沙纹分布的流体力学模拟

在考察、分析沙纹基本特性的基础上 ,从流体力学的绕流理论出发 ,以两种常见的简单绕流流动为例 ,即平表面等速直线流动和绕流圆柱体形障碍物的流动 ,对沙纹的分布问题进行力学模拟 ,其模拟结果与实际情况十分吻合 .对于其它类型的简单绕流流动也可以通过同样方法进行模拟 ;对于实际中存在的较为复杂的绕流流动 ,可以通过流动迭加理论予以模拟 .从而得出结论 :沙纹表征的是气流流动的能量特征曲线 ,理想不可压缩气流流动状态下 ,沙纹分布可以通过确定流场的速度势获得     

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.     

圆盘风扇风送喷雾气流速度场的CFD模拟及试验验证

为了研究圆盘风扇气流速度场分布特性及各因素的影响规律,建立了基于CFD模拟的沈力SF-4型风机气流速度场分布模型,并且设计实验验证了模拟结果。研究表明,进口气流速度变化对气流场分布特性无明显影响,但与风扇轴中心距离不同的截面上气流场速度分布规律有较大差异。双风扇同时送风时,对彼此气流场影响显著,且双风扇气流场气流速度分布均匀。模拟值与试验值对比表明,所建模型可以比较准确地模拟圆盘风扇气流场的分布。     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.     

天然气液化冷剂管外降膜流动特性数值模拟

降膜流动蒸发是液化天然气工艺中绕管式换热器的核心传热方式.为了研究不同雷诺数、管外径及管间距对烷烃类介质降膜流动管间流型、液膜厚度等参数的影响,基于VOF两相流模型和Level Set两相流模型的耦合模型,进行降膜流动的数值模拟研究,同时搭建可视化实验装置,对数值模型进行实验验证.基于数值模拟结果,拟合得到了适用于烷烃...     

混流干燥机粮层的气流分布及阻力计算

粮层气流分布对混流干燥过程和干燥机性能有重要影响。提出了差分法与有限元法相结合求解混流干燥机粮气流人的方法，开发了气流流动模拟软件，并对模拟结果进行了实验验证。通过计算机模拟实验，得到了混流干燥机进、排气盒之间气流阻力计算的经验公式。     

集输管道油气水三相流型识别数值模拟

油气水三相介质具有的不同物理化学性质,使得其混合物在时间和空间上存在一个相态与分布均不确定的混合界面。采用多相流VOF模型研究了集输管道内油气水三相混输过程,并对其流型进行识别,通过研究初始含气率对流型的影响,得到工程实际中常见的泡状流和塞状流,进而分析了流速对泡状流中气泡分布的影响。结果表明：对于泡状流,气泡的分布与液体流速直接相关,流速越低,气泡的分布越不均匀;模拟结果与相关理论吻合较好,可为工程实际提供一定的理论指导。     

均风板对烟叶模拟烘烤机内气流分布的影响

【目的】探究均风板对烟叶模拟烘烤机内气流分布均匀性的具体影响,为提升试验烟叶的烘烤品质和烟叶烘烤工艺的试验质量寻求解决措施。【方法】以气流下降式烟叶模拟烘烤机为研究对象,建立了烘烤机装烟室内气体流动数学模型,运用Fluent软件对加装均风板前后、不同规格均风板下的烘烤机内气流分布进行了数值模拟,对比分析未加装均风板和3种不同规格的均风板对烘烤机内风场的影响。【结果】均风板可以改善烘烤机内的气流均匀性,并获得了相对合理的均风板结构尺寸。【结论】烟叶模拟烘烤机可通过加装均风板来提升烘烤性能,相关的数值模拟结果可以为烘烤机结构优化和均风板设计提供重要参考。     

基于含煤粉的煤层气管道管流数值模拟与分析

煤层气开发过程中,微细的颗粒随气流进入集输管网。颗粒的存在使管流形成气固两相流动,影响管路特性。采用模拟软件针对直管段及水平弯管进行气固两相流数值模拟,对管道系统的特性、操作条件和物料性质等影响气固两相流压力损失的主要因素进行了探讨,对连续相速度和压力分布特性以及颗粒运动轨迹进行了分析,得到气固两相流动的压力场、速度场分布,颗粒在管内的分布情况和运动轨迹,以及不同工况条件下的系统阻力和颗粒沉积分布规律,并结合煤层气现场含尘情况进行了数值模拟分析,结果表明：煤层气管道管流属于低浓度气固两相流,与纯气相单相流相比,颗粒弓J起的单位管长压降增幅低于2％。（图7,表1,参12）     

气体—幂律液体两相水平管流的压降计算

在气体—幂律液体两相水平管流实验研究的基础上,按两相介质分布外形,将气液两相流动的流动型态划分为泡状流、层状流、波状流、团状流、冲击流及环状流,并指出流动型态是决定两相管流压降规律的重要因素,对不同流动型态的流动机理和特点进行了探讨,给出了不同流动型态计算压降的方法,对于层状流与波状流,气液间具有明显的界面,可采用分流模型;对于泡状流,两相间无滑动,可采用均流模型;对于团状流与冲击流,由于流动机理十分复杂,故采用定义无因次压力梯度的方法;对于环状流,通过联立分气相折算系数与洛克哈特—马蒂内利参数求得压降。本方法不仅为油气不加热集输工艺的系统设计提供了可靠的水力计算方法,而且也可以应用于石油、化工等领域。通过与其它计算压降的方法对比,说明本计算方法平均绝对百分误差小、准确度较高。     

Mechanics of wind ripple stratigraphy

Stratigraphic patterns preserved under translating surface undulations or ripples in a depositional eolian environment are computed on a grain by grain basis using physically based cellular automata models. The spontaneous appearance, growth, and motion of the simulated ripples correspond in many respects to the behavior of natural ripples. The simulations show that climbing strata can be produced by impact alone; direct action of fluid shear is unnecessary. The model provides a means for evaluating the connection between mechanical processes occurring in the paleoenvironment during deposition and the resulting stratigraphy preserved in the geologic column: vertical compression of small laminae above a planar surface indicates nascent ripple growth; supercritical laminae are associated with unusually intense deposition episodes; and a plane erosion surface separating sets of well-developed laminae is consistent with continued migration of mature ripples during a hiatus in deposition.     

自然风成沙纹的形态特征及其与地表沙物理性状的关系

为了进一步探明自然风成沙纹形态的形成、发育过程,该文通过野外观测和统计分析的方法,研究了自然风成沙纹的形态特征及其与地表沙物理性状的关系,并构建了沙纹形态特征与地表沙颗粒机械组成及容重之间的关系模型.结果表明,沙纹波长、迎风坡长、背风坡长和高度相互之间呈线性关系,与地表沙机械组成中粒径为3～1 mm、1～0.25 mm和0.005～0.001 mm的颗粒组成之间呈多元线性函数关系,与地表沙容重之间呈三次函数关系;地表沙的平均粒径越大,其形成的沙纹越高,波长也越长;相反,平均粒径越小,其形成的沙纹越细小,波长也越短;在自然风成沙纹的形态塑造过程中,粒径为1～0.25 mm的中粗沙扮演着重要角色.      

非饱和土壤水分一维运动的数值模拟

以土壤水动力学原理为基础,利用有限差分法,建立了垂直方向上非饱和土壤水分一维运动的数值模型,用以模拟均质土壤在不同初始与边界条件下的水分运动。程序使用面向对象编程的VisualBasic高级程序设计语言编写,并通过验证。该模型可以模拟降水和灌溉入渗以及蒸发条件下的土壤水分在垂直剖面上的分布情况。     

顺序输送水力瞬变全过程模拟

应用多步ＭＯＣ方法对成品油顺序输送水力瞬变全过程进行了模拟，模拟过程中考虑了混油界面的移动，以及由此而引起的管段内油流密度压力扰动波速度及水力摩阻系数的变化。     

土壤风蚀影响因子分布规律研究的最大熵方法

土壤风蚀是一个综合的自然地理过程,包括气候、植被、土壤、地形地貌等多种因子。作为随机变量的风蚀因子,其分布规律直接或间接地影响着风沙的运动规律,一方面导致土壤风蚀程度及方向的变化,另一方面变量之间的非线性相互作用的结果导致风沙流的混沌特性。为此把影响风沙运动规律的各因子作为研究对象,应用最大熵原理与遗传算法相结合的方法,建立了风蚀影响因子概率密度函数模型,采用Matlab语言编制了相应的计算程序,并以阴山北部农牧交错带为例对所建模型的合理性和可行性进行了验证。结果表明,风蚀影响因子的熵概率密度函数不仅合理可行而且具有较高的精度。     

2010年策勒沙漠前沿一次大风风沙活动过程研究

通过对2010年5月14日20:00至16日13:00策勒绿洲-沙漠过渡带沙漠前沿气象站一次大风天气过程气象数据和同步进行的方口、全方位跃移、全方位蠕移、BNSE积沙仪积沙数据进行统计分析,结果表明策勒流沙前沿该次大风风向以西北风为主,输沙势分析为低风能环境,为风蚀区域,大风过程表现为风速为脉动状态,方口积沙仪每1 cm高度输沙量随高度分布拟合曲线服从乘幂函数关系,相关系数R2=0.953 5,相关性较好,全方位跃移和全方位蠕移积沙仪16个方位积沙桶积沙量与风向的关系密切,BNSE积沙仪不同高度全方位积沙量随高度分布符合指数函数关系,相关系数R2=0.977 8。     

排沙漏斗三维流场的数值模拟

在对排沙漏斗的计算区域作了特殊处理后,选用适当的边界条件,采用VOF方法追踪自由水面,结合RNG双方程湍流模型,对排沙漏斗内三维两相流场作了数值模拟,给出了水面线、静压、速度等参数的分布。将数值计算得到的流速分布与试验实测结果进行了对比,两者吻合较好。计算结果对研究排沙漏斗的流场特性和输沙机理以及优化排沙漏斗设计具有一定的指导意义。     

Rippling instability of a collapsing bubble

When a bubble of air rises to the top of a highly viscous liquid, it forms a dome-shaped protuberance on the free surface. Unlike a soap bubble, it bursts so slowly as to collapse under its own weight simultaneously, and folds into a wavy structure. This rippling effect occurs for both elastic and viscous sheets, and a theory for its onset is formulated. The growth of the corrugation is governed by the competition between gravitational and bending (shearing) forces and is exhibited for a range of densities, stiffnesses (viscosities), and sizes-a result that arises less from dynamics than from geometry, suggesting a wide validity. A quantitative expression for the number of ripples is presented, together with experimental results that support the theoretical predictions.     

基于CFD-EDM耦合的气吸式红枣捡拾机气力输送装置仿真分析

为明确气吸式红枣捡拾机气力输送装置的运动特性,开展了气力输送装置气固两相流的模拟研究。基于气固两相流理论,分别建立了计算流体模型与离散元模型,通过计算流体力学与离散单元法(computational fluid dynamics-discrete element method)耦合求解,对红枣从气力输送装置入口到出口的运动状态、颗粒分布和气流场分布进行仿真分析,通过仿真优化试验探究清选箱箱体的设计并试验验证。结果表明：①多数枣撞击拦枣栅和挡枣板后被排出,少数残留于箱体中,少部分被拦枣栅卡住或通过拦枣栅;②箱体的分离室与沉降室易产生涡流现象,增大能量损失,通过拦枣栅的平均流速为17.85 m·s^-1,气流轨迹混乱;③优化后箱体内部气流轨迹沿箱体路径运动并减少涡流现象发生,通过拦枣栅的平均流速减小为6 m·s^-1,可降低红枣因自身动能过大而造成损伤;④优化后箱体的拐角内径为200 mm、箱体入口高度为65 mm时结构最佳;⑤样机试验结果与仿真试验结果较接近。上述结果说明,采用CFD-EDM两相流耦合技术对气吸式红枣捡拾机气力输送装置仿真是可行的,且通过优化箱体结构缩短红枣在气力输送装置中的输送时间、提高样机工作效率,该研究结果可为气力式红枣收获机气力输送装置仿真与优化设计提供参考。