颅内Willis环二维血液动力学计算分析

采用颅内二维Willis环模型,对血管在不同程度狭窄情况下的血液流动进行稳态计算与分析,计算中采用了进出口处的压力边界条件和无滑移固壁条件.计算得到完整环和交通动脉缺失情况下各进出口血管流量变化曲线.所获结果表明,完整Willis环中,前交通动脉的代偿能力在左颈内动脉狭窄率达到25%以后才能得到比较明显的体现;后交通动脉缺失情况下前交通动脉的代偿能力变弱;Willis环的前部和后部有相对独立性,只有在主要进口动脉严重阻塞的时候,单侧的独立性才丧失.     

计算流体动力学和计算水动力学的进展和展望

从计算流体动力学与计算水动力学的三个主要方面──数学模型研究、数值模拟方法研究和应用计算机软件研制谈其发展状况和进展。     

近场动力学研究进展与岩石破裂过程模拟

近场动力学（Peridynamics,PD）作为一种新兴的非局部性理论,在非连续处不需要任何处理,能够很好表述模型从连续到非连续的过程。首先,在PD基本理论简介的基础上,系统回顾了PD的国内外研究现状。其次,采用键型PD理论对非均匀性的圆孔岩板单轴拉伸破裂过程进行了二维数值模拟,采用态型PD理论对单轴、常规三轴以及真三轴等不同压缩条件下的岩石破裂过程进行了三维数值模拟,并以加拿大Mine-by隧洞为例对现场岩体破裂过程进行了模拟,结果表明PD在岩石破裂过程模拟上具有较强适用性。最后,指出当前PD在岩石破裂过程模拟中存在的主要问题和未来值得开展的若干研究课题。     

基于聚合多重网格方法的跨音速颤振的数值模拟

采用流固耦合方法对跨音速颤振进行了数值模拟。流体方面在非结构网格上用有限体积方法求解了Euler方程;结构方面则求解了后掠机翼典型剖面的结构模态方程。时间推进采用双时间步长：对每一真实时间步,都通过基于聚合多重网格方法的伪时间步推进,对流体和结构方程交替迭代．得到一个稳态的流固耦合的解。文章最后给出了NACA64A010翼型剖面的跨音速颤振边界．与相关文献的计算结果符合良好。     

压缩条件下不同形状玄武岩柱破裂机理数值模拟研究

压缩条件下,不同形状玄武岩柱的强度和变形存在差异,且其破裂机理和破坏模式亦存在区别.本文构建不同形状的玄武岩柱图像,然后将细观损伤力学、统计强度理论、连续介质力学相结合,基于RFPA3D-CT软件的数字图像处理,将玄武岩柱图像转化为有限元网格模型,并分别赋予节理、岩石的材料力学参数,其中,考虑节理及岩石的非均质性.进一...     

岩石弹塑性破裂过程的数值模拟研究

分析了对于非均质、非连续且材料参数分布具有分散性和随机性的岩体介质,采用传统有限元法解决其工程问题的局限性．阐述了用岩石力学性质的分布特性来描述岩石材料不均匀性,并用蒙特卡洛模拟方法,将符合Weibull分布规律的材料参数赋予岩体结构中的各个单元体,进而用计算机进行数值模拟的研究方法．应用了在Windows95环境下利用FORTRAN Power Station4．0平台开发的具有可视性的“岩石弹塑性破裂过程分析”软件——REPFPA软件,对典型的岩石试样和巷道模型的弹塑性破裂过程进行数值模拟研究,得到了有价值的实验结果．证明把材料参数随机赋值方法引入到岩土类材料的弹塑性破裂过程分析中去,并用计算机进行数值模拟是研究岩石弹塑性破裂过程的一种有效方法。     

压缩条件下玄武岩柱尺寸效应及破裂机理数值模拟研究

为研究压缩条件下玄武岩柱强度和变形的尺寸效应,及其破裂机理和破坏模式,本研究构建不同尺寸的玄武岩柱图像,然后将细观损伤力学、统计强度理论、连续介质力学相结合,基于RFPA^3D-CT的数字图像处理,将玄武岩柱图像转化为有限元网格模型,并分别赋予节理、岩石的材料力学参数,其中,考虑节理及岩石的非均质。开展压缩条件下的玄武岩柱数值试验,分析侧压、垂直柱轴方向(Ⅰ/Ⅱ)对玄武岩柱的力学尺寸效应的影响,以及玄武岩柱破裂过程的应力场演化与损伤破裂特征。研究表明：对于垂直柱轴方向Ⅰ的情况,当侧压为0 MPa,试件抗压强度无明显的尺寸效应;当侧压为2 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为4 m;当侧压为4、6、8 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为6 m。对于垂直柱轴方向Ⅱ的情况,当侧压为0、2 MPa,试件抗压强度无明显的尺寸效应;当侧压为4 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为4 m;当侧压为6、8 MPa,试件抗压强度的尺寸效应临界值为6 m。当侧压为0～8 MPa,随着模型尺寸的增加,试件抗压强度的横观各向异性系数变化范围为0.75～1.15;试件等效变形模量的横...     

含活塞的管内湍流的数值模拟

应用两方程模式和 SIMPLER 算法对含活塞的管内复杂湍流进行了数值模拟.活塞直径和外管内径之比为0.8,雷诺数为6.05×10~4.数值模拟得到了三个回流区.下游回流的分离-再附长度是活塞直径的1.5倍.间隙段存在流速超越现象,但不存在后台阶流动计算中的核心区现象.文中给出了数值模拟的详细成果.     

空气炮碰撞实验台发射过程的数值模拟

利用计算流体动力学方法对单级空气炮碰撞实验台的发射过程进行了数值仿真,所得碰撞车发射速度与实验结果吻合。在此基础上,对碰撞车发射过程的流场变化、车体前后压力以及储气罐压力变化进行分析。结果表明,泄漏气体先于碰撞车充满整个发射空间,形成初始流场,使得车前压力出现正负交替现象,但其数值较小,对车体加速过程的影响可以忽略。当碰撞车进入泄压段后,受冲击射流作用,碰撞车仍处于加速状态,且速度增量约为2 m/s。

     

鼻腔加温功能特征及其与气流场关系的研究

为研究鼻腔加温功能特征及其与气流场之间的关系, 选用1例健康国人的鼻腔进行CT扫描. 据CT数据对鼻腔气道进行表面三维重建, 运用计算流体动力学方法分析通气量为12L/min时吸气相0.15s, 0.45s, 0.75s的鼻腔气流场与温度场. 结果显示吸气相0.15s, 0.45s, 0.75s鼻腔气流场主要表现为双侧气流量分布不对称, 其中气流主要流经左侧; 双侧均为总鼻道中、下部气流量较多, 嗅裂、中鼻道和下鼻道气流量少. 吸气相0.15s, 0.45s, 0.75s温度场均表现为温度自鼻腔前端至鼻咽部逐渐增高, 其中温度主要上升区域为鼻内孔-下鼻甲前端-中鼻甲前端对应气道, 且在吸气速度和流量增大后, 这一主要加温区域无明显向后延长征象; 双侧鼻腔及单侧鼻腔不同部位气道气流分布差别较大, 但双侧温度场基本对称, 单侧鼻腔不同气道部位温度差值亦较小, 幅度均小于1℃.     

倾斜管道内圆柱状颗粒运动的数值模拟

本文采用计算流体力学–离散单元法对倾斜管道内圆柱颗粒在气体中的运动进行数值模拟,分别分析了颗粒密度、颗粒长径比、吸入速度、管道倾角、管道长径比等因素对颗粒输运效率的影响。结果表明,颗粒密度越大,颗粒的输运效率越低;输运效率随着颗粒长径比的增大而减小;输运效率随着进口速度的增大而增大。管道的倾角对输运效率存在影响,但二者不是单调关系;颗粒输运效率与管道长径比成反比。

     

颅内压与脑循环动力学参数模型研究

在对颅内血管床整体分析的基础上，应用血液动力学理论建立了一个描述颅内血液与脑脊液血液动力学特性的集中参数模型．在此模型的基础上得到了状态方程并给出了求解方法．通过对方程解的进一步分析得到颅内压与颈动脉血流量的关系，为临床无创检测颅内压提供了一个辅助手段．理论计算结果与实验数据比较发现，颅内压与颈动脉流量脉动间的关系与实验是相吻合的．     

近海水域海洋流体动力学方程的数值模拟

近海水域海洋流体动力学方程数值模拟的研究,最早可追溯到1919年Defant的工作,50年代末开始得到蓬勃发展。60年代和70年代主要发展二维全流模式。现在对于二维全流模式数值模拟的研究应该说是相当完善的,不仅有系统的理论,提出了许多有效的方法,而且广泛地应用于诸如潮汐环流、风暴潮等的工程和预报的实际计算。三维模式是70年代开始发展的,近10年来发展很快。三维模式比较起二维模式来,其数值模拟自然要困难许多。这引起了研究者广泛的兴趣。现在三维模式的数值模拟,虽然提出的方法很多,也已有了不少成果,但研究工作仍是方兴未艾。      

NUMERICAL SIMULATION OF SWIRLING FLOWS IN OXIDATION REACTORS FOR TiO2 MANUFACTURE

The oxidation reactor plays a key role in producing rutile titanium dioxide （TiO2） from vapor-phase titanium tetrachloride （TiCl4） by employing a swirling flow operation for enhanced gas mixing. This work aims to understand the effect of reactor configuration on the 3-D swirling flow field using computational fluid dynamics （CFD） simulation. Considering the anisotropic turbulence involved, the Reynolds stress model is applied to describe the complex swirling flow together with the cross-flow mixing of gases. The results show significant effect of the flow angle between the wall jet of air stream （representing TiCl4 in practice） and the axial direction on the initial flow field of cross-flow mixing, where 60° gives smooth profiles of axial velocity development while 90° may provide the fastest mixing between the jet and the axial bulk flow. The pipe shape for the reaction and developing zone, i.e., straight, expanding and shrinking, shows slight influence on the hydrodynamics.     

CFD SIMULATION OF FLUID CATALYTIC CRACKING IN DOWNER REACTORS

A mathematical model has been developed for the simulation of gas-particle flow and fluid catalytic cracking in downer reactors. The model takes into account both cracking reaction and flow behavior through a four-lump reaction kinetics coupled with two-phase turbulent flow. The prediction results show that the relatively large change of gas velocity affects directly the axial distribution of solids velocity and void fraction, which significantly interact with the chemical reaction. Furthermore, model simulations are carried out to determine the effects of such parameters on product yields, as bed diameter, reaction temperature and the ratio of catalyst to oil, which are helpful for optimizing the yields of desired products. The model equations are coded and solved on CFX4.4.     

CFD SIMULATION OF FLUID CATALYTIC CRACKING IN DOWNER REACTORS

A mathematical model has been developed for the simulation of gas-particle flow and fluid catalytic cracking in downer reactors. The model takes into account both cracking reaction and flow behavior through a four-lump reaction kinetics coupled with two-phase turbulent flow. The prediction results show that the relatively large change of gas velocity affects directly the axial distribution of solids velocity and void fraction, which significantly interact with the chemical reaction. Furthermore, model simulations are carried out to determine the effects of such parameters on product yields, as bed diameter, reaction temperature and the ratio of catalyst to oil, which are helpful for optimizing the yields of desired products. The model equations are coded and solved on CFX4.4.     

硝基甲烷中爆轰波绕射的实验研究和数值模拟

叙述了对硝基甲烷中拐角分别为６０、９０、１２０三种情形的爆轰波绕射现象进行的实验研究。实验上观测到爆轰波绕过９０、１２０拐角时有未反应的死区,而且拐角增大时死区变大,绕射爆轰波可以近似地按爆心在拐角顶点附近变化的散心爆轰波看待。从数值模拟和理论分析得出,爆轰波绕射时硝基甲烷的化学反应不同于正常爆轰,拐角顶点附近各处反应速率不同,出现部分反应区和未反应区。     

带自由表面水流与离散颗粒耦合模型研究

基于考察泥沙运动的细观行为特征,采用离散单元法(DEM)模拟泥沙颗粒运动,结合带自由表面的水动力学计算模型,建立了CFD-DEM耦合数值模型。计算程序开发基于Fortran语言来实现。耦合模型中实现了硬球模型和软球模型两种颗粒碰撞模型,应用范围较广。作为自由表面水流与泥沙颗粒流数值模型的初步研究,在模型建立的基础上,对模型做了基本的验证。分别通过单颗粒静水沉降和混合颗粒群分选两个计算工况,验证了模型的正确性及模拟精度。该耦合模型可进一步丰富带自由表面水流条件下泥沙运动的研究手段。