MPS -DEM 方法数值模拟超长管道固液混输流动

近些年来,深海矿产开发成为热点,其中涉及的固液混输问题逐渐引起学者的关注。如矿粒在海床上的输运,涉及水平管道的输运问题;矿粒从海床输运到海上浮式建筑物,涉及垂直管道的输运问题;矿粒在不同倾角管道内的输运,涉及倾斜管道的输运问题。对于该类问题,由于流体和固体之间的物理差异较大,对于固液两相往往采用不同的数值处理方法。本文使用MPS-DEM耦合方法模拟管道内的固液混输运动。用MPS方法模拟管道内流体的运动,用DEM方法追踪管道内颗粒的运动。在管道的进出口使用周期性边界条件,将多段管道之间进行拼接,从而实现了对超长管道内高雷诺数的颗粒输运现象的模拟。最后,分析管道颗粒和流场的速度及粒子分布等信息,分析流动特征。得到的结果会为超长管道内固液混输现象的研究提供一些借鉴意义及参考价值。     

薄层放电的磁流体力学旋转流动分析

磁流体力学旋转流问题中一般假设流体输运系数为常数。用磁流体力学方法处理电弧放电问题时,经常假设弧柱內外的输运系数分别为两个不同的常数,并取弧柱外介质的电导率为零。在气态裂变反应堆、核火箭及重元素的同位素分离器中,广泛采用交叉电磁场的方法产生等离子体的高速旋转流动。文献[8,9]研究了薄层放电的电磁驱动装置,用多对极实验得到一定的分离效果。可以认为,这类薄层放电的电流集中在     

稳定分层湍流中逆梯度输运的关联分析研究

本文采用关联分析方法研究了稳定温度分层湍流中的结构特性、输运特性,以及热量、动量逆梯度输运现象的尺度效应及其参数演化．首先采用大涡模拟方法对稳定分层湍流中的结构特性和输运特性进行了分析,将逆梯度输运发生的时间尺度作为已知条件,结合关联量分析方法在波数空间中的解析解,对逆梯度输运现象的尺度效应进行了分析研究．结果发现,稳定分层强度较大的流动中发生垂向热量及动量逆梯度输运现象,发生的结构尺度与关联分析所发现垂向热量、动量逆梯度输运的波数形成了呼应．随着分层强度增加,热量、动量的输运强度均受抑制,与逆梯度输运关联的流场结构尺度减小,同样的效应也发生在流场结构向下游演化的过程中．     

湍流逆梯度输运的理论与实验研究

湍流中存在的动量、标量的逆梯度输运是当前湍流研究中一个十分重要的方向,它具有深刻的理论意义和重要的实用背景．本文从实验、理论两方面综述了湍流逆梯度输运的研究成果,并指出了一些值得今后进一步研究的方向．     

含水层热量输运中自然热对流和水-岩热交换作用的研究

本文对含水层热量输运过程中存在的自然热对流和水-岩热交换作用进行了深入研究, 目的是为了弄清两种作用对热量输运的影响。首先针对普通水流方程和热量输运方程的局限性, 给出了能够描述这两种作用的新的数学方程, 并通过建立一个非线性三维含水层热量输运模型加以实现。然后利用上海第二承压含水层的群井储能试验资料, 根据不同的条件进行计算。计算结果与实测数据的对比分析表明, 自然热对流通常对含水层的热量输运有明显作用, 定量研究时不应忽略；水-岩热交换作用持续时间短, 对整个热量输运过程影响较小。     

FST方法分析二维Rayleigh-Bénard湍流热对流系统的能量输运

本文应用空间滤波方法：FST(Filter-space technique)方法,研究二维Rayleigh-Bénard(RB)湍流热对流系统中湍动能、热能和拟涡能的能量输运．研究中Rayleigh数(Ra)选取为1x10^8、1x10^9和1x10^10,Prandtl数(Pr)固定为4.38．我们展示了的结果表明,在二维RB系统中,三个Ra数下全场的平均湍动能和平均拟涡能在不同滤波尺度下的能量输运与Kraichnan在1967年预测的二维湍流中的级串理论有所偏差,而中心区域的能量都是向小尺度输运的．结果还揭示了瞬时能量输运的一些局部特性,包括它们在小尺度上不对称的分布．     

20MeV直线感应加速器束流输运系统设计

论述了20MeV直线感应加速器束流输运系统设计。从束流动力学的基本原理出发,通过对空间电荷效应、输运磁场波动、束流Corkscrew运动和BBU不稳定性等影响因素的分析,着重介绍了保持束高品质输运的关键技术和措施。针对强流束输运的特点,给出了输运磁场配置的一般原则,在文章的最后,概述了束流输运系统的总体布局,提出了计算机辅助设计的想法。     

河口混合与泥沙输运

根据振荡边界层理论和波流分解方法,导出了河口往复水流的流速垂向分布廓线,据此建立了河口垂向准二维水流、盐度、泥沙运动模型。对泥沙输运,完整地考虑了其对流、扩散、起动和沉降的动力学过程。模拟结果与实测资料进行了对比。应用该模型研究河口泥沙输运,分析了河口混合对泥沙输运的影响及最大浑浊带的时空变化规律。     

化学输运动力学过程的数学模型

本文从化学流体力学观点出发,对应用相当广泛的一类化学输运动力学过程进行了理论分析,建立了数学模型,求得了数学解.在此基础上,提出了化学输运动力学过程的等价单元系及生产作业序列的记忆效应等有实际意义的概念.     

THE DERIVATION OF REYNOLDS TRANSPORT EQUATION FOR ARBITRARY MOTION CONTROL VOLUME BASED ON THE DYNAMIC BOUNDARY CALCULUS

严格而言,流体力学中所有守恒定律均是针对物质体系的(或称流体系统),如质量、动量、动量矩和能量等守恒定律。如果跟随物质体系描述和表征流体质点系的运动行为,即为Lagrange描述方法;如果把物质体系的运动和守恒定律转换到空间坐标系中,即为人们常说的Euler描述方法。因此,对于具体考察(跟随的)的流体物质系统而言,各守恒定律存在由物质体系表征到空间体系表征的转换,这个转换关系就是著名的Reynolds输运方程。本文从动边界微积分关系式出发,系统推导了在不同运动速度控制体上的雷诺输运方程,并通过讨论进一步阐明各种不同形式输运方程的物理意义。     

热湍流研究的新十年:从聚焦传统到延伸拓展

热湍流(浮力驱动湍流)作为一种典型的湍流现象,广泛存在于自然界和工程应用中. Rayleigh-Bénard (RB)湍流是从众多自然现象中抽象出来研究热湍流的经典模型, RB湍流的典型特征是系统中存在大尺度环流和羽流等不同尺度的湍流结构,这些结构通过作用于边界层,影响RB湍流的输运效率.因此,明确不同尺度湍流结构的生成、演化和作用机理,对理解RB湍流的输运特性至关重要,也是通过控制湍流结构调控输运效率的科学基础.本文重点从湍流结构的时空演化规律、输运特性、湍流调控和热湍流在其他领域的拓展四个方面评述近十年来RB湍流研究所取得的新进展,并对今后的研究方向做出展望.     

基于动边界微积分关系再论任意运动控制体的雷诺输运方程推导

严格而言,流体力学中所有守恒定律均是针对物质体系的(或称流体系统),如质量、动量、动量矩和能量等守恒定律。如果跟随物质体系描述和表征流体质点系的运动行为,即为Lagrange描述方法;如果把物质体系的运动和守恒定律转换到空间坐标系中,即为人们常说的Euler描述方法。因此,对于具体考察(跟随的)的流体物质系统而言,各守恒定律存在由物质体系表征到空间体系表征的转换,这个转换关系就是著名的Reynolds输运方程。本文从动边界微积分关系式出发,系统推导了在不同运动速度控制体上的雷诺输运方程,并通过讨论进一步阐明各种不同形式输运方程的物理意义。     

海洋介质的物理化学流体力学(Ⅰ)

近来研究海洋污染物质(以下简称污物)的输运问题具有重大的科学意义和实际意义。在这方面的许多实际问题中,根据各种不同污物源的数据来估计污物在不同海洋中的分布状况,并对其未来状况作出预报,这些问题的重要性无需多说。另一类重要问题是,怎样以最佳方式向海洋排放污物。例如,要确定杂质源在不同定空间和时间的分布状况和可以允许的数量,在什么情况下以特定的输运过程      

湍流燃烧中的概率密度函数方法

用求解速度和化学热力学参数联合概率密度函数(pdf)输运方程的方法,计算湍流燃烧问题时,湍流输运和化学反应等过程可以精确计算,无须模拟。它还可以提供比统计矩模型方法更多的信息,因此是一个很有潜力的方法。本文给出了湍流燃烧概率密度函数的输运方程,扼要地介绍了目前应用较多的随机过程模型,以及求解概率密度函数方程的Monte Carlo算法。最后引用两个例子说明概率密度函数方法的优越性。      

泥沙输运模拟综述——现状及其发展趋势

随着流体力学中数值方法的飞速发展,计算模型已经成为研究流体运动,泥沙输运和不同环境(诸如河流,湖泊及沿海地区)中相应污染物归趋过程等方面非常有吸引力的工具,在过去的30多年里,发展了许多计算水动力学/泥沙输运模型.文章追溯当前具有代表性的(一维、二维、三维)模型的发展历程,描述他们各自的特点,优势及局限,力图作为对模型方面感兴趣读者的第一指南,同时也为大家讨论模型的局限性,未来的发展趋势和研究需求方面搭建一个平台.给出了模型的表达,时空特性,水动力学和沉积物的耦合方式,处理非恒定流,推移质和悬移质,泥沙交换过程,泥沙类型(粘性或非粘性)及非均匀泥沙输运的能力.总结了不同模型的应用实例,读者可以运用这些例子作为研究模型设置,模型率定及模型验证的参考.给出了选择泥沙输运模型应遵循的原则,模型输入及率定方面存在的问题及改进的途径.探讨了现有水动力学/泥沙输运模型在处理复杂湍流,泥沙携带,流动与输沙耦合,非均匀泥沙,离散和扩散系数,河岸来沙处理等方面的局限性及改进的方向.最后,对基于多相流思想的泥沙输运模型及其它一些交叉性问题作了评述与展望.     

多孔介质输运性质的分形分析研究进展

首先对多孔介质输运性质的传统实验测量、解析分析和数值模拟计算研究进展作了扼要的评述.然后,着重综述采用分形理论和方法研究多孔介质输运性质分析解的理论、方法和所取得的进展.最后,指出采用分形理论和方法有可能解决其它尚未解决的有关多孔介质输运性质的若干课题和方向.      

气动载荷下防热材料剥离颗粒输运特性的直接数值模拟研究

高超声速飞行器防热材料在气动载荷下发生机械剥蚀,进而影响绕流流态、气动性能、热载荷等,相关颗粒剥离动力学是高超声速热防护系统设计及防热材料体系评价中的共性基础性科学问题.研究通过近壁流动量纲分析,将烧蚀颗粒剥离过程模化为单个圆球惯性烧蚀颗粒在Couette流动中的动力学问题,并采用颗粒解析的直接数值模拟方法开展数值研究,获得了烧蚀颗粒关键特征参量对颗粒输运动力学的影响规律.研究发现,随着颗粒/流体密度比ρr越大,颗粒惯性St越大,则颗粒水平和法向输运速度均减小;随着颗粒粒径d p越大,颗粒惯性St越大,则颗粒水平输运速度减小,但是,法向输运速度和位移均因大颗粒受到更大的Saffman升力而增大.此外,烧蚀颗粒法向位移远小于水平位移,颗粒以水平输运为主.本研究最终建立了颗粒启动速度归一化表达式,发现归一化颗粒启动速度是颗粒和流体惯性的函数,即颗粒水平输运速度等于流体微团或中性浮力颗粒的速度减去惯性修正项.研究结果为烧蚀颗粒调制边界层作用机理研究提供支撑.     

微/纳流控系统电渗流研究进展

简要介绍了微/纳流控系统中双电层和电渗流的基本原理、当前研究热点以及最新进展.从胶体界面理论出发,基于流体连续性模型和微纳米尺度流动的多物理场数值分析法,介绍了电渗流特性, 如焦耳热效应、 反离子效应、 表面电场调控双电层、双流体输运和周期电渗输运等电渗流控制方法.最后对电渗流测量作简要介绍.      

肿瘤及其微环境的力学问题

肿瘤微环境包括肿瘤细胞、间质细胞、细胞外基质等.其在肿瘤的生长和发展过程中起着关键作用.肿瘤的微环境与正常组织的微环境有着显著的不同.肿瘤中的压应力对微环境有着多方面的影响,例如,可调控血管与淋巴管的功能,造成代谢异常和间质高压,压缩间隙基质,增大药物输运的困难,促进间质细胞变异并诱导肿瘤细胞转移.因此,肿瘤中的力学因素引起了广泛关注.本文总结了肿瘤及其微环境力学问题的研究进展,讨论了肿瘤微环境中应力产生、药物输运、肿瘤转移等问题,介绍了肿瘤微环境正常化的策略及其对肿瘤治疗的意义.     

The mechanical problems in tumor and tumor microenvironment

肿瘤微环境包括肿瘤细胞、间质细胞、细胞外基质等.其在肿瘤的生长和发展过程中起着关键作用.肿瘤的微环境与正常组织的微环境有着显著的不同.肿瘤中的压应力对微环境有着多方面的影响, 例如, 可调控血管与淋巴管的功能, 造成代谢异常和间质高压, 压缩间隙基质, 增大药物输运的困难, 促进间质细胞变异并诱导肿瘤细胞转移. 因此, 肿瘤中的力学因素引起了广泛关注.本文总结了肿瘤及其微环境力学问题的研究进展, 讨论了肿瘤微环境中应力产生、药物输运、肿瘤转移等问题, 介绍了肿瘤微环境正常化的策略及其对肿瘤治疗的意义.