基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟

针对TIG(钨极惰性气体保护电弧焊)焊接熔池中流场和温度场的耦合问题,建立了一定条件下的焊件上液体区域的温度、速度、压力等变量和固体区域的温度变量之间强耦合的三维瞬态控制方程及初始条件和边界条件,运用有限差分法与牛顿迭代法、超松弛方法相结合的数值方法对该数学模型进行了求解,并对0Cr18Ni9不锈钢薄板的TIG焊接熔池中流场和温度场进行了数值模拟.模拟结果验证了该数学模型和所采用的数值方法的有效性,为TIG焊接熔池的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供了理论依据和实验数据.     

基于有限差分法的焊接熔池中耦合场的数值模拟

针对TIG（钨极惰性气体保护电弧焊）焊接熔池中流场和温度场的耦合问题,建立了一定条件下的焊件上液体区域的温度、速度、压力等变量和固体区域的温度变量之间强耦合的三维瞬态控制方程及初始条件和边界条件,运用有限差分法与牛顿迭代法、超松弛方法相结合的数值方法对该数学模型进行了求解,并对0Cr18Ni9不锈钢薄板的TIG焊接熔池中流场和温度场进行了数值模拟.模拟结果验证了该数学模型和所采用的数值方法的有效性,为TIG焊接熔池的数值模拟及与其类似的实际问题的数值模拟提供了理论依据和实验数据.     

油藏热流固耦合渗流问题的有限元方法

提出了一种有效实用的求解油藏热流固耦合渗流问题的数值计算方法。该方法以有限元法为主，结合有限差分法，用有限元法求解耦合温度场方程和岩石耦合变形方程，用有限差分法求解流体耦合渗流方程，发挥有限元法网格技术和单元划分灵活的特点及处理复杂的油藏边界优势，兼顾了有限差分法在流场分析方面的成熟应用，使复杂的热流固耦合数学模型得以完整求解，取得了单向有限元法或有限差分法难以取得的效果，是一种新型的油藏数值模拟方法。     

耦合Riccati方程数值迭代方法

对一类非对称耦合的Riccati方程给出了统一的一般形式,用牛顿迭代法和不动点迭代法求解这类方程。在一定条件下证明了这两种迭代方法单调收敛到具有实际意义的最小非负解,并通过数值实验验证了本文所用方法的有效性。     

基于热湿耦合模型的三层多孔织物厚度决定反问题

在耦合的热湿传递数学模型基础上,提出了一类三层多孔织物厚度决定反问题。首先给出了完整的三层多孔织物热湿传递数学模型,使用有限差分法求解该模型,并分析了差分格式解的唯一性;其次以该热湿传递模型为基础,根据低温环境下保暖性设计要求,提出了三层多孔织物厚度决定反问题;最后利用遗传算法进行数值求解,通过Matlab进行数值模拟,数值结果验证了算法的有效性。     

基于流固耦合分析的干式变压器温度场数值分析

壁面空气对流换热分析是影响环氧浇注干式变压器温度场数值模拟准确与否的主要因素。为了模拟对流换热过程,摆脱气道参数对变压器温升计算结果的影响,从空气质量、动量、能量守恒方程出发,建立干式变压器流固耦合场数值模型,采用有限差分法对温度场进行了计算,并与实验结果进行了比较,模拟结果与实验吻合较好。考虑空气流场的流固耦合模型能准确分析干式变压器工作中的温升问题,可分析变压器内部温度分布规律及影响温度分布的因素,指导变压器优化设计。     

增强型地热储层多场耦合数值模拟研究进展

增强型地热系统(Enhanced Geothermal System, EGS)通过改变储层渗透率提高取热效率,是典型的裂缝型储层,在注、采取热过程中,岩体储层受流体流动(H)、传热(T)、力学变形(M)、化学溶蚀(C)等多个物理过程共同作用影响.EGS多场耦合数值模拟作为室内实验、现场测试的必要补充,对研究和理解多场耦合作用和生产实践非常重要,已在模拟软件、模型建立方面历经40多年发展.为此文中围绕EGS多场耦合数值模拟,从裂缝型储层表征、多场耦合模型和多场耦合快速求解方法三个方面展开阐述.通过总结分析得出,现在已经发展了多种表征裂缝型储层的方法,但如何将其应用于EGS系统并实现精细化表征仍需深入研究;大部分可用于研究EGS取热过程的商用和开源求解器多用于宏观尺度模拟,对于THMC全耦合模化分析的研究工作还比较有限;多尺度有限体积法(Multiscale Finite Volume Method, MsFV)在一定程度上可加快多孔介质渗流问题的计算效率,已在流动、换热领域得到应用;本征正交分解技术(Proper Othorgonal Decomposion, POD)对全阶模型降阶后...     

采沙河流二维水沙耦合数学模型

对引进的采沙河流二维水沙数学控制方程组进行系列变形和化简,并利用逆风格式和ADI法及有限差分法对方程组进行离散求解,建立了采沙河流平面二维水沙耦合河流数学模型.与传统的河流数学模型相比,该模型中加入了反映采喂沙活动影响强度大小的参数采沙通量Fm与喂沙通量Ff,可反映出河流采喂沙活动对河床变形影响的持续性和同步性,可以精细地模拟和描述采沙河流中的水沙运动变化情况.     

疏松砂岩油藏流固耦合流动模拟研究

现有商品化黑油数值模拟器的数学模型未考虑疏松砂岩油藏因适度出砂导致油层孔隙度和渗透率大幅度提高的特征,忽略了介质形变对油藏开发动态的影响,导致疏松砂岩油藏开发方案设计和开发指标动态预测可能存在不可靠性.基于渗流力学和岩石力学理论,建立了一个疏松砂岩油藏耦合多相流渗流数学模型,模型考虑了应变引起的渗透率和孔隙度随地层压力变化的影响,采用显式耦合方法进行流固耦合处理.对耦合数学模型进行有限差分数值求解,改写了BOAST Ⅱ程序源码,并对某疏松砂岩油藏进行了流固耦合模拟实例研究.模拟计算结果表明:①考虑流固耦合和不考虑流固耦合计算预测开发指标存在较大差别;②前者预测的原油采出程度高于后者预测的原油采出程度;③由于疏松砂岩油藏普遍为高渗储层,使得两种模拟计算在前期差别比较显著,在后期差别逐步不明显.该理论和研究方法较好地解决目前常规油藏数值模拟对疏松砂岩油藏的不适应和局限性问题,为该类油藏合理开发提供一定的借鉴和指导作用.     

两相热渗流与多孔介质耦合作用研究

基于连续介质力学及流固耦合力学的基本理论,在黑油、岩石多相热渗流理论模型的基础上,建立了非混溶饱和两相热渗流与变形多孔介质耦合作用的数学模型,对流因耦合热效应进行了讨论,将所推证数学的模型方程做进一步处理与简化,给出模型方程数值分析的数学格式,并进行了一般情形下的模拟。     

永磁电机动态退磁的时步有限元计算

针对永磁电机瞬态运行时可能出现永磁（PM）材料不可逆退磁的问题,提出了一种利用PM实际磁化曲线建立其非线性退磁模型的永磁电机瞬态运行仿真的时步有限元方法.在电机磁场方程的求解中,给出了适用于各向异性材料的任何单元类型和任何单元个数的雅克比矩阵表示方法,并推导了以空间矢量矩阵表示的牛顿-拉斐逊公式和能实现非线性迭代计算的时步有限元公式.利用该时步有限元方法对一台永磁电机一相突然短路的动态过程进行了仿真计算,计算结果正确显示了PM材料的动态退磁过程.     

一种利用修正牛顿迭代的时差定位算法

针对传统基于迭代求解的时差定位算法中容易出现的发散问题,提出了一种新的基于修正牛顿迭代的时差定位算法．该算法首先利用辅助变量将非线性时差定位方程组转化为一组关于辐射源位置的伪线性方程,在此基础上把时差定位问题转化为约束加权最小二乘优化问题;然后,利用基于特征值修正的牛顿法进行定位解算,同时为了减少迭代次数,通过二次插值法对一维优化问题进行寻优求解,给出了迭代步长因子的求取过程;最后,通过仿真分析验证了所提算法的有效性．     

一种实用的6-6 Stewart 平台的实时位置正解法

为提高Stewart平台位置正解的工程实用性，提出了附加传感器法和Newton-Raphson法相结合的6-6Stewart平台位置正解法。该方法应用附加传感器使平台的位置正解过程大大简化；由附加传感器方法产生的位置正解可以为Newton-Raphson迭代法提供较可靠的迭代初始值，可显著改善Newton-Raphson法的收敛性，并减少了迭代次数，提高了计算速度。仿真研究表明，与单纯的Newton-Raphson法相比，在相同的计算精度下，该方法具有更好的快速性、可靠性，具有一定的工程应用价值。     

利用高斯牛顿迭代的时频差无源定位算法

针对传统高斯牛顿迭代法在时差-频差定位中因迭代初始值不准而易出现的不收敛问题,提出一种基于约束加权最小二乘(CWLS)的高斯牛顿迭代定位算法。该算法首先将定位问题中关于目标位置、速度的时差-频差非线性定位方程转化为伪线性方程,分步估计目标位置、速度初始值;为实现初始值的精确估计,将目标位置与辅助变量等式约束关系松弛为二阶锥约束(SOCP)条件;引入随机鲁棒最小二乘(SRLS)构建新的线性关系,当新线性关系的最小二乘解不满足二阶锥约束条件时,使用半定规划(SDP)技术求解目标位置的估计解,通过获得的目标位置来对目标速度进行求解;获得目标参数估计初始值后,建立时差-频差定位系统下关于目标位置与速度的高斯牛顿迭代方程,利用高斯牛顿迭代对目标参数进行寻优求解,该迭代过程不需要引入辅助参数,可以直接得到目标参数。仿真实验表明,所提算法对近场目标与远场目标均有很好的定位效果,较已有经典两步加权算法,其鲁棒性好、定位精度高。同时,仿真结果表明了高斯牛顿迭代方程时对初始值优化的必要性。     

二阶常微分方程两点边值问题的近似解法

通过将二阶常微分方程两点边值问题转化为非线性算子方程Tx=0的求解问题,并利用Newton迭代法给出其近似解法.     

基于颗粒流交互理论的水泥净浆流变分布算法

为缩短回转黏度仪中水泥净浆流场的仿真运算时间,提出一种基于理论流体力学的迭代算法. 根据流场中心对称的性质,对流场进行径向分层;在层内流体连续、均匀的假设下,构建迭代算法,在层内运用雷诺-里符林公式计算每层的剪切速率,并通过颗粒流交互（PFI）理论进一步计算流场中水泥净浆的流变特性参数. 迭代算法的仿真结果与有限差分方法仿真结果的平均误差为0.89%,与试验结果的平均误差为4.23%;迭代算法的仿真用时仅为2.55 s,与有限差分法（仿真用时为5 d）相比,运算效率大大提高. 所提算法可用于回转黏度仪中水泥净浆流场的高效仿真,且可用于水泥净浆PFI参数的快速标定.     

管-环相贯焊接装配面及开孔数学模型与仿真

针对复杂管-环桁架节点相贯线参数方程求解困难的问题,提出一种基于Newton迭代法的求解方式。以圆管和环管的参数方程建立Newton迭代函数,利用相贯体之间的几何约束关系,选择合适的迭代初始值,逐次逼近,求解相贯线参数方程的解;推导了管-环相贯焊接装配面实际切割角计算公式;将Newton迭代法对骑坐式和插入式两种带钝边坡口的开孔方式进行推广。Newton迭代法编程简单、收敛速度快,适于复杂相贯体相贯线的求解。对比Newton迭代法和实体布尔运算所生成的相贯线,结果表明:Newton迭代求解法偏差极小,准确性和可靠性好。     

PE燃气管热熔焊接头温度场有限元分析

采用牛顿冷却公式计算PE管内外对流换热系数,在准确的边界条件下建立热熔焊接头的二维轴对称模型,用有限元软件ANSYS对模型进行瞬态热力学仿真,得到焊接过程中温度随时间和位置变化的分布情况.用M7500红外摄像仪对PE管外表面沿轴向的温度分布进行了测量,结果表明仿真与实测结果吻合.最后对接头温度场进行分析,为降温速率对接头质量的影响提供一定的理论依据.