脉冲防暴水炮近流场的数值模拟

为研究脉冲防暴水炮非稳态气液两相射流的雾化机理,采用一方程大涡模拟耦合有界压缩型VOF方法构建数值计算模型,对近流场进行数值模拟。从喷雾形态看,由数值模拟得到的气液两相界面分布图与近流场的高速摄影图像相符程度较高。对两者进行分析比较后发现,在近流场中高压气体膨胀为射流发展的主要动因。     

防暴水炮刺激剂破碎仿真研究

研究非致命性武器防暴水炮问题,刺激剂破碎雾化后能提升防暴水炮的作战性能.对防暴水炮进行研究能较清晰地看到刺激剂的破碎过程,为有利于进行破碎机理分析,提出采取大涡模拟(LES)和流体体积函数(VOF)相耦合的方法对气液两相流场在Open FOAM平台上进行仿真.仿真结果表明:初始扰动使液体表面产生不稳定波,随着扰动加剧,不稳定波迅速增长,并最终导致了液体的破碎.用不稳定性理论表示液滴的破碎参数,证明KH-RT模型能较好地实现防暴水炮气液两相流的破碎过程.     

锥形发射管脉冲防暴水炮雾化过程的仿真研究

研究防暴水炮优化雾化效果问题,采用流体力学和空气动力学理论,建立了脉冲水炮外流场数学模型.在VOF和LES模型相结合的基础上,将发射管形状由圆柱形改变为锥形,并利用OpenFOAM软件对近喷口流场进行了数值仿真。通过研究发现锥形发射管在雾化效果和射程上均优于圆柱形发射管,并通过对锥形发射管近喷口流场雾化形态、雾化角、速度云图的仿真、分析,确立了锥度为α=87.74°的发射管较为合理,为脉冲水炮进一步优化提供了借鉴意义。     

脉冲防暴水炮运动参数仿真研究

研究增大脉冲防暴水炮的有效射程问题,脉冲防暴水炮是用于处置群体性骚乱事件的大型非致命武器装备,在实战中发挥了重要作用。为改善防暴水炮射程和刺激剂雾化效果,就需要对脉冲防暴水炮的运动参数进行优化设计。通过建立数学模型,然后运用FLUENT流体仿真软件进行运动仿真,最后结合Tecplot后期处理软件的分析,得出了初始压力、初始水量、初始射角等运动参数对水炮射程及雾化效果的影响。在综合各种因素的基础上选择出最佳初始压力和最佳水量,仿真效果比较有效,为设计提供了依据。     

扑翼的非定常水动力特性数值研究

研究水下推进装置结构优化设计问题,建立了扑翼的简谐运动模型,根据有限体积法和非结构动网格技术,完成了对扑翼运动的非定常建模研究.通过计算得到了扑翼运动的水动力特性及流场的变化规律,提出了扑翼产生的涡的特点及其作用机制.计算结果表明:在简谐运动驱动下,扑翼运动能产生较大的推力,而产生的升力较小;扑翼运动过程中伴随着涡的生成和脱离,尾涡能有效地提高扑翼产生的推力,前沿涡能抑制推力的产生和延缓升力的下降趋势.以上研究为水下推进装置优化设计提供了参考依据.     

后视镜表面压力特性的数值分析

为降低由后视镜引起的汽车气动噪声,选取普通后视镜外形作为基础模型,选取后视镜的前脸厚度、后脸深度以及迎风角度作为3个可能影响后视镜表面压力的参数,以大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)方法为手段,用FLUENT对非结构网格进行数值求解,分析汽车后视镜表面压力特性. 计算选取的雷诺数为520 000(以后视镜直径为特征长度),对应的马赫数为0.11. 实验测试表明,后视镜表面测点平均压力因数的数值计算结果与实验结果一致;后视镜前脸厚度、后脸深度以及迎风角度均对后视镜表面压力有显著影响;LES方法可以应用于后视镜表面压力特性的分析.     

合成气燃烧数值模拟与验证

以整体煤气化联合循环(IGCC)系统中的合成气燃烧室为研究对象,针对天然气改烧合成气后非预混火焰的燃烧特性开展数值模拟与实验验证,经与实验数据对比,结果显示大涡模拟能够准确预测燃烧室内的平均流场与温度场、速度脉动分布,对燃烧过程产物OH自由基的预测与实验结果有所偏差,为后续分析工作奠定基础。通过将数值模拟与实验测量相结合,对同一喷嘴结构燃烧室内使用天然气、氢气、一氧化碳以及合成气等不同燃料时的燃烧特性进行了对比分析,结果表明该喷嘴结构适用于合成气燃烧,与天然气火焰相比,合成气火焰在喷嘴出口位置形成的高温区对改善合成气燃烧室的不稳定性具有积极的意义,同时燃烧室壁面的热负荷更高。     

四气门柴油机进气过程三维数值模拟

为减少柴油机的污染物排放、降低油耗和燃烧噪音,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟,对车用电控四气门柴油机进气系统进行不同气门升程下气流稳态流动的数值研究,揭示四气门柴油机的进气流动特点以及气门开度对缸内涡流形成的影响和变化规律.仿真结果为电控四气门柴油机的气道设计、喷雾与燃烧的组织与优化提供理论依据.     

不同结构三通内冷热水混流特性的数值仿真

针对三通管中冷热水混流形成的热波动现象容易诱发管道的热疲劳,进而导致部件失效的问题,研究不同结构对三通管冷热水混流特性的影响.利用大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）方法对不同管径比和不同支管角度模型进行数值仿真.结果表明：支管入流在主管流动压迫下发生折转,从而在支管背流面上部形成涡旋,造成上壁面热波动较下壁面明显;当管径比增大时,在涡旋下通道主管流体流动有效面积减小,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域变长;当支管角度减小时,涡旋逐渐减小,冷热流体混流后的热波动程度减弱,需要的掺混区域同样变长.     

合成气非预混燃烧的数值模拟

针对合成气非预混火焰结构开展数值模拟和试验验证,分析天然气改烧合成气后燃烧特性的变化规律.结果表明,大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)在速度分布和温度分布的预测中与试验结果比较吻合,而在对燃烧过程产物(如OH自由基)预测中则与试验结果有所差异.采用数值模拟与试验测量相结合的方法,探讨和分析合成气燃烧特性的变化规律:与天然气火焰相比,合成气燃烧时高温区域更大,火焰稳定性较好;随着当量比提高,燃烧室热负荷不断增大,同时最高回流速度增大,火焰根部受到压缩,逐渐呈现出推举火焰特征.     

计算机数值仿真在汽车外流场分析方面的应用研究

对汽车外流场的计算机数值仿真的过程和方法进行了探讨，并建立了两种车型的空气动力学模型，通过对两种车型外流场的仿真计算，得到了它们的各种参数，借此对它们的空气动力特性进行了分析，取得了比较满意的结果。     

脉冲涡流厚度检测仿真与实验研究

基于瞬态磁场的轴对称特性,利用有限元方法建立了脉冲涡流厚度检测的理论模型。仿真分析了被测金属板材在不同电导率和厚度参数时的探头差分信号并选择探头差分信号峰值作为信号特征。经分析发现：电导率一定时,差分信号峰值随被测金属板材厚度的增加呈递增趋势;被测金属板材厚度相同时,电导率越大差分信号峰值就越大。运用建立的试验系统进行实验研究,结果表明,实验与仿真结论一致,表明了所建模型的正确性和仿真结果的可信性。     

数控弯管加工过程仿真系统

论述了数控弯管加工过程仿真中的几项关键技术,建立了系列数控弯管机床的总体仿真模型,给出了仿真指令的定义和描述导管中心线的分段有理二次Bézier参数曲线方程表示,实现了弯管加工过程仿真中导管的动态成形.最后提出了一种弯管加工过程的碰撞干涉检验算法.     

三聚氰胺工艺的动态仿真

三聚氰胺工艺是化工领域中比较复杂的工艺流程,由于过程的复杂性和不稳定性,实际生产中难以控制,很难建立数学模型进行计算.为解决上述问题,对尿素高压法制备三聚氰胺的过程进行模型化和动态仿真的研究.通过对体系进行物料平衡和能量平衡分析,在可靠的热力学和反应动力学基础上,建立了数学模型,并根据模型的形式选取了适当的数值计算方法求解模型体系,最后完成了本工艺流程的动态仿真.仿真结果与实际生产的工艺参数吻合得较好,验证了模型的正确性.     

动态模拟在流程工业智能工厂实验系统中的应用

以炼油工艺流程中常减压精馏装置的动态模拟为基础,介绍了动态模拟在流程工业智能工厂实验系统中的应用．对“动—稳”态混合仿真、动态模拟在系统辨识课件开发和在半实物仿真系统上的应用进行了详细的分析．     

外力作用下番茄植株形变的动态模拟

提出一种模拟番茄植株形变过程的计算机方法.该方法针对番茄的虚拟模型,结合材料力学中弹性杆的变形计算原理,给出计算番茄主茎和叶轴变形的数学公式,并基于阻尼振动原理,模拟了枝茎变形后的形态恢复过程.该方法已经使用OpenGL在NVIDIA GeForce3图形硬件上实现.实验结果显示,利用这种方法可以实现不同拉力和触动力作用下番茄植株形变过程的可视化模拟.     

TDI生产过程分离序列流程仿真

TDI生产工艺是最复杂的化工生产工艺流程之一.该文主要介绍TDI生产工艺中分离工段的动态仿真.该仿真对TDI各分离塔在一定的简化假设的基础上建立了动态仿真机理模型,保证了仿真结果的适应性和外推性.在求解相平衡常数过程中采用了双层法思想,以简化模型和严格模型分别做内外两层迭代计算,很好地解决了动态模拟中精度与速度难以兼得的问题,仿真效果好.此研究成果已经成功地运用于某化工厂对员工的上岗操作培训,培训效果显著.