冶金中三维流场数值计算的有效方法——SIMPLE算法

本文在国内第一次将 SIMPLE 算法[Semi-Implicit Method for Pressure-Linked Equation]应用于求解冶金中的湍流场,采用 K-ε双方程模型,数值计算了两工况条件下连铸结晶器内四孔水口向上15°的工艺下的三维流场,得出了与实测结果相一致的流场特点和速度松驰因子的新经验值α=0.25及压力修正因子αp=0.5.本文的研究结果是进一步研究冶金中各种湍流场.结晶器内的传热模型,夹杂物分离模型、铸坯的凝固特性和表面质量的前提和基础.     

汽车排气总管三维流场的有限元分析

建立了排气总管三维流场的有限元模型,用有限元法对排气总管内的湍流流场进行了三维数值模拟、计算,取得了理想的结果,能真实地反映流场的三维特征和湍流特性.     

气-气混合器的三维流场数值模拟

应用RNG的k-ε双方程湍流模型,采用四面体和六面体混合网格,利用CFD技术对气体喷射流混合器内的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到混合器内流场、湍动能、压降及混合浓度场的变化.数值计算表明混合相对均匀、压力降可满足工艺要求.     

离心式超细空气分级机内腔流场分析

采用ｋ－ε双方程湍流模型处理分级机内腔气流场问题,参照ＰＨＯＥＮＩＣＳ计算流体力学程序,对分级机内腔的气流场进行数值计算。并将数值计算结果与五孔球形探针的测量结果相比较。绘制分级机内腔气流场中三维速度、压力分布的数值计算结果与五孔球形探针测量结果的比较图谱。结果表明,测量流场的速度、压力分布与数值计算值吻合较好,从而说明数值计算的流体力学模型是合适的。     

SK型静态混合器内的三维流场数值模拟

利用专业的计算流体力学软件Fluent对SK型静态混合器内的三维不可压缩湍流流场进行数值模拟．计算过程中采用雷诺时均方程和标准的k-ε湍流模型，得到静态混合器内混和物中2种流体的速度场分布相同并且关于其轴线成对称分布的规律．单个混和元件其流体速度的最大值出现在中间的横截面处．利用后处理软件对计算结果进行分析，为其性能测试提供了理论依据．     

外旋32型刹克龙内流场的数值模拟

应用PHOENICS程序,采用三维贴体网格,Chen-Kim湍流模型对外旋32型刹克龙内气相流场进行了三维数值模拟.数值模拟结果与实验数据基本相符,对比发现Chen-Kim模型较适合于模拟涡旋流动,可以用来进行旋风分离器的流场模拟.     

有射流冲击的短扰流柱排内流场的数值模拟

采用隐式有限体积法术解三维Navier-Stokes雷诺时均湍流方程，对涡轮叶片尾缘区内有射流冲击的短扰流柱排通道内流场进行了数值模拟。湍流模型采用RNG k-ε双方程模型，近壁处湍流利用双层非平衡壁面函数法处理，采用SIMPLE算法求解速度与压力的耦合。数值计算详细的揭示了有射流冲击的短扰流柱排内的流动发展过程以及射流冲击对流场分布和压力分布的影响，并与实验结果进行了对比研究，计算结果和实验数据符合较好。     

高层建筑周边三维瞬态风场的混合数值模拟

为了改进高层建筑周边瞬态风场数值模拟方法的计算效率,在随机流场生成方法和计算流体动力学(CFD)的基础上提出高效的混合型数值模拟方法.采用雷诺应力模型求解标准高层建筑模型(CAARC)周边的时均化湍流场,结合获得的雷诺应力张量修正瞬态风场的风功率谱.运用随机流场生成方法和快速傅里叶变换技术模拟得到该建筑周边的三维脉动风速场.以谱密度函数、互相关函数以及空间相关系数为特征指标量,对风速场模拟样本的物理和数值特征进行验证.研究表明：计算得到的风场满足流体不可压缩条件,与传统模拟方法的结果相比更符合风谱能量分布等真实大气湍流物理特征,证明提出的瞬态风场混合模拟方法可以高效准确的求解受建筑干扰后的真实三维脉动风速场.     

气-气混合器的三维流场数值模拟

应用RNG的k-ε双方程湍流模型,采用四面体和六面体混合网格,利用CFD技术对气体喷射流混合器内的三维不可压缩湍流流场进行了数值模拟,得到混合器内流场、湍动能、压降及混合浓度场的变化．数值计算表明混合相对均匀、压力降可满足工艺要求．     

沟槽非光滑表面流场的数值分析

利用有限体积法对三角形仿生非光滑沟槽表面流场进行了数值计算。近壁面区采用B-L两层模型,外区采用雷诺应力模型。分析了沟槽表面的流场特性,对计算域中心Z=3 mm平面的速度场和湍流统计量进行了研究。顶点间距s+≈20,h+≈17.3的沟槽减阻率为5.2%;s+≈40,h+≈34.6的沟槽增阻率为12.3%。从速度场、剪应力及湍流统计三方面对沟槽表面减阻、增阻机理进行了分析讨论。与风洞和油槽实验数据定性对比的结果表明,理论计算与实验结果一致。     

圆周形涡流动速度场的数值模拟研究

以圆周形涡流体为研究对象，通过数值模拟的方法对其内部速度场进行研究，较准确得验证了流体速度场的分布特性．为各种流体运动可视化研究领域提供一个清晰的概貌，为矢量场可视化的研究发展提供参考．     

低速轴流叶轮流场气动声学试验研究

以低速轴流风扇的弯掠叶片为对象,通过气动声学试验,获得了不同运行工况下声压级的变化规律,对比研究了叶片周向弯曲方向对低速轴流风扇气动噪声的影响.结果显示,低速轴流风扇尾迹宽度的径向分布规律受叶片弯曲方向的影响不大,即叶轮尾迹宽度沿径向都呈现逐渐减小的变化规律.与后弯叶片相比,前弯叶片的降噪性能更强.     

NP凹陷速度场建立与应用

将均方根速度转换为平均速度并空间网格化形成平均速度场,再利用VSP、声波测井等数据对初始速度场进行校正得到高精度的速度场。将解释层位与平均速度场匹配做时深转换达到变速成图。这是一种精度较高、操作性较强并适合于NP凹陷的变速成图方法。     

Herrmann法在结构设计速度场分析中的应用

探讨了基于变分法的敏度分析在形状优化设计中的应用 ,提出敏度分析过程中提高速度场求解效率和有限元网格质量的新方法 .在形状优化设计中采用基于变分法的敏度分析方法 ,设计速度场采用Hermann网格均匀化法进行求解 .算例表明优化过程中采用Herrmann网格均匀化法求解设计速度场 ,可以提高优化过程中网格的质量 ,速度场的求解效率也得到极大的提高从而优化的效果和效率都有明显提高 .在形状优化过程中 ,采用基于变分法的敏度分析 ,可以使敏度分析成为单独模块 ,在进行设计速度场求解时采用Herrmann法 ,使速度场求解的效率和优化过程的质量得到保证 .     

蓄热式加热炉内速度场和压力场的数值模拟

建立了蓄热式加热炉内气体流动的三维、稳态流动数学模型,求得了炉内速度场和压力场;在此基础上,探讨了在不同出口压力工况对炉内速度场和压力场的影响。研究结果表明,增大出口负压一方面可以显著增大出口处烟气的流速,但对炉膛其它部分烟气的流速影响不大,另一方面仅可以影响炉宽方向的压力水平,但不影响该方向的压力分布;此外,当出口负压从-600 Pa增大到-1 000 Pa时,炉门处负压升高并与外界的压差减小,蓄热式加热炉的运行状态得到了改善,但当出口负压继续增大到-1 200 Pa时,炉门处负压显著升高,蓄热式加热炉的运行状态受到了恶化。     

筛板充填浮选柱浮选流体的速度场分布

为了研究充填筛板对旋流-静态微泡浮选柱分选段流体环境的影响,分别用激光粒度测速仪（LDV）和计算流体力学软件（FLUENT）对分选段的流体速度场分布进行测试与模拟,结果表明,轴向速度在0.18-0.41 m/s之间,径向速度在-0.06-0.08 m/s之间.与柱分选段无充填情况进行对比,筛板减弱了流体切向流动速度的50%-60%,改善了流体和气泡的径向弥散不均匀状态,且使轴向速度分布更趋于均匀,降低了Pe准数,促进了浮选流体的＂塞流＂环境.最后,推导出在筛板充填浮选柱单相流体中单个气泡的运动速度.     

声波测井资料在平均速度场中的应用

在平均速度场研究中很少利用声波测井资料。这是因为声波测井资料本身的缺陷所致。通过对声波漂移值计算、声波漂移校正和声波浅层补偿时间计算，将声波测井资料校正为接近VSP精度，从而可用于平均速度场中对速度谱速度进行标定。应用该方法在XJ地区建立的平均速度场，经两口新井的VSP检查，最大绝对误差为54m/s，最大相对误差小于2％。     

河道水流三维流速场的数值模拟研究

为了寻求一种先进的数值模拟方法来研究河段水流的流场特性,采用VOF紊流数学模型对大渡河安顺场堤防工程兴建河段建堤前后的水流流速场进行了三维数值模拟研究,模拟计算了该河段堤防兴建前后流速场内流速大小、方向、水位等的变化情况。计算表明,VOF紊流数学模型是一种处理复杂自由表面的有效方法。该法不仅具有稳定性好,灵活性强和精度高的优点,而且网格划分灵活,因此能较好地模拟不规则河道边界,很适合于天然河道三维水流流速场问题的数值模拟研究。     

Velocity Field and Variation of Wall Thickness During Tube Dieless Upsetting

Theoretical analyses show that the variation of wall thickness is in direct proportion to outer-diameter, inter-diameter, and,（1 Rs平方根）Rs(Rs is sectional increase ratio of tube), the theoretical calculated results of wall thickness during tube dieless upsetting are very approximate to the experimental one. As the width of deformation field increases, both the variation of wall thickness and the derivative of wall thickness variation to width of deformation field (tf/to） reduce.     

燃烧参数对炉内温度场、流场和浓度场的影响

对天然气在高温蓄热式加热炉中的燃烧技术,运用Fluent软件通过数值模拟进行了研究.主要分析了影响炉膛内气流流动和温度分布的因素.研究结果表明:气流的相对速度对加热炉炉膛内的温度分布有很大的影响.天然气射流和空气射流的相对速度越小,加热炉内的高温区域越大,而且炉膛内的平均温度愈高,炉内的温度均匀性愈好;当空气的预热温度不变时,仅提高天然气的预热温度,炉内的最高温度和平均温度会随之提高;当空气的温度比较低时,随着天然气的预热温度的升高,燃烧产物中NO的浓度呈指数规律升高;当空气的预热温度升高时,NO的浓度随天然气的预热温度的升高呈指数规律降低.