严重事故下堆舱空间氢气分布特性数值模拟

利用计算流体力学软件CFX分析了零方程模型和k-ε模型对氢气分布的影响,并对船用堆在典型失水诱发的严重事故下堆舱空间内的氢气分布特性进行了数值模拟。结果表明：在氢气释放阶段内,用k-ε模型模拟堆舱空间内的氢气分布更为合理;严重事故下的气体喷放期间,堆舱空间内各点处的压力变化基本一致,空间内的温度不会持续升高,氢气在堆舱空间内建立了比较明显的浓度梯度,堆舱顶部区域和破口附近区域氢气浓度都较高;氢气喷放结束后,堆舱空间内的平均水蒸气浓度不足以维持蒸汽惰性环境,堆舱空间内存在氢气燃烧的可能。研究结果为开展船用堆的氢气风险研究提供了基础。     

旋流燃烧室内同向和反向旋转射流湍流流动的数值模拟

针对发展高效低污染旋流燃烧技术的需要,对旋流燃烧室内两股同轴旋转射流相互作用的湍流旋流流动进行了数值模拟.计算中采用了一种新的代数Reynolds应力模型和QUICK离散格式.在两股射流同向旋转和反向旋转两种条件下,将模拟得到的燃烧室内湍流旋流流动的时均气体轴向速度场、切向速度场和静压场与实验数据进行了比较.     

铝电解槽内湍流流动与界面波动的数值模拟

建立了模拟铝电解槽内电解液和铝熔液湍流流及两层熔液界面波动的数学模型，利用交错网格上的一种基于ＳＩＭＰＬＥ算法的改形格式，计算了２８０ｋＡ电解槽内两层熔液的流动状况与界面形状。     

新型回热器内工质流动数值模拟分析

文中利用fluent软件对新型径轴向混合填充式回热器内工质稳态流动和交变流动进行数值模拟,模拟结果显示,稳态流动时工质进口和径轴向填料的交界处工质压降较大;径向填料内工质流动分布均匀性优于轴向填料,但流动阻力较大.对交变流动模拟可以发现,在整个交变过程中填料丝两边区域流速大小和方向变化最为明显.     

纳米通道内液态微流动密度分布特性数值模拟研究

微通道内流动因表面积/体积比值极大, 造成许多微尺度效应, 进而使微通道内出现完全不同于宏观流动的流体密度分布特性. 本文以纳米通道内液态Poiseuille流为对象, 采用非平衡分子动力学模拟方法研究了流体原子间相互作用强度ε_LL, 流体原子间平衡距离σ_LL以及壁面原子与流体原子间平衡距离σ_LS对通道内流体密度分布的影响规律. 数值模拟中, 统计系综取微正则系综, 势能函数选用LJ/126模型, 壁面设为Rigid-atom壁面, 温度校正使用速度定标法, 牛顿运动方程的求解则采用Verlet算法. 模拟结果表明, 随ε_LL的减弱, 近壁面区密度分布的振荡幅度则逐渐增大; 而σ_LL 则同时影响流体原子的存在形态和密度分布, 较大的σ_LL 会造成流体原子在整个通道内呈现面心立方结构的类似固体排列, 较小的σ_LL会使得流体原子呈现不断变化的 "团簇" 结构; 随σ_LS的变大, 近壁面区流体密度振荡幅度增大, 且流体密度分布起点离壁面越远. 另外, 本文还从近壁面区流体原子的 "俘获-逃逸" 行为角度, 初步解释了原子间相互作用强度对密度分布的影响规律. 关键词： 纳米通道 微流动 密度分布 分子动力学     

三维Kolmogorov流动弹性湍流直接数值模拟研究

黏弹性流体弹性湍流现象是在极低雷诺数下(惯性效应可以忽略),完全由流体弹性引起的复杂湍流现象,在此条件下牛顿流体处于层流流态.该现象不仅具有与惯性湍流类似的一些特征,还具有其独特的特性,此外,其诱发机理与惯性湍流完全不同.为了更深刻地认识弹性湍流特性及其产生机理,本文基于三维Kolmogorov流动采用直接数值模拟研究...     

QUICK格式在湍流旋流流动数值模拟中的应用

为研究不同精度的离散格式对湍流旋流流动数值模拟结果的影响,同时应用QUICK格式和混合格式对同轴射流旋流燃烧室内的湍流流动进行了数值模拟.在采用k-ε湍流模型的条件下,QUICK格式计算得到的燃烧室内气体轴向与切向速度及轴向脉动速度均方根值分布与实验数据符合较好,而混合格式给出的数值模拟结果则与实验有一定的偏差.     

涡流二极管三维强旋湍流流动的数值模拟

为了揭示涡流二极管内三维强旋流动的特性与其阻抗性能的关系,进一步提高涡流二极管正反向流动阻抗比,本文采用Reynolds应力模型对涡流腔内非对称强旋转湍流流动进行了数值模拟,分析了腔内矢量场与标量场的分布特性,基于涡流腔内的涡量分析,得到了涡流腔内旋流的强制涡与自由涡结构及各自区域范围,并研究了涡流腔径宽比对整体性能的...     

水力旋流器湍流流动的数值模拟

本文采用雷诺应力模型计算了水力旋流器的水相湍流流场,计算结果与实验数据吻合很好。与相关文献中采用修正的κ-ε模型的计算结果比较,本文采用雷诺应力模型的计算结果更接近于实验结果。计算得到了水力旋流器内的流线图、等压线以及零速包络面。     

超音速氢气燃烧火焰结构特性的直接数值模拟

在课题组前期工作的基础上,对一马赫数为1.2的三维超音速氢气射流抬升火焰进行了直接数值模拟研究,其中空间离散采用波带优化的四阶WENO格式,时间积分采用带有TVD性质的三步三阶龙格库塔格式,边界条件采用了无反射特征边界条件,总的计算网格数达到9.75亿。结果表明:超音速射流氢气燃烧火焰可分为根部层流状的高温高热量释放率稳燃区、高度褶皱的湍流剧烈混合区和远场燃烧区。火焰自燃稳燃点出现在喷口附近的x/D=0.86处,对应着最易反应混合分数。在此下游,预混燃烧和扩散燃烧两种模式同时存在,其中在剧烈混合区和远场区火焰以扩散燃烧为主,但在火焰根部的局部区域预混燃烧热量释放率达到35%左右。     

磁流体动力学磁控进气道流场分布数值模拟

采用磁流体控制的办法能提高超燃冲压发动机的推进性能。结合了Maxwell方程组和描述流体力学规律的Navier-Stokes方程组,并对这些方程进行了简化,建立了适用于计算磁流体动力学(MHD)超燃冲压发动机磁控进气道流场分布的数值模拟模型。研究了在特定工况下,流场特征、电势、电流以及提取功率等参数的变化。磁流体发生器能够降低管道出口马赫数和流向速度,降低出口处的总焓,但是出口处的温度有所提高。在电极上,电势保持常数,而绝缘壁面的电势较高,电场在电极端点出现周期性的极性。y方向电流在电极板附近很高,而在绝缘板上几乎为零。电流主要从正电极流向负电极,而且沿着x方向略有减小。y方向电流最大值出现在绝缘壁面上,而绝缘板上的z方向值几乎为零。z方向电流最大值出现在管道的边角处,而在绝缘壁面上几乎为零,电流在绝缘壁面的法线分量为零。     

Numerical simulation of the flow within and over an intersection model with Reynolds-averaged Navier--Stokes method

In this study, the Reynolds-averaged Navier--Stokes (RANS) method is employed to simulate the flow within and over an intersection model with three kinds of $k$--$\varepsilon$ turbulence closure schemes, namely, standard model, renormalization group (RNG) model and realizable $k$--$\varepsilon$model. The comparison between the simulated and observed flow fields shows that the RANS simulation with all the three turbulence models cannot completely and accurately reproduce the observed flow field in all details. A detailed comparison between the predicted profiles of wind velocities and the measured data shows that the realizable $k$--$\varepsilon$ model is the best one among the three turbulence closure models in general. However, the extent to which the improvement is achieved by the realizable $k$--$\varepsilon$ model is still not enough to completely and accurately describe the turbulent flow in a relatively complex environment.     

氚在锆合金包壳材料中的扩散行为模拟

基于氚扩散基本模型建立了氚扩散行为一维模拟程序,对模拟程序进行了典型实验验证,模拟结果与实验结果符合较好。分析了不同氚浓度、温度分布对锆合金包壳材料中氚的扩散行为的影响。分析结果表明：包壳-芯块间隙内氚浓度的升高会导致进出包壳的氚扩散通量提高,渗透通量增大;由于包壳氧化层相对较低的扩散系数,包壳氧化层的存在对氚渗透有较大的限制作用;温度对氚扩散速率的影响很显著,温度越高,扩散速度越快;锆合金外表面氧化层的相对低温限制了氚渗透出包壳管的速率,温度梯度导致的热致扩散有利于氚向包壳冷测扩散。     

微通道冷却器内流动和传热特性的数值模拟

为满足固体激光器用微通道冷却器的换热要求, 根据冷却器结构分别建立了二维和三维物理模型, 利用计算流体力学方法首先对比研究两者的流动特性, 然后考察雷诺数和玻片生热量对微通道流动和传热特性的影响。结果表明：对于类似大平板间的矩形微通道层流流动区域, 其流动及传热特性可直接采用二维简化模型进行模拟分析;对于重点关注的转捩区, 采用三维模型模拟分析更好;当雷诺数增大到转捩点, 流体的传热效果得到明显增强;随着雷诺数的增大, 玻片生热量对通道内最低压力需求的影响逐渐减小;不同玻片生热量对微通道流动影响不可忽略, 对努赛尔数和通道总压降基本无影响。     

Multiple car-following model of traffic flow and numerical simulation

On the basis of the full velocity difference (FVD) model, an improved multiple car-following (MCF) model is proposed by taking into account multiple information inputs from preceding vehicles. The linear stability condition of the model is obtained by using the linear stability theory. Through nonlinear analysis, a modified Korteweg-de Vries equation is constructed and solved. The traffic jam can thus be described by the kink--antikink soliton solution for the mKdV equation. The improvement of this new model over the previous ones lies in the fact that it not only theoretically retains many strong points of the previous ones, but also performs more realistically than others in the dynamical evolution of congestion. Furthermore, numerical simulation of traffic dynamics shows that the proposed model can avoid the disadvantage of negative velocity that occurs at small sensitivity coefficients λ in the FVD model by adjusting the information on the multiple leading vehicles. No collision occurs and no unrealistic deceleration appears in the improved model.     

超声速流场条件下激光辐照耦合效应数值模拟

激光辐照结构物包含复杂的多物理场耦合问题,其存在流、热、固多种机制的耦合效应。结合计算流体力学(CFD)和有限元方法,对超声速条件下的激光辐照平板问题进行了热流固耦合分析。采用CFD方法得到平板附近流场分布,利用有限元方法计算平板的温度分布,并将二者结合起来实现流体和固体间的数据交互。理论分析确定了流场效应的最主要影响参数为来流马赫数与攻角。对于不同马赫数,激光区域在6 Ma条件下存在温度的谷值,小于等于6 Ma条件下主要体现为冷却效应,而6 Ma以上主要体现为气动加热效应。攻角增大会导致激光区流体质量流量的增加,使冷却效应更加明显。最后综合分析了流场气动加热和冷却两种效应的产生机制。     

超声速流场条件下激光辐照耦合效应数值模拟

激光辐照结构物包含复杂的多物理场耦合问题,其存在流、热、固多种机制的耦合效应。结合计算流体力学（CFD）和有限元方法,对超声速条件下的激光辐照平板问题进行了热流固耦合分析。采用CFD方法得到平板附近流场分布,利用有限元方法计算平板的温度分布,并将二者结合起来实现流体和固体间的数据交互。理论分析确定了流场效应的最主要影响参数为来流马赫数与攻角。对于不同马赫数,激光区域在6Ma条件下存在温度的谷值,小于等于6Ma条件下主要体现为冷却效应,而6Ma以上主要体现为气动加热效应。攻角增大会导致激光区流体质量流量的增加,使冷却效应更加明显。最后综合分析了流场气动加热和冷却两种效应的产生机制。     

激光熔覆中同轴送粉气体-粉末流数值模拟

应用FLUENT软件的离散相模块建立了激光熔覆中气体 粉末流的二维模型,研究了保护气和输送气流量及送粉量对粉末流浓度场和速度场的分布规律的影响以及对粉末流发散角和焦点的影响。计算结果表明:随着输送气流量的增大,粉末流速度增加,粉末流发散角逐渐减小;送粉量增加,焦点略微下移,焦点处粉末流浓度值增大。在相同的工艺参数下,使用单反相机拍摄粉末流分布,结果表明试验与计算结果基本吻合。     

固体激光微通道冷却器内流动特性的数值模拟

建立了固体激光微通道冷却器数学模型,运用商业软件Fluent进行求解计算,并与文献中数据进行对比,验证了模型的可靠性。分析微通道尺寸及结构对转捩雷诺数影响,结果表明:微通道当量直径对于转捩雷诺数影响甚微,收缩比的大小是引起转捩雷诺数不同的关键因素,最终确定了不同收缩比下的转捩雷诺数。     

固体激光微通道冷却器内流动特性的数值模拟

建立了固体激光微通道冷却器数学模型,运用商业软件Fluent进行求解计算,并与文献中数据进行对比,验证了模型的可靠性。分析微通道尺寸及结构对转捩雷诺数影响,结果表明：微通道当量直径对于转捩雷诺数影响甚微,收缩比的大小是引起转捩雷诺数不同的关键因素,最终确定了不同收缩比下的转捩雷诺数。