应用间断有限元方法求解一维对流占优土壤水流问题

在某些特定条件下,Richards方程的解在时空上呈现陡峭的锋面。为能有效地模拟具有对流占优特性的非饱和多孔介质中的水流问题,推广一种内部惩罚间断有限元(Interior penalty discontinuous Galerkin,IPDG)方法应用于一维非饱和土壤水入渗问题的模拟。针对具有van Genuchten-Mualem模型和Dirichlet入渗边界条件的Richards方程,分别采用间断有限元法和标准有限元方法求解。借助于相对L2模和相对最大模误差进行讨论。几种不同质地的均质土壤水入渗的数值算例结果表明:相比标准有限元方法,间断有限元方法在选取的4种不同网格剖分单元结点上能够有效地模拟非饱和对流占优土壤水流问题,并且能够获得准确的全局质量守恒。     

非定常Navier-Stokes方程有限元算子分裂算法

在连续解的正则性假设条件下,基于亚格子稳定模型和算子分裂方法提出了非定常不可压Navier-Stokes方程的有限元算子分裂算法.其主要思想是:利用算子分裂方法把非线性项和不可压缩项分开,首先求解一个线性化的Burger's问题得到有限元解■,然后再求解一个Stokes问题得到解u■.证明了速度的误差估计关于时间是一阶收敛的,并给出数值实验验证了理论的正确性.     

高阶龙格库塔间断有限元方法求解二维谐振腔问题

提出了使用高阶龙格库塔间断有限元方法在时域求解经典的电磁场谐振腔问题，间断有限元方法在空间离散时采用非结构化网格且在时域显式求解方程，这是有限元方法和有限体积方法的最佳结合。该方法通过采用局部高阶多项式插值基函数获得高阶精度。文中使用该方法研究了横磁波在二维谐振腔中的传播情况，以及高阶的拉格朗日基函数。数值实验采用了高阶的二变量拉格朗日多项式基函数，数值计算结果与理论解析解相吻合。文中还讨论了不同阶数多项式插值基函数对计算精度的影响。结果表明，随插值基函数阶数增加，计算精度迅速提高。最后讨论了不同插值基函数阶数对L^2误差的影响，结果显示L^2误差随插值基函数阶数增加呈指数下降。     

有初始横流阵列射流冲击的三维数值计算

对具有初始横流的阵列射流冲击的流场和温度场进行了三维数值计算 ,研究了射流孔与冲击靶面间距、射流冲击孔排列方式和射流与横流质量流量比等因素对换热特性的影响。结果表明 :( 1 )在不同的射流孔与冲击靶面间距下 ,对于给定的射流与横流质量流量比 ,顺排方式的冲击冷却效果要优于叉排方式 ;( 2 )射流孔与冲击靶面间距对阵列射流冲击的流动和换热特性影响是非常复杂的 ;( 3 )随着初始横流与射流质量流量之比增加 ,在相同的射流孔与冲击靶面间距下 ,顺排和叉排方式的冷却效果均呈现单调的下降     

多级进气平板式光生物反应器微藻培养性能模拟研究

利用计算流体力学(CFD)方法模拟主要操作参数对多级进气平板式光生物反应器的混合传动、传质及传光性能的影响.结果表明,当3种操作参数通气分配比例、反应器底部度数、隔板长度比例分别为1∶2∶3、30°、3∶2∶1时,反应器的混合传动性能最佳;操作参数分别为1∶3∶2、45°、3∶2∶1时,反应器传质性能最佳;操作参数分别为3∶2∶1、45°、2∶2∶3时,反应器传光性能最佳.模拟试验结果对平板式光生物反应器的优化设计具有重要的参考价值.     

土壤污染耦合模型的有限元模拟及参数反演

【目的】对污染物在土壤环境中的运移分布规律进行模拟,并对模型中的主要参数进行反演。【方法】以土壤中的硝酸盐氮和氨氮为研究对象,建立一维数学耦合模型,用建立的模型对不同时间和不同深度土壤的硝酸盐氮和氨氮含量变化进行分析,并给出其求解的有限元过程。在此基础上,采用微分进化算法对建立的一维耦合模型的多个参数进行反演。【结果】构建了土壤污染一维耦合模型,用该模型对不同时间和不同深度土壤的硝酸盐氮和氨氮含量变化进行分析,结果表明,污染物在土壤中的含量达到一定值后会趋于稳定或降低,说明污染物在土壤中先有一个积累过程,然后有一个释放过程。采用微分进化算法反演得到的一维耦合模型的主要参数值与真值较为接近。【结论】构建的一维耦合模型可以定量地研究污染物在土壤中的运移分布规律;遗传进化反演算法可为土壤水分运动及溶质运移数值模拟提供所需的基本参数。     

扁管管片式散热器中马蹄形涡的数值模拟

本文通过数值模拟的方法对扁管管片式散热器中的流场、涡量场、速度环量、 Nu数、马蹄形涡进行了模拟。在Re=1450时,对马蹄形涡的形成、发展、衰减进行了模拟。对在Re=1050时平均Nu数在流动方向的分布,与横断面上速度环量在流动方向的分布进行了比较分析,得出在扁管管片式散热器中决定换热能力的物理量-速度环量。     

基于流场数值模拟的射流清管器喷嘴优化设计

天然气管道中的黑粉严重影响管输效率与安全,现有的带皮碗、磁铁及钢刷的清管器对黑粉的清除效率较低,且易出现卡球现象。射流作用产生的冲击流场对管内积液、杂质的清除效果较好,基于射流原理提出了利用射流清管器清理天然气管道黑粉的方法。为了达到最佳的射流清除效果,需要优化清管器喷射组件中文氏管喷嘴的关键结构参数。文氏管喷嘴结构包括收缩段、水平段及扩散段,其中扩散段的参数对射流效果起关键作用。基于计算流体力学的原理,以Fluent软件为模拟工具,选定实际气体状态模型定义管道内天然气参数,考虑文氏管喷嘴扩散段中扩散长度与扩散角的影响,对清管器的射流过程进行仿真分析。通过比较不同扩散段参数模型在射流流场中流速和湍流动能的云图以及变化曲线,得到具有最佳射流效果的天然气管道射流清管器喷嘴结构。     

基于格子Boltzmann方法的可压缩翼型绕流模拟

采用能够恢复可压缩Navier-Stokes方程的耦合双分布(DDF)格子Boltzmann方法(LBM)模拟了贴体网格下的NACA0012翼型绕流.首先在Ma＝0.5,α＝0.0,Re＝5 000状态下通过模拟低雷诺数流动检验了该方法;然后分别在Ma＝0.5,0.85和1.2,α＝-0.05,1.0和0.0状态下进行了模拟,并在Ma＝0.85时通过加密网格得到了更好的结果.为了避免转捩问题采用了无粘边界条件进行模拟,但得到的压力系数与实验结果吻合良好,证明了该方法的可靠性并显示了其模拟可压缩的潜力.该方法在翼型绕流上的应用为湍流流动的数值模拟提供了基础.     

基于Fluent的射流式增氧装置的数值模拟与试验研究

利用κ-ε双方程湍流模型对自行设计的射流式增氧机内部流场进行了模拟,得到了流场内部各个参数的分布图,揭示了混合管内部的流动状态,为射流式增氧机的参数优化和性能预测提供了可靠的手段。通过对射流器仿真数据的分析,得出混合管与喷嘴截面积比的最佳值为2.33,并通过增氧试验验证,证明仿真结果与试验结果相吻合。     

非线性对流扩散方程的隐式特征有限元Galerkin方法的模估计

本文主要讨论了非线性对流扩散方程的隐式特征有限元Galerkin方法的误差估计.     

有限元法在材料力学中的应用

有限元法在工程技术的领域得到了广泛的应用,它是一种利用固体理论基础的数值分析方法,本文主要探讨有限元法在材料力学中的应用。     

用Mathcad进行有限元法的理论验证与计算

本文分析了目前有限元法的理论验证与计算中存在的一些矛盾和问题，提出了用Matchcad来进行有限元法的理论验证与计算，并以实例具体说明。     

复杂地基应力分析的有限元法

以宝珠寺水利工程为研究对象,研究采用有限元法对其复杂地基整体应力进行了分析.结果表明,与材料力学计算比较,在离地基1/3坝高以上,应力分布与材料力学计算结果较为接近,而靠近地基和基础部分应力变化较大.因此,应力分析的有限元法比材料力学方法计算更真实地反映出基础应力分布的情况.为选址和设计提供了重要的科学依据.     

复杂地基应力分析的有限元法

以宝殊寺水利工程为研究对象,研究采用有限元法对其复杂地基整体应力进行了分析．结果表明,与材料力学计算比较,在离地基1／3坝高以上,应力分布与材料力学计算结果较为接近,而靠近地基和基础部分应力变化较大。因此,应力分析的有限元法比材料力学方法计算更真实地反映出基础应力分布的情况。为选址和设计提供了重要的科学依据.     

考虑可控非可控因素动态特性的含水层系统有限元模拟模型

本文提出了考虑可控非可控因素动态特征的水资源系统有限元动态模拟模型，将各单元逐时段系统输入输出信息的动态计算模型引入到模型中，然后由于这些量的动态特性，加之需要模拟识别的参数繁多，给有限元模拟模型的求解工作增加了很大的难度，我们在分析各类参数及曲线精度及物理概念的基础上，先固定一部分参数和曲线，然后从剩余参数的物理概念出发，确定其初值及其相互间的逻辑关系，最后由有限元模拟模型识别出这些参数，通过验证表明了模拟参数的准确性，也充分说明了有限元各项项信息量确定的准确，系统输入输出信息量计算模型合理可靠。     

基于有限元法的大坝渗流分析

通过渗流方程与热方程的对比分析发现,二者具有相似的理论基础、相似的微分方程及相似的定解条件,因此将ANSYS热分析模块应用于坝体渗流计算.于是论文应用ANSYS软件提供的APDL语言编写了计算程序,并针对具体算例进行渗流分析,确定浸润线的位置,与水利学分段法的计算结果比较,验证了该方法的准确性.     

有限元法分析木片热湿耦合迁移物性参数

本文建立了描述木片热湿耦合迁移的数学模型。用数值方法(有限元法和有限差分法)对数学模型联立求解后。与实验相结合,分析计算了木片热湿耦合迁移的物性参数。研究表明,在确定了某些物性参数后,采用本文叙述的理论计算与实验结合的方法,可求算出某一未知或实验测定较为困难的物性参数。木片这种含湿多孔物料。有效导热系数均随温度的上升而增大,变化范围从10℃(含水率34％)时的0.2W/(m·℃)至47℃时的1W/(m·℃)。     

水暖温床温度场和传热量有限元计算方法

在对水暖温床的研究和测试的基础上，利用不稳定热传导理论，建立了温床的温度场和传热量的理论计算数学模型．用有限元法求解该数学模型，并编制了温床温度场和传热量计算程序．