天然气管道瞬变流动数值模拟新算法

针对管道中介质瞬变流动的非线性偏微分方程组难以解析求解的问题,由质量、动量、能量三个偏微分方程构成的控制方程组,应用TVD/Godunov混合算法数值模拟天然气管道中气体的瞬变流动,摒弃了传统的差分方法对动量方程非线性对流项的线性化处理,而直接处理非线性对流项,从而大大提高了算法的稳定性和管道瞬变流动的仿真精度.算法采用了时间分裂法描述不完全堵塞管道,没有作等温假设,进一步增进了数值模拟的精度与合理性,获得了理想精度的计算结果.     

天然气等温压缩系数的计算

提出了一种计算天然气等温压缩系数的数学模型。使用本模型。使用本模型时先根据状态方程求出天然气的密度和压缩因子,然后应用本文所提出的拟对比等温压缩系数的关联式,计算出天然气等温压系数。本模型的计算结果与Ｔｒｂｅ曲线图十分吻合,并且比Ｔｒｕｂｅ曲线图有更宽的适用范围。本模型计算简单,准确,可很方便地应用于各种工程计算。     

轴对称容器内流体流动与传热的质点导数法计算

对轴对称容器内流体流动与传热问题,采用人工瞬变质点导数法,在不等距非正交曲线网格中进行数值计算．此方法具有简单、明晰的特点,能在较少网格数情况下获得较高的精度．     

基于体积平移法的液相密度预测与验证

为改进SRK状态方程计算液相密度的准确性,又不影响气一液平衡计算结果,常采用体积平移法。在分别介绍SRK状态方程及其体积平移法的基础上,对SRK状态方程、体积平移法及PR状态方程计算液相密度的模型进行求解,开发出计算程序,并将各类模型的预测值与现场实测分析数据进行了对比。结果表明,实现体积平移法后的预测精度较平移前和PR状态方程预测精度高,验证了体积平移法的有效性。     

粉末注射成形二维充模流动的数学分析

注射成形二维充模流动属于具有自由流动移动世界、非牛顿、非等温的流动问题．将扁平型腔内流动视为Hele-Shaw流，由于模腔的复杂性及控制方程的非线性，采用数值计算得到腔内流体的压力场、温度场、速度场，得到压力和速度2个控制方程；引入2个相应的变换，将压力控制方程及速度控制方程化为拉普拉斯方程，并得到压力流函数可由拉普拉斯解表示的一个解析式，简化了计算过程，提高了计算精度，在此基础上进行计算机模拟，可检验Hele—Shaw近似的精确程度。     

液氧输送管路中阀控瞬变的数值计算

为了预测航天器液氧输送系统中阀控动作产生的水力瞬变,考虑非稳态摩阻和波纹管弹性形变的影响,建立输送硬管、波纹软管、液氧贮罐及控制阀的数学模型,并利用求解一阶偏微分方程的特征线法和求解一元二次非线性方程的线性理论法对管路阀控瞬变进行数值计算. 通过变化计算条件,讨论不同阀特性、阀动作指数和动作时间对瞬变过程的影响. 计算结果表明：采用调节阀进行阀控动作产生的压力波动明显比截止阀小,调节阀比截止阀更容易控制液氧输送总量精度;延长调节阀关阀时间能够有效降低水击压力,延长截止阀关阀时间更多地表现为延长第一个水击波到达的时间,而不是水击压力的降低;阀动作指数m=1.0的调节阀采用快开慢关方案对瞬变过程控制最有利.      

重型静压推力轴承间隙油膜流态的数值模拟

间隙油膜流态对静压推力轴承润滑性能有显著影响,却无法通过试验直接进行分析.针对此问题,运用计算流体动力学和润滑理论对静压推力轴承间隙油膜流动进行数值模拟.建立定常不可压缩紊流模型,采用有限体积法和二阶精度的差分格式离散方程.通过将数值模拟结果与理论公式计算结果的比较,验证了所采用的数值模拟方法的正确性.模拟结果表明,随着工作台旋转速度的增加,封油边润滑油的流动始终为层流,而油腔中润滑油流动逐渐由层流变为紊流.该研究成果为静压推力轴承摩擦功耗及温升计算提供理论依据.     

RNG k-ε模型在内燃机缸内湍流数值模拟中的应用

在内燃机整个工作循环中 ,其缸内流体始终进行着极其复杂而又强烈瞬变的湍流运动 ,要正确地分析内燃机的燃烧和排放 ,离不开对缸内湍流运动的正确描述和模拟。通过快速畸变分析对由重整化群理论得到的RNGk -ε湍流模型进行了压缩性修正 ,把经压缩修正后的RNGk -ε湍流模型应用于内燃机缸内湍流流动的数值模拟 ,计算采用任意拉格朗日欧拉法。给出了用RNGk -ε模型计算得到的结果 ,并与标准的k -ε模型算得的结果和实验结果进行了比较。结果表明 ,RNGk -ε湍流模型得到的结果比k -ε模型算得结果的精度有所提高 ,其计算程序编制的难易程度和计算成本与k-ε模型相当 ,此模型适合于计算内燃机缸内湍流流动     

高能炸药爆轰过程的广义插值物质点法模拟

针对运用标准物质点法(MPM)对高能炸药爆轰过程进行数值模拟时,由于跨网格误差的存在,求解精度较低,计算稳定性较差等不足,将一种新算法——广义插值物质点法(GIMP)扩展到此类问题的数值模拟中.爆轰气体采用无粘性流体模型来描述,并假设整个爆轰过程是绝热的,建立了欧拉形式的控制方程.高能炸药选用TNT,并采用JWL状态方程进行描述.采用GIMP方法分别对一维板条TNT爆轰和二维聚能装药爆轰进行了数值计算,给出了TNT板条起爆后几个典型时刻的密度、内能和压力分布曲线以及聚能装药爆轰过程中速度矢量图和压力分布云图,成功捕获了聚能装药爆轰过程中的主要物理特征.数值计算结果表明,GIMP比标准MPM在计算精度以及稳定性上都有很大的提高,能够很好地模拟高能炸药的爆轰过程.     

考虑能量方程影响的燃气管道流动特性分析

采用特征线法对高压燃气长输管道非稳态流动的数学模型进行了数值求解,考虑能量方程和城市用气规律,对燃气管网非稳态流动问题从理论上进行了分析,解决了由于忽略能量方程所带来的计算精度低的问题,编制出了用户负荷随时间变化时,压力、温度、流量沿管线分布的动态模拟程序,并给出了计算实例。     

烹饪机器人双压强火力数值计算与实验

为实现烹饪机器人无级火力强度调节,进行鼓风式燃气燃烧器的双压强火力数值计算与实验.建立燃烧器引射管的基本方程、组分输运方程和湍流方程等数学模型;应用流体力学分析软件FLUENT建立引射管二维轴对称气体运动模型,确定了边界条件、初始状态和有限速率化学反应模型;根据燃烧器喷嘴中心高压空气压力值对可燃气体速度提升和引射吸入空...     

相变情况的液－液气射流泵基本方程研究

采用准二维二相非均匀变密度模型首次导出了相变情况的液—液气射流泵基本方程．该方程具有普遍性．应用计算数学方法运用电算求出了它的数值解，并通过试验进行了初步验证     

燃气管网系统仿真的理论分析与应用

为进行燃气管网系统优化和提高管网输运系统的安全性,以三大守恒方程为基础,建立了等温和非等温条件下的燃气管网稳动态仿真理论模型.以有限差分法为基础,得到了上述模型的求解方法,并加入了耗散项,改进了求解方法的稳定性.通过增加初始点和延长出口点的方法,简化了模型的求解.北京六环天然气管网动态仿真结果表明,与实际压力和流量值综合相对误差分别为1.21%和2.62%,验证了模型及求解方法的可靠性.     

裂缝性气水两相地层井筒组合数值模拟

气水井试井对天然气开发具有重大意义。借助数值模拟方法了解地下气流和水流的变化，对于提高采收率是极为重要的。通常的数值模拟中仅考虑了储层的渗流动态，而把井筒视为线汇处理，这不能准确的反映出井筒和储层之间的相互影响。建立了气水两相组合模型，借助有限体积法导出了组合模型的离散方程，并讨论了求解的边界条件。实算表明了这种方法能更有效地反映出试井过程中的各种现象。     

暂态过程中分层流到塞状流转捩的研究

本文从非恒定、可压缩分层流基本方程出发,应用线性稳定理论,导出了非恒定、可压缩的分层流向塞状流转捩的判别公式。     

四分仓回转空预器热力模型与漏风模型耦合计算

为分析四分仓回转空气预热器换热特性及抗低温腐蚀性能,建立热力及漏风计算模型,提出低温区域比的概念。先忽略漏风,基于回转空预器控制方程,利用有限差分法求解热力模型,得到温度分布,根据热力计算结果,求解漏风能量及质量方程组,得到漏风率,再根据进出口参数对两模型进行迭代。结果表明,计算值与设计值误差在5%以内;与同样面积的三分仓空预器对比,四分仓空气预热器的漏风率显著降低;各通道流体温度分布呈连续性,且与换热元件的温度分布基本一致;进口烟气流量沿转动方向的递减可显著地降低低温区域比,有效减少低温腐蚀。     

Finite difference modeling of sinking stage curved beam based on revised Vlasov equations

For the static analysis of the sinking stage curved beam, a finite difference model was presented based on the proposed revised Vlasov equations. First, revised Vlasov equations for thin-walled curved beams with closed sections were deduced considering the shear strain on the mid-surface of the cross-section. Then, the finite difference formulation of revised Vlasov equations was implemented with the parabolic interpolation based on Taylor series. At last, the finite difference model was built by substituting geometry and boundary conditions of the sinking stage curved beam into the finite difference formulation. The validity of present work is confirmed by the published literature and ANSYS simulation results. It can be concluded that revised Vlasov equations are more accurate than the original one in the analysis of thin-walled beams with closed sections, and that present finite difference model is applicable in the evaluation of the sinking stage curved beam.     

页岩气藏双渗透模型解的结构

根据页岩气渗流理论，针对解析吸附、扩散、滑脱以及渗流等复杂的渗流问题，分别从仅考虑基质孔隙滑脱效应、考虑基质微孔隙滑脱效应和气体扩散2种因素以及综合考虑基质微孔隙应力敏感、滑脱效应和气体扩散3种因素共同作用的3个角度出发，建立以考虑解析吸附为前提的页岩气渗流方程；结合3种外边界条件(封闭、定压、无穷大)、初始条件和内边界条件，构成页岩气渗流模型。通过无因次变换和Laplace变换，将该页岩气渗流模型非线性形式转化为常微分方程的定解问题，得到该模型在Laplace空间下的解，并对其进行深入研究与分析，发现该模型的解式之间具有相似结构。这不仅极大地便利了试井分析软件的编制，而且避免了繁琐冗长的计算过程，提高了计算效率，对页岩气产能模型的建立也具有指导意义。     

不可逆量子气体奥托热机循环性能分析

建立了一个一般的不可逆量子奥托热机循环模型,基于量子气体的状态方程,导出以量子气体为工质的奥托热机的效率、输出功等重要性能参数的表达式,以此讨论理想量子气体的量子简并性及内不可逆性对该热机性能的影响,分析了不可逆奥托热机的性能特征.所得结果有助于进一步了解以经典气体为工质的奥托热机和以量子气体为工质的奥托热机的区别和联系.     

气液两相多级液力透平的全流道数值模拟

以DG85-80五级节段式离心泵做液力透平,基于CFD软件,采用N-S方程和标准κ-ε湍流模型,选择Mixture多相流模型,利用SIMPLE算法,对其在纯水介质和气液两相介质时进行全流道数值模拟,得到透平的外特性曲线和内流场规律。结果显示:气液两相透平在最优工况点的压头、功率比纯水透平的高,而水力效率和质量流量较纯水透平的低;在最优工况点,随着级数增加,气液两相透平各级导叶、叶轮进出口压差增大,其内部压力分布的不均匀性增加,叶片工作面进口附近的漩涡区域减小;与小流量时的透平相比,大流量时透平各级叶轮、导叶内部的气体体积分数较大,透平叶轮出口附近的高含气率区域较小,各流道中气体分布的不对称性加剧。