粒运动的动态变化过程以及颗粒的非均匀分布特征,从单颗粒层次上提供颗粒的运动信息,这有助于深入研究液固两相流中固体颗粒的运动规律.     

基于任意拉格朗日—欧拉型移动网格的反应流广义黎曼问题方法

提出一种在自由重映移动网格下的广义黎曼问题方法模拟反应流.该方法基于显式的自由重映移动网格广义黎曼问题的解.为保证在时间和空间上的高精度，应用广义黎曼问题方法构造数值通量.为保证反应区的高分辨率，采用变分法生成自适应移动网格.该方法不仅能够保证网格质量，而且能有效地避免任意拉格朗日—欧拉方法中由于显式重映过程而带来的数值误差.包括CJ爆轰及不稳定爆轰的数值实验说明该格式的精确性和鲁棒性，证明这种移动网格下的二阶广义黎曼问题方法可以较好地捕捉反应流的间断与光滑结构.     

加压喷动流化床煤部分气化数值模型

本文建立了一个加压喷动流化床煤部分气化的数学模型,根据流场对喷动流化床进行了分区,在喷动区采用类似气力输送流动模型,在周边环行区采用流化床模型。模型中考虑了设备几何特性、运行工况和煤质对煤气化的影响,特别是研究了在喷动流化床中蒸汽、空气与煤之间的比例关系以及系统压力对煤气化的影响。模型计算结果表明,系统压力提高可显著提高煤气化速率,空煤比和汽煤比增加也可提高煤气化速率,但煤气热值降低。     

热对流条件下固液密度比对颗粒沉降运动影响的直接数值模拟

本文应用任意拉格朗日-欧拉(ALE)算法对固液两相流流场中考虑热对流的非等温颗粒在竖直通道中的沉降运动进行了数值模拟.在牛顿流体中通过积分黏性应力和压力获得颗粒的受力跟踪颗粒运动,使用有限元方法数值求解流场的N-S方程和能量方程,模型不需经验假设.通过模拟来研究颗粒沉降的运动规律和热对流下固液密度比对固液两相流的影响作用.结果表明随着固液密度比的增加,颗粒经历了稳定沉降、周期性摆动,不规则摆动等过程;热对流使颗粒的摆动幅度和沉降速度发生变化;热对流对颗粒的影响作用随着固液密度比的增加而减小.     

流化床生物质气化过程的三维数值模拟

建立生物质鼓泡流化床气化过程的动力学三维数理模型,气相采用k-ε湍流模型,固相采用基于颗粒动理学理论封闭模型,并自编化学反应子模型。研究了气化炉内固相体积分数、各相的速度以及气化产物的组分的分布,并预测了水蒸气与生物质质量比(S/B)对气化的影响。在鼓泡床的下段固相和气相的速度均呈现振荡变化,特别是在床高H=0.18 m处,由于物料的加入,两相速度在此附近有较大的振荡。在接近鼓泡床床层表面,固相的速度达到了最大。随S/B的增加CO、H_2的摩尔分数增加,CO_2、CH4的摩尔分数减少,在S/B=3.4时,各气体的摩尔分数趋于稳定。     

直接模拟中不同边界条件的实施及对沉降规律的影响

在牛顿流体中, 对颗粒在4种不同边界的垂直通道中的沉降运动进行了直接数值模拟. 计算结果表明:通过计算区域随颗粒运动而移动构建的无限长通道能准确模拟颗粒自由下落到稳定沉降的发展过程; 周期性边界条件由于流场变化, 对颗粒沉降产生了影响, 不能模拟颗粒的自由沉降过程; 底部封闭边界适合模拟封闭容器内颗粒与固壁的相互作用过程, 若颗粒达到稳定沉降, 也能模拟无限长通道内的沉降过程; 流化边界适合模拟流化床内气固两相流动. 计算结果有助于更好地理解和使用不同边界条件. 关键词： 直接数值模拟 边界条件 沉降 任意拉格朗日-欧拉方法     

风沙跃移中颗粒与多粒径床面碰撞的数值模拟

采用考虑颗粒碰撞的欧拉-拉格朗日数值模拟方法,对风沙跃移中颗粒冲击多粒径床面的碰撞过程进行了数值计算。在模型中,对气相采用欧拉方法建立控制方程,对离散颗粒采用拉格朗日方法模拟,颗粒间碰撞作用采用软球模型描述。计算结果表明该模型可以模拟风沙运动中颗粒冲击多粒径床面的动态运动过程。而且在多粒径非均匀床面上的颗粒起跳具有较大的随机性。这有助于进一步揭示风沙运动中颗粒碰撞起跳机理。     

碎片云问题的三维欧拉数值模拟

针对材料超高速碰撞产生碎片云问题进行了多介质弹塑性流体力学欧拉方法数值模拟,介绍了所采用的数学模型、材料模型及相应的计算方法,模拟了铝球超高速碰撞铝板和斜铜柱高速撞击铝板形成碎片云的实验现象。进行了不同碰撞速度下模拟的碎片云形状和实验结果比较,利用经验公式对数值模拟的板靶开孔尺寸进行了分析。数值结果与实验结果、经验公式结果比较,说明多介质弹塑性流体力学欧拉方法能够较好地模拟超高速碰撞产生的碎片云问题,验证了数值方法的有效性。     

温度对生物质热解过程中传热特性的影响

基于欧拉-拉格朗日方法,考虑热解过程中挥发分的析出和颗粒体积的变化,以上海市常见的绿化树种香樟树的树枝为实验材料,对固定床中生物质颗粒热解过程中温度对传热特性的影响进行了详细研究,利用开源软件OpenFOAM获得了反应器内不同热解阶段不同温度范围内颗粒数的分布,给出了不同温度下的有效传热系数及不同传热方式所占的比例.结果 表明:热解温度越高,有效传热系数降低,固体颗粒的平均比热容也逐渐降低;同时热解温度越高,辐射的换热量占比越大,而对流提供的热量占比则不断下降.     

金属圆筒内爆轰波对碰效应的欧拉数值模拟

运用基于Youngs技术的多介质欧拉方法及应用该方法研制的二维多介质弹塑性流体动力学欧拉程序meph2d对金属圆筒内爆轰波相互作用过程进行了数值模拟并获得成功，计算图像与实验照片吻合，计算结果与实验测量结果符合较好。说明采用多介质欧拉方法可以对此类爆轰波相互作用及爆轰驱动问题进行有效的数值模拟。     

自适应于流场变化的网格重构方法

提出九点网格重构方法,不仅生成的网格正交性和光滑性好,而且重构后的网格与物理问题解的空间分布相适应,实现了重构后的网格品质好.理论上证明了九点网格重构方法逼近椭圆型方程,并具有球对称性,数值试验表明,该方法具有很好的适应复杂区域的稳健性,在爆轰驱动或高速冲击ALE(Arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟中具有较高的应用价值.     

激光靶耦合问题的二阶精度重映算法研究

任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一。以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果。为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础。     

激光靶耦合问题的二阶精度重映算法研究

 任意拉格朗日欧拉方法被认为是解决2维流体力学大变形数值模拟的有效途径之一。以激光黑腔靶耦合问题为背景,结合质量流的物理意义,提出了一种二阶守恒物理量重映的算法,并利用1维激光靶耦合程序对方法及其可行性进行了考察,结合物理问题调整网格,用较少的网格得到了与较多网格拉氏计算同样的结果。为算法在2维LARED-H程序中的应用奠定了基础。     

循环流化床内颗粒团运动的数值模拟

本文引入聚合力来表征稠密气固两相流动中颗粒所受到的团聚效应,井将颗粒团视为床内的离散相,建立了颗粒团的碰撞、形成及破碎模型。用此模型对循环流化床的两相流动进行数值模拟,得到了较详细的床内流动特性。计算结果表明,用本文的模型和算法模拟工程意义上的循环流化床内的两相流动是可行的。