多孔介质数值仿真模型研究

多孔介质材料广泛应用于石油与化工等工程领域,该材料以其特殊的结构属性使得数值模型的建立较为困难,建立有效的多孔介质数值仿真模型能提高数值计算的精度。利用Workbench的Fluent流体仿真软件建立了直排颗粒堆积模型、叉排颗粒堆积模型和毛细管模型以模拟多孔介质材料,并基于k-ε湍流模型分别模拟了上述3种模型下的单相流流动特性,监测了3种模型的进出口压力,从而得出进出口的压差。3种模型的进出口压差对比发现,叉排颗粒堆积模型具有较大的流动阻力,毛细管模型的流动阻力最小。     

基于多孔介质模型的网格畸变屏特性研究

以圆形管道内垂直于来流的圆形和环形网格畸变屏为研究对象,通过基于多孔介质模型的Reynolds-averaged Navier-Stokes方程对其产生的流场进行计算分析,得到了圆形管道内网格畸变屏特性的规律性结果,并通过了风洞实验的验证。计算和实验的结果均表明,在圆形管道内,相同面积比的圆形和环形网格畸变屏对流场的作用规律基本相同;具有相同压力损失系数的网格畸变屏的面积比越大,其后亏损区和非亏损区的速度越高;相同面积比的网格畸变屏的压力损失系数越大,其后亏损区与非亏损区域的速度差越大。     

立式套筒生物质热风炉换热器流动与传热数值计算

以西北地区某温室增温设备为研究对象,为了提高该增温设备的换热效率,对换热器部件进行数值模拟计算.此次模拟采用realizable-湍流模型,速度和压力的耦合采用SIMPLEC算法,分别对直形、蛇形绕管换热器的换热性能即对壳程空气的加热情况进行模拟计算.结果显示,直行绕管换热器壳程气体平均出口温度为358.89 K,将壳程空气加热了354.04 K;蛇形绕管换热器壳程气体平均出口温度为368.89 K,将壳程空气加热了364.04 K.说明蛇形绕管换热性能较好,其管程中烟气温度降低幅度较大,壳程气体加热情况较好,流动速度分布均匀.     

多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:Ⅱ.数值模拟与试验验证

为验证笔者建立的自然多孔介质干燥分形孔道网络模型(袁越锦,杨彬彬,焦阳,等.多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:I.模型建立.中国农业大学学报,2007,12(3):65-69)的正确性,采用新鲜土豆切片进行热风对流干燥试验,并对干燥过程进行数值模拟。结果表明:分形孔道网络模型模拟得到的多孔介质内部温度、水分含量的分布与响应较规则孔道网络模型的更接近试验结果;分形孔道网络模型能合理地解释目前常用干燥理论所不能解释的湿斑和不规则干燥前沿等现象;多孔介质的喉径分布对干燥有显著影响,喉径分布不均匀程度越高,干燥时间越长;孔隙分形维数的大小与干燥时间无确定性关系。孔道网络模型考虑了多孔介质孔道细观结构对干燥过程的影响,在预测多孔介质内部水分分布与响应方面更接近真实干燥过程。     

猪活动区域多孔介质模型及其阻力系数的CFD模拟

旨在尝试将躺卧姿势下的猪体简化成不同几何形状以求取其阻力系数,并分析它们的差异性.本研究采用校核过的CFD模型,模拟探究了简化猪模型、半椭球模型、椭球模型和半圆柱模型4种不同躺卧猪模型对猪群区域在X、Y和Z3个垂直方向上阻力系数的影响,分析了4种模型对猪栏内气流以及压力分布的影响.结果 表明,椭球模型的惯性阻力系数相比...     

多孔介质干燥过程分形孔道网络模型与模拟:Ⅰ.模型建立

目前孔道网络干燥理论中普遍以“人造多孔介质”为孔道网络模拟的研究目标,尚未涉及实际多孔体的应用问题。以农副产品中常见孔隙直径范围(10-7~10-4m)的自然多孔介质为研究对象,运用分形几何学、多孔介质渗流物理和传递过程原理,建立了描述多孔介质干燥过程热质传递的分形孔道网络模型和规则孔道网络模型。模型中考虑了多孔介质孔隙内的液相流动、汽相扩散、温度梯度以及孔道微细结构特征等诸多因素对干燥过程热质传递特性的影响。为了更准确地契合自然多孔介质的孔道网络拓扑结构,应用分形孔道网络替代了通常采用的规则孔道网络。     

变形介质承压含水层渗流数值模拟研究

针对变形介质承压含水层完全井的渗流问题,建立了变形介质稳定渗流数学模型,并采用数值方法进行模拟研究。结果表明：在相同的出水量条件下,介质变形系数越大,则含水层水位降深也越大;相同的介质变形系数条件下,随着出水量的增大,含水层水位降深也随之增大。     

地源热泵U型管地下换热器的准三维模型

为了模拟地源热泵U型管地下换热器的运行工况，通过耦合不同方向的低维模型，在换热器进水口的边界处引入换热功率函数作为边界条件。求和平均管壁各点到区域中心的距离来计算线热源到区域中心的距离。从而建立一准三维传热模型，并运用有限体积法求解。模拟结果与试验结果的最大相对误差为3．48％。平均相对误差1．33％，精度满足工程要求。而且随着运行时间的推移，相对误差呈减小趋势。运用该模型模拟得到的U型管管内流体温度分布情况表明，钻孔深度为40m时，进水支管与出水支管的温升比为1．34；钻孔深度为80和120m时该比值分别为1．90和2．77，而出水支管的温升几乎相同：说明增加钻孔深度会加剧U型管2支管之间的热短路。     

计算流体力学湍流模型在喷管流场数值模拟中的比较

为了对Laval喷管流场进行模拟时得到准确和高效的结果,文章采用数值模拟的方法,针对可压缩粘性流动的S-A,k-ε,k-ω等湍流模型在收敛速度、质量流量误差、马赫数的误差等多方面进行了比较。最终得出采用k-ω湍流模型对Laval喷管进行数值模拟是有效的结论。     

石墨烯对喹诺酮在饱和多孔介质中运移的影响

为研究石墨烯（Graphene,GN）对喹诺酮类抗生素在地下水中运移的影响,以环丙沙星（Ciprofloxacin,CIP）和诺氟沙星（Norfloxacin,NOR）作为两种典型的喹诺酮类抗生素污染物,通过批量吸附实验和砂柱实验研究GN对CIP和NOR在饱和多孔介质中运移的影响。吸附实验结果表明,GN对两种抗生素污染物均具有较好的吸附性能,GN对CIP和NOR的Langmuir最大吸附容量分别为270.68 mg·g^-1和178.36 mg·g^-1。砂柱实验结果表明：随着多孔介质中GN含量从10 mg增加到80 mg,CIP和NOR在一维砂柱中的迁移能力降低;随着流速和电解质浓度（Na⁺和Ca²⁺）的增大,回收率逐步升高,CIP和NOR的运移能力也逐步增强。根据BDST模型对不同条件下的CIP和NOR在一维砂柱中的运移过程进行了模拟和预测,模型对穿透时间的预测值与实验值接近,表明BDST模型能较好地预测多孔介质中GN对CIP和NOR迁移能力的影响。     

油藏数值模拟中的有限元解法──双重介质三维三相热水驱油

作者将有限元法用于双重介质三维三相热水驱油的油藏数值模拟计算中,由所得到的泛函,构造了有限元算法,并采用空间八节点等参元网格对其实际油藏进行了试算,所得结果基本符合该油藏的实际开采规律。     

微生物在多孔介质中的迁移机制及影响因素

阐述了微生物运移机制,包括促进微生物运移的动力过程、阻滞或延缓微生物运移的阻力过程及生物过程3个方面,其中动力过程包括对流和水动力弥散作用,阻力过程包括过滤、吸附及解吸作用,生物过程因同时包含动力过程和阻力过程而单独存在。分析了动力过程、阻力过程及生物过程影响微生物运移的因素,其中影响动力过程的因素主要有流速及大孔隙,影响阻力过程的因素包括土壤质地、容重、含水量、土壤表面矿物含量、离子强度等,微生物自身因素有微生物种类、大小、表面电荷及营养状态。     

显式有限元技术在车身薄壁梁结构件数值模拟中的应用

对汽车碰撞中车身主要吸能构件之一的典型截面的薄壁梁进行了动态仿真．介绍了动态显式有限元技术的基本理论,指出了薄壁梁构件仿真的关键技术,即接触碰撞算法和焊点的模拟,着重讨论了对焊点的处理情况,并在自主开发的程序中完成了整个仿真计算,最后将有限元仿真结果和试验结果进行了比较,可以看出应用该算法能够较好地模拟梁的屈曲变形情况,算法的有效性得以验证。     

数值模拟方法在双洞式溢洪道体型优化中的应用

采用可行化k-ε湍流模型、VOF法界面跟踪技术及分区结构非结构网格区域离散方法,对甘肃九甸峡水电站双洞式溢洪道引水渠和溢流段的三维自由面流动进行了数值模拟,并以改善进口不良流态、消除堰顶较大负压,平衡两洞间的流量分配作为目标,对其体型进行了优化研究。结果表明,原设计方案过堰流动水面严重扭曲,且存在明显的负压,体型设计不合理;优化方案获得了理想的进水口与溢流堰曲线形式。所有计算结果与实测值吻合良好,说明数值模拟技术可以在岸边溢洪道的水力设计和体型优化中发挥重要作用。     

冻土区热油管道周围土壤水热耦合数值模拟

基于穿越冻土区埋地管道存在冻害破坏的安全问题,建立了多年冻土区埋地热油管道土壤冻融过程中温度场变化的数学模型。以中俄原油管道沼泽发育冻土区敷设管段为例,地表环境温度采用周期性边界条件,考虑土壤冻结过程中相变潜热对温度场的影响,采用多孔介质模型,利用有限容积法,对有、无保温层条件下埋地管道周围土壤温度场进行数值模拟。结果表明:在有保温层的条件下,管壁热流密度明显降低,且波动幅度减小;采用保温材料有利于降低冻土融化速率,防止冻土退化。     

双重介质油藏的数学模型及算法——三维三相热水驱油问题的数值模拟

本文对双重介质三维三相热水驱油的数学模型进行了数学处理。为便于数值分析、提出了相应的泛函,构造了算法,并进行了模拟计算,收到了良好的效果。     

数值模拟在食品预冷间设计中的应用

食品预冷是食品加工中常见的环节,对食品预冷间的设计有许多方面值得研究和探讨。随着数值模拟技术在制冷方面应用的不断成熟,可以借助计算机来对食品预冷间进行数值分析及系统优化。该文对食品预冷间的温度场、速度场进行了数值计算,并数值模拟了不同风管布置形式对流场的影响,从而对食品预冷的效果进行分析及优化设计。     

板翅式换热器结构优化及其性能数值模拟

板翅式换热器内部纵横两个维度的流量分配不均,导致其换热性能降低。基于单相流量分配理论和板翅式换热器内部流场特性,通过改变换热器进出口管个数、进出口方式、端部入口管相对位置等,建立了新型板翅式换热器结构。基于CFD方法的Fluent数值计算方法,对板翅式换热器优化前后的流量分配特性进行数值模拟,研究优化后的端部入口管相对位置、入口管个数及出口管个数对流量分配的影响规律。结果表明:改变进出口方式可以均衡各通道路径在入口和出口处的总压降,有效改善板翅式换热器的流量分配特性;优化后的板翅式换热器最佳参数组合是端部入口管相对位置为0.033、入口管个数为5、出口管个数为1,该结构可以使气相和液相的流量不均匀度降低约50%,对提高换热器换热性能具有重要意义。     

数值模拟方法在土壤水分运动中的应用

假定土壤中的水是不可压缩的纯水,土壤中各点温度相同,以一维腾发条件下土壤水分运动为研究对象,进行土壤水分运动数值模拟研究。