人体上呼吸道模型内气流和颗粒沉积的大涡模拟

为探索人体呼吸道内的气体流动和颗粒的运动沉积规律，建立了一个从口腔到前三级支气管的三维几何模型，采用大涡模拟方法计算了此复杂几何结构内的气体流动，并在拉格朗日框架下研究了颗粒的运动现象.讨论了在呼气和吸气过程中不同横截面的流动分布规律，统计了在不同工况下颗粒在呼吸道模型内各部位的沉积率.分析结果表明，不同级气管横截面的流动结构存在很大差异，颗粒沉积率主要受到呼吸强度与颗粒惯性的影响.为验证模型和模拟结果的正确性，将模拟得到的沉积率和文献中的实验数据进行了比较，两者吻合良好.     

Monte Carlo simulation for simultaneous particle coagulation and deposition

The phenomena of simultaneous particle coagulation and deposition are of great ubiq- uity and of key importance in nature and various engineering applications, including the precipitation and downfall of rain, ice, snowflakes, fog and hail, the scavenging of fly ashin electrostatic precipitator of power plant, the transplantation of fume in smoke flue of pulverized coal-fired plant, nuclear reactor analysis modeling aerosol’s diffusion and deposition when blasting, the suspension and sedimenta…     

高速列车转向架雪粒沉积特性数值研究

为了揭示高速列车转向架表面的雪粒沉积分布,建立基于临界捕获角度和临界剪切速度的雪粒沉积模型,采用拉格朗日方法模拟雪粒在气流中的运动,研究转向架表面的雪粒沉积特性. 研究结果表明,转向架构架底部、抗蛇行减振器、后轮对中间制动夹钳、牵引拉杆、抗侧滚扭杆区域为雪粒易堆积部位;转向架后部区域垂向面、前部区域水平面、角落区域黏附率高;无论是积雪量,还是黏附率,都是以转向架中部横梁区域为最大;各部件平均积雪量由高到低依次为：牵引拉杆、构架、摇枕、二轴制动夹钳、抗侧滚扭杆、一轴制动夹钳、横向减振器、二轴轴箱、一轴轴箱、空气弹簧、抗蛇行减振器、踏面清扫装置,其中牵引拉杆、构架、摇枕、夹钳2的平均积雪量比其他部件高出约1倍,二轴制动夹钳的平均积雪量比一轴制动夹钳高出约1倍;当临界捕获角度为30~60°时,临界捕获角度的变化对部件总的积雪量影响较小.     

数字显微全息中颗粒重建数值模拟

采用数值模拟方法研究了颗粒空间位置及间距对显微全息测量结果(颗粒位置和粒径)的影响,分别考察了颗粒在平行和垂直光轴方向上,电荷耦合元件(CCD)平面内不同间距和不同粒径情况下的颗粒重建结果,讨论了灰度阈值对颗粒识别的影响,并结合实验对实际拍摄得到的颗粒全息图进行重建分析.结果表明:在垂直光轴方向上,当记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为1、2、2μm;在平行光轴方向上,记录距离分别为5、50、100μm时,可以识别出粒径均为1μm的双颗粒的最小间距分别对应为2、8、16μm;在重建过程中,灰度阈值应设定为不小于0.5.     

六角切圆炉膛气流流动特性的数值模拟

在试验研究的基础上,采用K-ε双方程湍流模型对六角切圆燃烧锅炉进行冷态数值模拟,研究炉内气流流动特性,突出原始设计工况与各种改进工况的对比,分析原型锅炉受热面结渣的原因,数值模拟研究发现,燃烧器六角布置的锅炉具有不同于四角锅炉的独特的炉内空气动力场,侧墙燃烧器对炉内流场影响较大,上排燃烧器二次风假想切圆加大有利于炉内燃烧,与试验结果吻合较好,适当加大二次风假想切圆直径成为工程改造的有效方案。     

流态对粒子在矩形风管内沉降影响的模拟分析

采用雷诺应力模型（RSM）和随机轨道粒子模型模拟了粒径在10~200μm范围内的9组粒径的粒子在入口平均风速分别为2、4、6、8 m/s时,在截面尺寸为160mmx120 mm的光滑水平风管内各表面的沉积,重点分析了流态对粒子在矩形空调风管内沉降的影响.结果表明,流态对粒子在通风管道内沉积的影响较小.     

恒流堵塞器冲刷磨损特性的数值模拟

针对油田注水工况下,恒流堵塞器易受固体悬浮颗粒冲刷磨损作用的问题进行了数值模拟.以商业CFD软件F luent 6.1为基础,建立了恒流堵塞器流场三维几何模型,对堵塞器内部流场进行了计算;采用La-grangian离散相模型、Haider曳力公式和随机轨道跟踪方法求解了湍流中颗粒运动轨道;应用Bitter颗粒冲刷磨损模型对冲刷磨损失重进行了计算;对现场测试数据和数值模拟结果进行了对比,证明了数值模拟的有效性;对模拟结果数值上不够精确的原因进行了分析,指出了在注水流量控制装置流体磨损腐蚀分析中充分考虑电化学腐蚀和不锈钢钝化作用的必要性.     

三维气固圆柱绕流颗粒扩散的直接数值模拟

为了考察颗粒在圆柱尾流中扩散的运动机理，对气固两相圆柱尾迹流动进行了高精度紧致差分方法的三维直接数值模拟.在对气相流场进行高精度模拟的基础上， 采用了Lagrangrian方法来追踪颗粒场的运动.比较了不同颗粒Stokes数为0.01、1、10和不同Reynolds数为180和200下颗粒的扩散函数，考察了三维圆柱尾迹流流场中气相场的运动对颗粒相扩散的影响.模拟结果表明：当气相流场由二维特性向三维特性转变时，由于受到气流场展向涡的影响，颗粒的展向扩散函数有相当程度的增大.颗粒在横向上扩散函数随着粒径的增大而增大，而在展向上颗粒扩散函数则随着粒径的增大而减小.     

微颗粒在人体上呼吸道中运动沉积的数值模拟

为了揭示在人体上呼吸道中气流和微细颗粒的运动沉积规律,采用数值分析方法进行了研究.在广泛参考各种上呼吸道模型的基础上,建立了一个新的完整的从口腔-咽-喉-气管-支气管的三维几何模型.采用RNG k-ε模型描述气体的流动,并在拉格朗日框架下追踪颗粒运动.计算得到了模型内详细的流场和颗粒在不同部位的沉积情况,结果表明,颗粒沉积率主要取决于气流流速与颗粒惯性大小.为了验证模型的合理性与结果的正确性,将不同工况下颗粒沉积率的数值计算值与实验数据进行了比较,结果发现两者较吻合.     

声波驻波场中颗粒聚合特征模拟

该文在两相流动的理论框架下,建立驻波声-流场中颗粒的运动模型,研究流体和颗粒的物性参数以及超声驻波的声学参数对颗粒声波聚合运动的影响;研究结果表明,驻波场中颗粒聚合现象发生是有条件的,凝聚点不一定在声压节处,可能有一个偏差,驻波的频率、流体和颗粒密度、颗粒半径和时均声能密度对颗粒聚合的时间、凝聚点偏移都有影响;研究结果对声波聚合运动机理的认识和微尺度细颗粒处理设备的设计具有现实意义。     

气固两相流绕流H型翅片管流动及积灰特性的数值模拟

为评价锅炉尾部烟道烟气流过H型翅片管省煤器时的积灰特性,使用Fluent软件对气固两相流绕流H型翅片管进行了冷态数值模拟。对颗粒相的计算采用单向耦合模型,忽略固相对气相的作用,在给定进口速度及烟气颗粒相质量浓度条件下,得到绕流流场。计算结果表明:颗粒速度在H型翅片管迎风面呈M型分布;背风面呈W型分布。H型翅片管开缝既可提高迎风面驻点附近速度,增强轴向吹扫分流,又可增大背风面的回流扰动。这种速度分布特点使H型翅片管不易积灰。在此基础上,模拟了不同入口流速和颗粒质量浓度时的工况,计算结果表明H型翅片管在高速高质量浓度下工作效果同样较好。     

颗粒帘换热器气体变径均流装置的设计与实验研究

设计6种不同结构形式的颗粒帘换热器气体变径均流装置,测得各变径均流装置出口气流的纵向与横向分布及其流动阻力,并分析了入口气流流动特性对变径均流装置出口气流均匀分布程度的影响。实验结果表明:气体变径均流装置的流动阻力随出口气流均匀分布程度的增大而增大;变径均流装置出口气流均匀分布程度随入口气流Re数的增大而减小;5#变径均流装置出口气流纵向分布相对均方根值仅为0.072 1,横向分布相对均方根值仅为0.038 6,气流分布均匀程度满足实验精度要求,展现出良好的应用前景。     

鼓泡流化床流动特性的直接颗粒模拟

为了考察流化床中颗粒和气泡运动的基本规律，对两维鼓泡流化床进行了数值模拟.在假设气相为无黏不可压的条件下，求解了体积平均后的欧拉方程，并利用离散单元法（DEM）模拟了颗粒间的碰撞及颗粒与壁面间的碰撞过程.模拟中跟踪了约90 000个颗粒，统计了不同床高截面上颗粒及气体纵向平均速度的分布，并对不同表观空气风速和床高下床内压降以及压力波动进行了研究.结果表明，DEM方法能很好地模拟鼓泡床内的流动特性.在床内较低截面上，颗粒及气体的平均速度沿水平方向呈现两个峰，而在较高截面上合并为一个峰.且表观风速越大，气泡运动速度越高.     

采用动网格技术的煤粉-玉米秸秆掺烧飞灰沉积数值模拟

为了研究煤粉和生物质掺烧形成飞灰的结渣特性,采用基于动网格技术的计算流体动力学（CFD）模型对煤粉-玉米秸秆掺烧积灰结渣实验（玉米秸秆掺比分别为0、5%和10%）进行数值模拟. 模拟过程中考虑灰渣导热系数和灰渣表面温度的变化,并将模拟结果和实验结果进行比较. 模拟结果表明：飞灰撞击质量流率随沉积进行而减小,这是因为沉积物引起的动网格变化影响探针附近流场;3种工况下飞灰在探针表面的最终沉积效率分别为75%、80%和87%,说明了玉米秸秆掺烧形成飞灰的易结渣倾向;灰渣实时形貌在动网格执行下得以实现. 在换热特性方面,灰渣表面温度和热流密度的模拟值和实验值较为接近;3种工况下0~100 min热流密度降低率分别为52.13%、46.96%和53.25%.     

Numerical investigation of particle saltation in the bed-load regime

This paper numerically investigates particle saltation in a turbulent channel flow having a rough bed consisting of 2–3 layers of densely packed spheres.In this study,we combined three the state-of-the-art technologies,i.e.,the direct numerical simulation of turbulent flow,the combined finite-discrete element modelling of the deformation,movement and collision of the particles,and the immersed boundary method for the fluid-solid interaction.Here we verify our code by comparing the flow and particle statistical features with the published data and then present the hydrodynamic forces acting on a particle together with the particle coordinates and velocities,during a typical saltation.We found strong correlation between the abruptly decreasing particle stream-wise velocity and the increasing vertical velocity at collision,which indicates that the continuous saltation of large grain-size particles is controlled by collision parameters such as particle incident angle,local rough bed packing arrangement,and particle density,etc.This physical process is different from that of particle entrainment in which turbulence coherence structures play an important role.Probability distribution functions of several important saltation parameters and the relationships between them are presented.The results show that the saltating particles hitting the windward side of the bed particles are more likely to bounce off the rough bed than those hitting the leeside.Based on the above findings,saltation mechanisms of large grain-size particles in turbulent channel flow are presented.     

四种送风方式下室内热环境的数值模拟分析

利用CFD技术,采用Airpak软件,针对相同送风温度和速度,不同送风方式下的几种模型,利用Airpak软件进行数值模拟,研究了不同种气流组织形式对室内空气品质和人体舒适性的影响规律。模拟结果的对比和分析结果表明：模拟结果与实验测得的数据基本吻合,表明了Airpak软件模拟室内热环境的准确性与可靠性;在相同的送风参数、不同的送风形式下,室内空气品质是有很大不同;侧送下回送风方式的在工作区域的舒适性较高。     

四墙切圆锅炉水冷壁颗粒冲击特性数值模拟

为深入了解水冷壁壁面的颗粒冲击特性,使用AnsysFluent对660 MW超临界锅炉的燃烧过程进行数值模拟,通过Fluent内冲蚀磨损模型得出燃烧器区域壁面的颗粒质量冲击量;利用Fluent软件的Sample功能输出壁面颗粒数据,将点数据导入Excel处理,得到冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度及颗粒速度值的分布情况. 结果表明:燃烧器喷口对侧区域的壁面冲击量最大值为6 kg·m^-2·s,冲击燃烧器区壁面的颗粒最高速度可超过30 m·s^-1,其占比不足冲击总颗粒量的0.3%,20~25 m·s^-1的冲击颗粒占比接近10%,颗粒速度的主体为5 ~ 20 m·s^-1. 壁面颗粒冲击量及颗粒速度模拟结果表明,在后墙第二组燃烧器壁面存在着6 kg·m^-2·s的高颗粒冲击量及25 ~ 29 m·s^-1的高颗粒冲击速度同时作用的区域,易发生严重磨损.     

颗粒物在通风管道壁面上沉积的数值分析

为了探究颗粒物在通风管道壁面上的沉积特性,采用欧拉-拉格朗日方法,对粒径为0.003~30 um的颗粒在水平二维粗糙管道及光滑管道内的运动进行了模拟研究,并将两种情况的计算结果进行对比.首先,采用RSM模型得到两种管道内的时均流场,然后采用随机轨道模型得到颗粒物的运动轨迹并计算沉降速度.结果表明粗糙元增大了颗粒的沉降速度,对颗粒沉积的影响在粒径为1 um左右时最为显著,沉降速度提高约3个数量级,且在管道底面布置粗糙元还会增大顶部光滑壁面的颗粒沉降速度.     

电除尘器内斜气流特性的数值研究

采用多孔介质模型对电除尘器电场内部气流分布特性进行研究,调整气流分布板不同区域开孔率分布,并改变电除尘器本体结构,计算对应工况下电除尘器内部流场压力速度分布,对计算结果进行比较分析,提出最佳斜气流优化方案。结果表明:在进口烟道与电场入口之间加装三块不同开孔率的气流分布板,减小第三块气流分布板最底层的开孔率,可以形成有规律的斜气流,开孔率分布直接影响电除尘器内部斜气流特性。在调整后的开孔率分布下,改变电除尘器本体结构,使入口烟道低于出口烟道,可以优化斜气流型。     

基于策略模式的粒子群优化算法平台设计

为了扩大粒子群优化算法的应用范围和增强它的影响力,从软件重用的角度出发,考虑到算法流程的共性和个性,设计了一种基于策略模式的粒子群优化算法平台,此平台包含了基本的粒子群优化算法和经典的改进算法,可以解决连续优化和二进制组合优化问题.一系列的粒子群优化算法和优化问题被分别封装到相应的算法策略类和问题策略类中,这些类继承自一个具有统一接口的抽象基类.因此,该平台非常适合于粒子群优化算法的理论和应用研究,且易于维护和扩充.