油水两相流Darcy-Stokes模型

塔河油田缝洞型油藏的溶洞可分为微小溶洞溶孔和大溶洞,部分大溶洞未被充填,未充填的大溶洞内部不存在多孔介质,流体流动属于自由流动,流动规律符合Navier-Stokes方程,油藏存在自由流动区和渗流区,流动规律符合Darcy-Stokes耦合模型.针对塔河油田的流体特征,将现有的用来描述单相不可压缩流体流动的Darcy-Stokes模型扩展到油水两相的微可压缩流体,并根据未充填溶洞内压力差异小这一特征,对油水动量守恒方程进行简化,所得到的动量守恒方程在形式上与不可压缩流体的相同,但流体密度和粘度仍然是关于压力的函数.模型中引入了Beavers-Joseph-Saffman边界条件,并将该条件扩展到两相流.将Darcy-Stokes模型应用于数值试井,结果表明,尽管采用双重介质渗流模型和Navier-Stokes模型都可以得到很好的拟合效果,但是后者的解释成果更接近三维地震解释所预测的地质模型.     

单相可压缩流体网络的动态实时仿真

单相可压缩流体网络的严格机理模型是形式复杂的偏微分方程／代数方程组,它不能作为化工,热工仿真培训器的实时动态仿真模型。本文采用的改进的单相可压缩流体网络的动态模型－节点压力模型是常微分方程／代数方程组,它在宏观上描述了单相可压缩流体网络的动态特性。该模型不仅适合整个网络建模。而且适合若干工段构成的子网络的建模。它采用了可变流动阻力系数,能够处理管路阻力与流体流动方向相关的特殊问题,利用基于隐式欧拉     

二维可压缩可混溶流体驱动问题特征差分法的最大模估计

二维可压缩可混溶流体驱动问题的数学模型包含三个非线性发展方程。对此结合特征差分法和双线性插值方法来求解,并采用最大模估计该格式的收敛性。     

量纲分析的进一步细化

应用相似性理论, 利用物理概念及数学方法,讨论了量纲分析法的进一步细化.以不可压缩流体从水槽流出、可压缩流体从水槽流出以及均匀吸入或鼓出的粘性流体的流动为例,从物理概念入手,运用数学方法,得出物理意义更明确的细化解.对于量纲分析方法的实际应用将是有益的.     

边界数据浸入法在弱可压缩流动中的应用

受限于计算机的计算能力与计算的成本,实际的计算过程中,往往要对流体做出一些物理假设,如无粘流体、不可压缩流体等,但是这将给计算带来不同程度的误差. 为解决此问题,提出了一种对弱可压缩粘性流动问题进行求解的数值方法. 该方法不仅可以对计算域内包含静止固体的流场进行计算,也适用于包含运动固体的弱可压缩粘性流场的求解. 该方法从水的状态方程开始,对弱可压缩粘性流体运动的速度与压力方程进行了严格推导. 考虑到流场中固体的影响,使用边界数据浸入法(Boundary Data Immersion Method, BDIM)将流体子域与固体子域之间耦合,而所使用的BDIM可将流体及水下声学计算中的运动物体准确地表示出来. 因此,本文首次将弱可压缩粘性流动计算与BDIM结合起来,并解决了考虑流体的弱可压缩性与粘性的流场求解问题. 为验证所提方法的有效性及准确性,计算了3个二维经典算例,并将计算结果与采用其他方法所得数据结果进行比较. 对比结果表明,在考虑流体的弱可压缩性与粘性的前提下,本文所提出的新算法可对运动流体中存在静止或运动固体的流场进行准确有效的计算.     

量纲分析的进一步细化

应用相似性理论，利用物理概念及数学方法，讨论了量纲分析法的进一步细化，以不可压缩流体从水槽流出，可压缩流体从水槽流出以及均匀吸入或鼓出的粘性流体的流动为例，从物理概念入手，运用数学方法，得出物理意义更明确的细化解，对于量纲分析方法的实际应用将是有益的。     

流体网络仿真模型及其自动生成软件

介绍ＳＴＡＲ－９０仿真系统下的流体网络仿真模型及其生成软件。该模型采用矩阵方法 求解非线性方程组,对可压缩和不可压缩流体分别采用了不同的流量计算公式进行计算,克服 了求解非线性方程组的“病态”问题,提高了模型的精度。该软件完全继承了ＳＴＡＲ－９０仿真 支撑系统的模块化建模方法,提高了流网模型的建模效率。     

有限长加筋双层圆柱壳低阶模态声辐射性能分析

采用Fl櫣gge壳体方程描述圆柱壳体的振动,通过将加筋结构等效为反力和反力矩加在圆柱光壳表面上,然后将其引入到壳体振动方程中去.采用Helmholtz波动方程和壳体表面的边界条件来求解位于内层壳和外层壳之间的环形流体,并利用傅氏变换,可以求出声压的表达式,理论结果用辐射声功率和辐射效率的形式表示,详细研究了低阶模态的辐射声功率和辐射效率,说明低阶模态对声辐射起主要作用.分析了壳体的固有模态、激励力和声辐射三者之间的关系,这为用主动控制方法降低有限长加筋双层圆柱壳的振动噪声,提供了理论依据.     

矿井通风非线性网络建模与控制器设计

矿井通风系统是矿井安全生产的重要组成部分,为了解决因通风网络控制和设计不当而引起的瓦斯爆炸等问题,根据通风网络分支间流量和压力相互影响的动力学特性,利用电路Kirchhoff电流电压定律、图论原理和每一分支的流体动力学方程(微分方程),建立了矿井通风网络的多变量非线性全阶和降阶模型,其中分支的模型利用不可压缩的Navier-Stokes方程为集中参数逼近来建立,然后基于反馈线性化进行非线性控制器设计.建立的非线性模型反映了矿井通风流体运动的非线性本质,克服了流体运动的非稳定性.仿真结果表明,设计的控制器能使通风流量和压力可以快速地收敛于其参考值,风量控制准确率除了分支1为98.11%,其它均超过99%,实现矿井通风的精确控制.     

C.R.Johnston直接法求解受弹性地基约束充液粘弹性管中的非线性波

研究了管壁受弹性地基力的充液粘弹性压力管道中的非线性波.假设管壁是粘弹性的,地基反力采用Winkler线性地基模型,管中流体为不可压缩理想流体.假定系统初始处于内压为po的静力平衡状态,此后的扰动是叠加在静力平衡状态上的.由管壁法向平衡方程和流体质量守恒、动量定理建立了流固耦合的非线性运动方程组,进而用"C.R.Johnston直接法"求解得到了系统的孤立波解.结果表明,"C.R.Johnston直接法"是一种求解非线性波的简洁、高精度的方法.     

超光速现象理论基础探讨

从可压缩连续介质角度探讨超光速波动现象的理论基础.给出一种可以在空间二级精度上兼容相对论然而又允许超光速介质运动存在的数学描述,它可以解释A.Sommerfeld提出的粒子在超过光速后减小能量反而加速,吸取能量反而减速的现象.证明了无粘不可压缩流动的Navier-stokes方程可以改写成和电磁场方程相同的表达形式,并把这种关系延拓到非牛顿流体.借助用数学推理系统,证明洛仑兹(Lorentz)时空变换就是一种波速为无穷的波动方程到波速为有限值的中间变换.洛伦兹时空加不可压缩的方程组就等于伽里略时空里面的可压缩方程组.并给出可压缩流动的广义相对论线元,这样就可以合理解释中微子非零质量的实验结果     

可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹尖端场

为了研究粘性效应作用下的动态扩展裂纹尖端渐近场,建立了可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹的力学模型,推导了可压缩材料Ⅰ型动态扩展裂纹的本构方程.在稳态蠕变阶段,弹性变形和粘性变形同时在裂纹尖端场中占主导地位,应力和应变具有相同的奇异量级.通过渐近分析求得了裂纹尖端应力、应变和位移分离变量形式的渐近解,并采用打靶法求得了裂纹尖端应力、应变和位移的数值结果,给出了应力、应变和位移随各种参数的变化曲线.数值计算表明,弹性可压缩变形对Ⅰ型裂纹尖端应力场影响甚微,而对应变场和位移场影响较大.裂纹尖端场主要受材料的蠕变指数n和马赫数M控制.当泊松比v=0.5时,可以退化为不可压缩粘弹性材料Ⅰ型动态扩展裂纹.     

Numerical simulation of shock wave interaction with a deformable particle based on the pseudo arc-length method

In this paper, we combine the pseudo arc-length numerical method with the mathematical model of multiphase compressible flow for simulating the shock wave interaction with a deformable particle. Firstly, an arc-length parameter is introduced to weaken the discontinuous singularity of governing equations, and an efficient pseudo arc-length numerical method of multiphase compressible flow is proposed. Then the accuracy and adaptive moving mesh property of this algorithm are tested. Finally, the multiphase pseudo arc-length numerical method is applied to the problem of interaction between shock wave and the deformable particle. Through the flow flied change and data analysis of key points, it can be found the complex wave structures are presented after the interactions between the planar incident shock wave and the metal particle, and all these wave interactions lead to the movement and deformation of metal particle, and then the deformed particle will affect the transmitted shock wave back. According to the discussion, the deformation of particle and shock wave propagation in the particle are determined by the shock wave impedance of each medium and shock speed, so the interaction between shock wave and the deformable particle can be studied on the basis of physical properties of explosive mediums.     

螺旋槽干气密封特性有限元分析

从可压缩气体的基本方程出发,对螺旋槽干气密封特性进行了有限元分析,推导了相应的离散方程,得到螺旋线槽气体密封端面间隙内气膜的压力分布,并把计算结果和文献中的实验值进行比较,验证了计算结果的正确性,对螺旋槽密封参数的进一步研究具有重要的指导意义.     

非定常Stokes方程的最小二乘混合有限元方法

通过引入一个新的速度变量可以将非定常可压缩的Stokes方程转化为一个一阶方程组,并对这个一阶方程组采用最小二乘混合有限元方法进行计算,得到了L2模的最优估计。     

Navier-Stokes方程预处理方法及其对翼型绕流数值模拟的应用

在与定常方程相容的情况下,通过对N av ier-Stokes方程的时间导数项实施Cho i及Turkel矩阵预处理,发展了适用于低、亚、跨声速粘性流动的有效的预处理方法。对预处理后的控制方程采用了Jam eson格式进行有限体积空间离散和Runge-K utta显示时间推进求解,以及采用了FA S多重网格方法加速收敛。对RAE 2822、GAW-1等不同类型翼型进行了低速和跨声速流动的数值模拟。算例表明:Cho i预处理方法和Turkel预处理方法均有效改善了时间推进方法对低马赫数流动计算的收敛性,而且提高了计算精度;预处理方法同样适用于跨声速非线性流动的计算,且表现出了一定的加速收敛效果。     

SF6断路器中气流分析的流体网格法

提出了应用于ＳＦ６断路器弧室中复杂流场数值分析的流体网格（ＦＬＩＣ）法，建立了灭弧室气流场的基本控制方程和任意三角形的差分格式，解决了具有任意复杂边界形状的跨音速流的求解问题，给出了用该法计算一台ＳＦ６断路器短路开数据时弧室内热气流流场的应用实例．     

矿井火灾引起节流和浮力效应的理论研究

将风网中的风流视为一维可压缩流体的非定常流动，导出了矿井发生火灾时巷道内空气温度的计算式和空气非定常流动的运动方程，进而获得节流和浮力效应的计算模型。并给出了算例，采用此模型，将使矿井火灾灾变时期风流状态变化过程的研究更接近实际，还可以自动将节流和浮力效应加入网络解算模型中。     

基于FLUENT的全焊接球阀在不同介质下流场的模拟及分析

利用FLUENT软件对全焊接球阀(筒状)内部三维流场进行数值模拟,探究球阀从关闭到完全开启过程的流量特性。以不可压缩介质(水)为例,分析7个不同开度(10%、30%、50%、70%、80%、90%、100%)下球阀内部流场的变化情况,得到该球阀的前后压差和进出口流量,并计算得到球阀的流阻系数,然后根据相关公式求得不同开度下水的流量系数。通过对比可压缩介质与不可压缩介质的特性,利用密度比转换,求得可压气体(天然气)在不同开度下的流量系数,进而得到可压气体的流量系数与开度之间的关系曲线。与球阀的工作流量特性对比分析发现,模拟结果符合实际,为可压缩介质在球阀中流动状态的研究提供参考。