双组分颗粒瞬态分级过程的三维CFD模拟

为了深入研究双组分颗粒体系的流态化特性,采用基于欧拉-欧拉方法的多流体模型,对气-固流化床内双组分颗粒混合物的瞬态分级过程进行三维计算流体力学(CFD)模拟,考察残差定义形式、最大颗粒堆积率和壁面反射系数对瞬时分级程度的影响规律。结果表明:残差定义形式改变单位时间步长内的实际迭代次数,对瞬时分级程度产生重大影响;瞬时分级程度随着最大颗粒堆积率的增大而明显增大;壁面反射系数的减小会阻碍双组分颗粒混合物的分级行为,导致瞬时分级程度显著降低。     

混合颗粒床中颗粒轨道模型及其数值模拟

以含粒状、管状火药的混合装药结构火炮为工程背景，建立离散的颗粒轨道模型。气相用欧拉法描述，颗粒相和管状药用拉格朗日方法描述。两相的相互作用反映在守恒方程的源项中。并用数值方法进行了求解，计算膛压和初速与实验有较好的一致性。     

箱梁断面静风力系数的CFD数值模拟

用计算流体力学(CFD)方法模拟了桥梁跨中断面周围的风场特征,不仅能得到流场的压力、速度和涡旋的分布,还提取了箱梁断面的三分力系数。分别采用不同密度网格划分对主梁断面进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较,选取最合理的网格划分方法。然后,对某一大跨度桥梁跨中断面的箱梁模拟了从-5°至+5°共11个整数度风攻角工况的三分力系数。并将数值模拟结果与风洞试验进行了对比,给出了不同攻角下的压强和速度分布,验证了采用CFD技术模拟桥梁三分力系数方法的可行性与可靠性。     

鼓泡床内双组分颗粒流动行为的数值模拟

为了模拟预测粒径和密度同时存在差异的双组分颗粒体系的分级混合行为,基于欧拉-欧拉方法建立多流体模型,采用颗粒动力学理论描述颗粒相性质,分别通过Gidaspow和Syamlal曳力模型描述气-固相曳力和固-固相作用力。结果表明,模拟得到的轴向和径向颗粒浓度分布与实验数据吻合较好;当在较小气流速度下出现分级行为时,床层底部富沉积组分层中沉积组分的运动十分有限,而在较大气流速度下处于完全混合状态时,床层内部颗粒运动较为剧烈。     

亚颗粒尺度颗粒群运动三维直接数值模拟

提出一种基于有限元的虚拟区域法,可在亚颗粒尺度上实现对三维颗粒群运动的高效直接数值模拟;基于虚拟区域法的思想将颗粒视为浸入在背景网格中的有限大小区域而非零维点,在有限元方法的离散方程中引入体现颗粒作用的动量方程源项以保证颗粒的刚体运动;给出了三维虚拟区域法的实现方式与数值检验结果,并对管道中的颗粒群实际运动过程进行了直接数值模拟,得到了颗粒群与流场相互作用的非稳态结果。结果表明,虚拟区域法不仅能够处理三维颗粒运动的颗粒边界条件,不需要重新划分网格,而且还可以用于进行多颗粒运动系统的亚颗粒尺度直接数值模拟,最终得到详细的速度场和受力结果。     

基于Herschel-Bulkley流变模型的自密实混凝土流动的CFD模拟

为研究和预测自密实混凝土在模板中的流动性能,该文使用了一种基于Herschel-Bulkley流变模型的CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟方法对自密实混凝土在自重作用下的浇筑过程进行二维和三维模拟并与实验室L型箱流动达到特定位置的流动时间和流动形态进行对比,分析结果表明:H-B模型用于自密实混凝土的流动模拟是可行的,与基于宾汉模型的二维模拟结果相比Herschel-Bulkley流变模型具有更高的准确度。该文最后对二维和三维模拟方法的特点和局限进行了讨论并提出建议。     

基于离散元方法的RDX-Al颗粒混合数值模拟分析

基于离散元方法,以旋转筒内RDX-Al二元颗粒体系的搅拌过程为研究对象进行模拟。采用离散元软件(EDEM),首先研究RDX-Al二元颗粒各自随转速的变化趋势,并进一步得出二元颗粒变化率的特点,做出分布上的拟合,得出最吻合模拟试验的函数为指数函数。然后,将旋转筒细分为多个单元空间,考察旋转轴与单元空间之间的距离对二元颗粒混合效果的影响。结果表明:单元空间离旋转轴越远,即旋转半径越大,颗粒之间的变化率也就越快,越容易达到均匀状态。最后,考察加入抄板的影响,结果表明:RDX-Al二元颗粒趋于的稳定值分别发生了改变。     

基于电化学-力耦合模型的锂离子电池充电过程中石墨颗粒的应力模拟

在锂离子电池的充放电过程中,随着电极颗粒中锂的嵌入和脱出,颗粒会发生膨胀和收缩而导致应力的产生,应力过大时会发生电极材料的脱落、破裂,致使电池内阻增加、循环性能下降、容量衰减,最终导致电池失效。该文对正负极椭球颗粒建立三维电化学-力耦合模型,计算了充电过程中电极颗粒的锂浓度分布以及负极石墨颗粒的应力分布。结果表明:两个颗粒接触的部位应力较大,且过大的应力会削弱锂离子的脱嵌能力,导致两个负极颗粒接触的部位锂浓度较低而两个正极颗粒接触的部位锂浓度较高。此外,颗粒表面径向应力为零,径向应力最大值出现在颗粒中心,最大切向应力出现在两个颗粒接触的表面。     

气固循环床上行两相流颗粒曳力系数研究

在高16m气-固循环流化废提升管内,通过测定表观气速、颗粒质量流率和不同轴向高度的床层平均颗粒浓度,结合对单颗粒进行受力平衡分析,间接获得了不同轴向位置的颗粒曳力系数。同时通过分析雷诺数、阿基米德数、床层颗粒浓度对颗粒曳力系数的影响,结合实验中所获得的数据,提出颗粒曳力系数的关联式。该关联式考虑颗粒的物性参数、操怍条件对曳力系数所造成的影响,其预测值与本文和文献实验值吻合良好,并且在一维轴向均相模型下较好预测了床层内轴向压力分布。     

自复位摩擦耗能支撑结构多尺度模型更新数值混合模拟方法

为提高复杂结构模型更新数值混合模拟精度及工程应用能力,提出自复位摩擦耗能支撑结构多尺度模型更新数值混合模拟方法。以OpenSees和MATLAB为计算平台,对二层带有自复位摩擦耗能支撑结构钢框架进行在线数值混合模拟。该方法采用容积卡尔曼滤波器算法,同时对单轴钢材Giuffre-Menegotto-Pinto材料本构模型和自复位摩擦耗能支撑构件模型进行参数识别,并更新整体结构数值模型。结果表明,与传统数值混合模拟方法相比,多尺度模型更新数值混合模拟方法有效提高了数值模型精度,显著降低了耗能、残余变形、顶层相对位移、最大层间位移角的相对误差,验证了多尺度模型更新数值混合模拟方法的有效性。     

基于全局敏感性的自适应模型更新混合模拟方法

基于全局敏感性(global sensitivity, GS)的模型更新混合模拟方法可以有效提升混合模拟精度并拥有较高的计算效率,然而该方法易陷入局部最优值。为解决此问题,在GS方法的基础上引入了动量和自适应步长的概念,提出了基于全局敏感性的自适应(global sensitivity adaptive, GS-A)模型更新混合模拟方法。以钢框架模型为例,对8个本构参数和模型几何参数进行参数识别,利用均匀设计试验方法,建立11个模型更新案例,分别进行了不更新、GS方法和GS-A方法的数值模拟分析。33组数值模拟案例参数识别过程、位移时程的对比分析表明：GS-A方法相对于GS方法,解决了参数组合陷入局部最优的问题,具有较高参数识别的精度和稳定性,提升了模型更新效果。     

基于CFD数值模拟分析的布袋除尘器改造

布袋除尘为物理除尘,滤袋的稳定使用是布袋除尘器正常稳定运行的关键因素之一,且袋除尘器阻力也逐步成为布袋除尘器的主要考核指标之一,袋除尘在使用过程中若袋除尘器内流场较差、局部高风速、各个袋室分风不均等会影响到袋收尘的收尘效率及滤袋的使用寿命。本文通过对袋除尘器改造前运行情况分析及改造需求,有针对性的进行设备改造,并通过CFD数值模拟进行验证分析,针对其特性进行流场优化设计,确保改造方案的准确性及可行性,降低设备阻力,提高滤袋使用寿命,解决布袋除尘器常见的破袋、阻力大等问题,确保布袋除尘器的正常稳定运行,从根本上解决用户痛点,满足用户需求。     

基于CFD的空调新风模块数值模拟

采用CFD软件,对空调新风模块的内部流场进行数值模拟,仿真发现新风模块的出口和蜗舌处出现较大范围低速区和回流,导致新风模块的气动噪音较大,本文针对这个问题提出了在出口增加挡块结构方案,仿真和试验结果表明,出口增加挡块可以改善出口处气流的流动情况,出口低速区消失,噪音降低1.2 dB (A)。     

基于颗粒动力学演化的磁弹体力磁耦合数值模型

基于颗粒动力学演化的磁致微观结构建立了横观各向同性磁弹体（MREs）三维几何模型,在考虑了磁场和变形耦合作用的基础上,依据当前MREs研究较热的两种磁颗粒作用模型构建了颗粒的控制方程,从而建立MREs多颗粒的力磁耦合数值模型,从细观角度研究MREs的力磁耦合性能。数值模型和剪切实验对比表明,点偶极子作用力模拟的MREs磁流变效应远低于实验数据,而多极作用力在量级上更接近实验数据。基于构建的数值模型,还详细探究了磁感应强度和颗粒浓度对磁致剪切模量的影响,模拟结果和实验趋势吻合较好,颗粒体积分数在20%附近时,相对磁流变效应达到最大。     

温度场对供料器管道内颗粒分布影响的CFD模拟

建立供料器管道内气固两相流的物理和数学模型,采用Fluent 2020 R2软件中的离散相模型(DPM)模拟供料器管道中温度场、压力流场和颗粒分布情况,搭建气力式混合机实验平台进行压力测试验证,并将考虑温度场和不考虑温度场影响时的仿真结果进行对比,研究温度场对供料器内颗粒分布的影响规律。结果表明:在供料器管道中,气相与颗粒相初始温度不同,气固两相流进行热量交换后温度逐渐趋向一致;考虑温度场影响时管道内的绝对压降大于不考虑温度场影响时,而且与实验测量值的误差仅为16%左右;在两侧管道出口段,随着Z轴向距离的增加,颗粒质量浓度分布从管道圆截面中心处低、壁周面高逐渐变为整个管道圆截面上近似均匀分布;相较于不考虑温度影响时的情况,考虑温度场影响时管道圆截面中心处的颗粒质量浓度降低了3.0%～8.7%,在管道圆截面上形成稳定均匀的颗粒质量浓度分布所需要的Z轴向距离要长。     

桥梁气动力CFD模拟中湍流模型的应用现状

近年来,计算流体动力学(CFD)在桥梁风工程中得到了越来越多的尝试与应用。CFD的应用不仅仅是顺应了计算机硬件浮点运算速度的快速发展,而且在处理复杂问题、时间及经济成本方面与风洞试验相比具有巨大的优越性。但是,这一优越性是建立在CFD求解结果具有实用精度的假设前提下的。该文综述了桥梁气动力CFD数值模拟中湍流问题的起源、各类湍流模型的本质特征及其适用范围与局限性。在此基础上,广泛调研了CFD在国内外桥梁气动力数值模拟中的应用,分别按静气动力与气弹两大类问题统计分析了目前CFD模拟与风洞试验结果之间的差距。结果表明,对于静气动力问题,CFD模拟的误差普遍在10%~40%之间;对于气弹问题,CFD模拟的误差普遍介于20%~300%。这一现实表明,以目前的水平,CFD尚无法独立于风洞试验而对桥梁气弹问题给出可靠的评估。要充分发挥计算流体动力学的优势,则必须结合湍流理论,加强各种湍流模型在各类桥梁气动问题中的应用基础研究。     

回转窑内颗粒轴向混合运动的数值模拟

为了研究不同粒径颗粒在水平回转窑内轴向混合运动机理,采用离散元软件EDEM对窑内颗粒轴向混合过程进行数值模拟,引入颗粒接触数动态跟踪颗粒的混合过程,以大、小颗粒接触数来衡量颗粒间的混合程度。结果表明:活动层内颗粒的运动速度较大;小颗粒轴向运动的主要方式是透过大颗粒间的间隙向大颗粒群渗透。     

分子模拟对多尺度材料模型应用

分子模拟方法能有效地模拟物质微结构层次的体系和状态。对于材料多尺度的分析和其模型的建立,分子模拟被认为是一种关键的技术之一。主要针对多尺度材料模型中的跨尺度统一性和多尺度多层次耦合的问题,阐述一些分子模拟方法在多尺度材料模型宏观以下尺度中的模拟应用。