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光滑粒子流体动力学(SmoothedParticleHydrodynamics,简称SPH)方法已经广泛应用于流体计算中,但在模拟三维问题时常花费大量的时间,为了提高计算速度与精度,对SPH模拟三维问题程序进行并行化是非常必要的。在详细阐述SPH方法在并行化过程中的数据通信方案和搜索策略的基础上,对三维溃坝算例进行数值模拟和分析,合理再现了溃坝的过程,验证了并行方案的正确性。 相似文献
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目的：在页岩气藏CO2吞吐过程中,水力裂缝处于循环载荷作用下时,极易发生不可逆变形(变形滞后),影响吞吐效果。本文旨在建立考虑水力裂缝变形滞后的页岩气藏CO2吞吐流固耦合模型,形成相应的高效求解方法,并开展流固耦合数值模拟研究,以揭示变形滞后对CO2吞吐的影响规律。创新点：1.建立考虑水力裂缝变形滞后、复杂裂缝系统和特殊流动机理的页岩气藏多组分流固耦合模型,并形成相应的三维高效数值模拟技术;2.揭示水力裂缝变形滞后对页岩气藏CO2吞吐的影响规律。方法：1.建立考虑水力裂缝变形滞后、复杂裂缝系统和特殊流动机理的页岩气藏多组分流固耦合模型;2.基于结构化网格构造高效稳定的多组分流固耦合模型数值求解算法;3.通过流固耦合数值模拟,揭示水力裂缝变形滞后对页岩气藏CO2吞吐的影响规律。结论：1.水力裂缝变形滞后会阻碍CO2注入期间裂缝渗透率的恢复,对CO2吞吐有负面影响;2.较低的初始水力裂缝导流能力和生产压力、较晚的吞吐启动时间、较高的注入压... 相似文献
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从力学本质来讲,滑坡属于滑坡动力学和水动力学复杂流固耦合问题。采用离散元方法(DEM)模拟滑坡体大变形、不连续问题,以光滑粒子流方法(SPH)模拟水体的流体动力学特性,充分利用不同数值计算方法的特点,构建SPH-DEM流固耦合算法,并应用于2018年10月10日西藏白格滑坡堵江的灾害模拟中。结果显示计算模型能较为准确地捕捉滑坡碎屑体入江激起水砂射流的规模以及范围,再现主堆积区向次堆积区产生二次滑移的动力过程,完整刻画堆积体的厚度、几何形态和断面特征。仿真结果有助于进一步深化对高速高位滑坡产生堵江过程和机理的认识,为后续进行抢险施工组织设计,制定防灾减灾策略提供参考。 相似文献
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《浙江大学学报(A卷英文版)》2017,(12)
目的:颗粒-壁面冲击碰撞是近似混沌运动的液固耦合问题。针对传统建模方法难以描述颗粒-壁面碰撞运动过程所涉及的壁面效应问题,本文旨在提出一种液固耦合建模方法,以揭示流固耦合条件下的颗粒-壁面接触规律,探讨碰撞过程中环境变量(流道结构和流体粘度)对碰撞壁面效应的作用机理;得到在约束及非约束空间流场中,流体粘度与颗粒-壁面碰撞行为的内在联系,为流体光整加工、轮机叶片及反应器内壁面磨损所涉及的流场调控提供技术支持。创新点:1.建立适用于液固两相流的计算流体力学和离散单元法(CFD-DEM)耦合动力学模型;2.通过捕捉颗粒-壁面碰撞点分布,得到不同流道结构及流体粘度下的颗粒-壁面作用范围;3.建立无量纲化材料去除方程,探明非约束及约束空间流场内流体粘度对材料去除分布的影响。方法:1.将颗粒视为理想刚体,对流体运动及颗粒运动分别进行建模,通过求解流体对颗粒的作用力以及网格单元内流体体积分数实现两者之间的交互耦合,进而得到流场内颗粒的运动规律;2.采用软球接触模型描述颗粒-壁面碰撞过程,进而得到不同流道结构及流体粘度下的颗粒-壁面碰撞落点分布;3.计算颗粒-壁面冲击速度及冲击压力,通过无量纲化材料去除方程,得到约束空间及非约束空间内不同流体粘度下的工件表面材料去除分布。结论:1.流道结构及流体粘度会极大影响颗粒-壁面碰撞落点分布;在本文算例中,为获得均匀的工件加工效果,应采用较低粘度流体,并使抛光盘做周期性自转运动。2.随着流体粘度的升高,流体输运颗粒的能力增强,在非约束空间内的颗粒对壁面的碰撞冲击越剧烈,但在约束空间内的碰撞作用力减弱;在本文算例中,为获得更为均匀的材料去除分布,应采用较低粘度流体。3.借助粒子图像测速法得到了壁面处颗粒速度分布,并与模拟结果进行对比,验证了建模方法的有效性。 相似文献
5.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2017,(3)
目的:90°弯管广泛应用于工业中的流体输送,但是流体在经过弯头时会由于离心力的作用而导致弯头下游管道内出现流体分布不均的现象,从而影响后续的生产过程。本文将实验和计算流体力学(CFD)模拟的方法结合研究缩径管对经过弯头后的流体整流作用并分析原因,以期为缩径管在工业中的应用提供一定的参考。创新点:1.提出在弯头后的管路中增加缩径管来调整流体的方法;2.在冷模实验数据验证模拟结果的正确性的基础上,根据CFD模拟得到的管道内的压力、流体速度、相分布及湍动能分布详细分析了缩径管能起整流作用的原因。方法:1.通过冷模实验所得的压力数据与模拟值进行对比,证明模拟所采用模型的正确性;2.通过对不同流体入口条件模拟结果的比较,找到缩径管的作用规律;3.通过CFD模拟得到管道内的压力、流体速度、相分布及湍动能,分析缩径管的整流原理。结论:1.模拟所采用的模型可较好地反映管道内的流体流动情况;2.缩径管能起到很好的整流效果;3.缩径管可使流体加速,促进流体的快速混合,因此能够使不稳定的流体快速达到稳定状态。 相似文献
6.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2017,(10)
目的:探讨作用于大跨度曲面屋盖非定常气动力的特性,为考虑非定常气动力影响的大跨度曲面屋盖抗风设计提供理论参考。创新点:1.采用强迫振动试验;2.采用大涡模拟(LES)流入脉动风的生成方法;3.研究大跨度曲面屋盖非定常气动力特性。方法:1.通过强迫振动风洞试验方法探讨风速、强迫振动振幅、屋盖的矢跨比和缩减频率对非定常气动力的影响;2.采用计算流体力学数值模拟重现风洞试验,从而在更宽的缩减频率范围内分析非定常气动力的特性,并且通过可视化流场的分析探讨风与屋盖相互作用的机理。结论:1.屋盖的振动对屋盖表面的风压分布影响较大。2.屋盖的振动可能抑制屋盖背风面漩涡的脱落。3.根据风洞试验和数值模拟的结果分析得到的矢跨比、风速和振动振幅对气动阻尼系数和气动刚度系数的影响较小;气动阻尼系数和气动刚度系数主要随着缩减频率的变化而变化。4.气动刚度系数为正值,使得结构的总刚度减小,从而减小结构的固有频率;气动阻尼系数为负值,使得结构总阻尼增加。5.风洞试验和LES模拟结果的一致性可以说明,LES是一个能够有效研究非定常气动力特性的数值模拟方法。 相似文献
7.
传统的液压油仿真只是用参数模型进行动力学研究或者沿用一般的流体模拟方法进行模拟,不能针对液压油在管道内流动的具体粘温物理特性进行仿真。针对液压油粘温物理特性设置欠缺、粘温视觉效果不理想的问题,提出了一种适用于双管交叉处漩涡模拟的Stoke非定常平行剪切流模拟方法。该方法利用SPH粒子模型进行拓展,引入人工粘性设定粘温系数变量,模拟不同角度双管交叉处的漩涡。实验结果表明,该方法结合SPH控制容易的特点,增强了液压油粘温特性的分层视觉效果,有效模拟了液压油在不同角度双管交汇处的漩涡现象。 相似文献
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目的:液压自由活塞发动机性能受燃油喷射系统开关阀性能限制。本文旨在对开关阀内部结构进行优化,降低液动力,从而提高阀的开启速度。创新点:1.提出一种易于安装的带孔阻尼套结构,可以用于改变阀芯表面压力分布和油液射流角,从而降低液动力;2.建立数值仿真模型,分析阻尼套不同结构和安装参数对液动力和空化的影响。方法:1.进行数值模拟,分析阀芯表面压力分布和内部流场分布,并通过实验验证方法有效性和模型准确性;2.对不同阻尼孔宽度、深度和相对位置下的阀芯液动力和流量损失情况进行对比和分析;3.对上述不同阻尼孔结构下阀内空化情况进行仿真和对比;4.建立燃油喷射系统试验台,验证阻尼套对提高阀开启速度的作用。结论:1.提出的带孔阻尼套结构可以有效降低阀芯液动力。2.随阻尼孔的减小,其对液动力的改变作用和节流作用逐渐增强;阻尼孔足够小时液动力反向并逐渐加强。3.阻尼套对油液的阻碍作用也会改变流场内的空化情况,但空化强度不一定随节流孔的变大而单调变强,其还受相对安装位置影响。4.带孔阻尼套可以有效降低阀的开启时间。 相似文献
9.
目的:微米细颗粒在不同纤维排列所组成的滤料中的沉积和穿透行为仍然缺少研究。本文通过离散元-计算流体动力学耦合(DEM-CFD)双向耦合方法,研究前加密、后加密以及规则错列阵列纤维在过滤压降和捕捉效率方面的特性。创新点:1.使用DEM-CFD流固双向耦合方法,建立了适用于多纤维阵列过滤微米颗粒的数值模拟方法;2.得到并对比了不同排列形式的过滤压降和捕捉效率。方法:1.通过数值模拟,得到顺列和错列排布纤维的过滤压降及捕捉效率(图2和3、表2);2.通过数值模拟,分析前加密、后加密错列排布纤维与规则错列排列纤维的优劣(图6和7),并得出颗粒在滤料中的沉积分布(图8)。结论:1.错列纤维比顺列纤维提前进入堵塞期,在沉积相同颗粒数时具有更低的压降,且在清洁滤料期具有更高的捕捉效率;2.前加密错列排布比后加密错列排布更早进入堵塞期,且总体穿透颗粒数量更少;3.前加密错列排布适用于工业滤料,而后加密错列排布适用于一次性个人防护用品。 相似文献
10.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2019,(12)
目的:发动机燃烧数值模拟需要高精度的、尺寸合适的化学反应机理,因此需要对复杂的详细化学反应机理进行简化。由于现有的灵敏性分析简化方法效率低且计算时间长,因此本文希望得出一种效率更高、计算时间更短的灵敏性分析简化方法。创新点:1.利用直接关系图简化方法中的相互作用系数计算待删除组分之间的相互耦合关系,提出了组分耦合的灵敏性分析简化方法;耦合关系较大的两个组分被视为一个整体,有助于提高灵敏性分析简化的效率、缩短计算时间。2.得到了较小尺寸的乙烯(33组分)和正庚烷(79组分)框架燃烧反应机理。方法:1.提出组分耦合的灵敏性分析简化方法,即先利用直接关系图简化方法中的相互作用系数计算待删除组分之间的相互耦合关系(公式(2)和(3),图2);在简化过程中,耦合关系较大的两个组分被视为一个整体被删除。2.通过0维和一维计算验证得到的简化化学反应机理的精度。结论:1.本文所提出的组分耦合的灵敏性分析简化方法提高了灵敏性分析简化的效率、缩短了计算时间。2.利用此方法对含有111组分和784基元反应的乙烯以及561组分和2539基元反应的正庚烷的燃烧化学机理进行简化,最终得到33组分的乙烯框架机理和79组分和339基元反应的正庚烷框架反应机理。3.在较宽的工况范围内对得到的框架机理进行点火延时、层流火焰传播速度、温度曲线、组分浓度和反应的灵敏性分析等燃烧特性参数的验证与分析,结果表明得到的框架机理具有较高的精度和较小的尺寸,适用于燃烧数值模拟。 相似文献
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《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(3)
目的:通过对俯仰运动情况下的钝锥体等离子鞘套进行数值模拟,揭示动态等离子鞘套的分布规律,提高数据的可靠性,为进一步研究入射电磁波与动态等离子鞘套的相互作用机理提供有力依据,并为再入飞行器黑障问题的解决和再入飞行器设计提供参考。创新点:考虑热化学非平衡效应的简化常规Burnett(SCB)方程能够更准确地描述再入飞行器等离子鞘套的动态分布规律。方法:1.提出稀薄流域稳态与动态等离子鞘套数值模拟方法;2.对不同化学反应动力学模型和热力学模型进行数值比较和验证;3.引入俯仰运动后对再入飞行器等离子鞘套的动态特性进行数值模拟。结论:1.在稀薄流条件下SCB方程模拟得到的激波更厚,对等离子鞘套的刻画更为准确精细。2.7组元Gupta化学反应模型与Park双温模型的计算结果优于其他模型。3.引入俯仰运动后,飞行器不同位置的碰撞频率等关键参数与俯仰运动的周期存在相位差;同时增强稀薄效应将减弱俯仰运动对动态等离子鞘套的扰动。 相似文献
12.
屈海东 《韩山师范学院学报》2009,30(6)
板材在国民经济各部门都有着广泛的用途.板材轧制是一个非常复杂的金属变形过程,主要体现在轧件变形区域的速度场与温度场之间的相互作用.为达到模拟轧制变形区真实速度场与温度场的目的,文章探讨了板材轧制过程速度场与温度场的二维耦合数值求解.做了如下工作:(1)分列咬入单元,实现耦合,并编程计算;(2)分析轧制变形区的温度场;(3)分析轧制力. 相似文献
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《浙江大学学报(A卷英文版)》2020,(3)
目的:群桩基础在近海建/构筑物及桥梁中广泛应用,而风、浪、船舶撞击等在群桩基础中产生的水平和扭转荷载往往影响群桩基础的安全。本文旨在提出一套能够计算水平和扭转荷载联合作用下的群桩非线性响应简化分析方法。创新点:1.采用广义p乘子法考虑群桩中各桩水平变形导致的桩-土-桩相互作用;2.建立基于瞬时转动中心的基桩桩头位移关系和承台平衡方程。方法:1.通过理论分析给出基桩桩头位移之间的关系,建立承台平衡方程;2.采用荷载传递模型(p-y和τ-θ曲线)模拟桩周土体非线性响应;3.采用广义p乘子法考虑群桩中各桩水平变形导致的桩-土-桩相互作用,并采用耦合因子计算基桩中推-扭耦合响应;4.通过迭代方法求解各基桩p乘子和群桩响应。结论:1.多组算例均表明本文提出的群桩非线性分析模拟能够较准确地模拟群桩响应,尤其在承台位移较大的情况下;2.广义p乘子能够有效地模拟群桩效应的主要部分;3.模型中的简化公式能够应用于实际工程问题分析。 相似文献
14.
《实验室研究与探索》2013,(10):324-328
数值波流水槽是研究波浪及其对结构作用等问题的有效方法之一。利用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH)方法在处理自由表面大变形、粒子运动跟踪等的优越性,建立基于SPH的二维数值波流水槽,并运用VB.NET编程软件进行数值波流水槽可视化界面设计,形成数值波流水槽试验系统软件。该界面系统提供了前处理、分析运算以及后处理等界面操作,为数值水槽的参数设置、模型设置、测点设置、运行分析、后处理等提供简单快捷可行的界面操作。应用该数值波流水槽试验系统对测试波浪要素及测试波压力等物理模型试验进行模拟应用和对比,验证了该数值波流水槽的可靠性和合理性。 相似文献
15.
针对一种新型悬浮振子式中耳植入助听装置, 分析了其振子的驱动电压特性, 该振子由0.7Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-0.3PbTiO3(PMN-30%)叠堆实现. 为了辅助分析, 建立了听骨链与振子的简化耦合力学模型. 首先利用逆向成型技术建立了人体中耳有限元模型, 其可靠性通过镫骨底板的位移模拟值与实验测得数据对比得以验证; 然后利用该中耳有限元模型分析了振子绑定装置处的位移阻抗特性, 并基于此建立听骨链与绑定装置的等效力学模型; 最后建立了听骨链与压电悬浮振子的耦合力学模型, 分析了该振子的驱动电压特性. 研究结果表明:振子所需驱动电压随着频率的增大而减小; 在语音频段, 所需的最大驱动电压为20.9 V; 在感音神经性听力损伤多发生的中高频段, 该驱动电压不高于3.8 V, 满足中耳植入式助听装置低电压、低能耗的要求. 相似文献
16.
目的：岩石的力学响应和最终破坏模式与破坏机制的演化有关。本文旨在通过光滑粒子流体力学（SPH）方法模拟材料混合破坏行为,探讨含填充及未填充裂缝的类岩圆盘试件加载后的破坏机制演变。创新点：1.在SPH框架中引入混合破坏模型模拟类岩圆盘试样的破坏行为;2.通过SPH数值模拟方法分析圆盘试样的破坏机制演化过程,研究裂纹聚结和裂缝填充的破坏行为。方法：1.在SPH框架下,分别采用张拉损伤模型和Drucker-Prager模型计算材料的张拉破坏和剪切破坏;模拟一系列巴西圆盘试样的破坏行为并与试验结果对比,验证所提SPH方法是否可用于模拟岩石的破坏机制演化。2.通过统计分析,研究不同裂缝倾角和材料属性联合作用对试样宏观破坏形态及力学响应的影响。结论：1.对于含未填充裂缝的圆盘试样,岩桥区裂纹的聚结机制受裂缝倾角和材料性能的组合影响。2.对于含填充裂缝的圆盘试件,当圆盘和填充材料的抗拉强度与粘聚力的比值接近时,试样的张拉损伤的增长速度更快,使得整个试件表现更多的脆性特征。3.随着充填物分布不均匀程度的增加,试样张拉损伤的增长速率降低,且圆盘试样展现出更多的延性特征;当预制裂缝倾角接近45°时,填充物... 相似文献
17.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2019,(11)
目的:为了提高机械密封的摩擦学特性和密封性能,建立三维热弹性流体动力润滑理论模型来研究三角形织构对机械密封性能的影响,并针对航空轴向柱塞泵机械密封的实际工况,对织构的形状、排布和深度进行优化。创新点:1.建立机械密封热弹性流体动力润滑模型,揭示三角形织构在混合和全膜润滑条件下的减磨减漏机理。2.以低摩擦和低泄露为目标,采用数值模拟和实验方法,优化三角形织构的形状和排布方式。方法:1.通过理论推导,建立机械密封热弹性流体动力润滑模型,并与热流体动力润滑模型和流体动力润滑模型进行对比,发现热弹性流体动力模型更符合实际情况(图6～10);2.通过数值模拟,优化三角形织构的形状、排布以及深度(图14～22)。3.通过实验研究,测得织构端面温度,验证热弹流理论模型的正确性(图25)。结论:1.由于机械密封的热力变形,密封端面形成收敛性间隙,因此更有利于减少泄漏;2.与同向排布相比,相向排布的三角形织构能产生更强的流体动压效应,且内外径织构数目越多、数目差距越小时,动压效应越强;3.直角三角形织构的动压效应强于等边三角形织构,并且在一定工况下能产生足够的液膜承载力使密封端面开启。 相似文献
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《浙江大学学报(A卷英文版)》2018,(12)
目的:针对流体机械数值模拟过程中雷诺时均应力(RANS)方法占据主导地位但预测精度较低且缺乏对流场信息准确描述的现状,提出应用尺度解析模拟(SRS)方法来改进性能的预测精度以及加深对流动结构的理解。创新点:1.利用SRS方法,降低RANS湍流模型的选择困难,实现性能精准预测;2.建立全流道网格计算模型,充分展现单流道间瞬时流动信息的差异。方法:1.通过较少的网格划分及周期计算,对具有简单循环圆和平面叶片的液力偶合器进行计算,并与试验数据进行对比,初步筛选出较为适合的湍流模型(图6),进而在模型更为复杂、流动更加多变的液力缓速器和液力变矩器性能预测中进行验证(图15和21);2.通过对复杂的瞬态流动现象的清晰捕捉,深入展示3种液力元件的内部流动机理(图9、10、16、17、22和23),并评估SRS方法相较RANS方法在流动结构描述方面的先进性(图7和8)。结论:1.在液力偶合器、液力缓速器和液力变矩器等液力流体机械的计算流体动力学(CFD)模拟中,SRS方法可以提高性能预测精度并提供更为细致的流场信息;2. SRS方法中的混合RANS/LES(大涡模拟)模型在液力元件流场计算中的预测准确度、流场结构描述及计算成本等方面表现出色,尤其是BSLSBESDSL模型值得重点关注和发展;3.为了进一步验证SRS方法的实用性,可以在模拟中考虑工作介质物理属性的影响,细化网格并对气液两相流动及边界层流动进行详细计算。 相似文献
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采用时域有限差分(FDTD)方法模拟声波的传播,以解决超声探测的动态计算机仿真问题.建立了声波模拟的速度一压力交错网格有限差分模型,给出了声波支配方程的FDTD离散形式及非均匀流体媒质内部边界的处理方法,并详细讨论了完全匹配层吸收边界及其有限差分算法的实现.数值实验验证了上述计算方法的有效性. 相似文献
20.
《浙江大学学报(A卷英文版)》2017,(7)
目的:考虑一个包含Duffing型非线性、粘性阻尼和运动谐波激励的一维耦合振子链,本文旨在推导描述振幅和相位的近似方程,得到并检验两类基本共振态(同振和反向共振)发生的条件,同时分析模型参数对同步率的影响。创新点:1.利用时间序列的互相关测量特定振子间的相互蝶,并通过一系列的数值实验来验证理论预测的结果;2.给出考虑干摩擦的系统共振的一些简要说明。方法:1.采用经典的平均值法进行理论分析;2.采用MEBDFV求解器计算多自由系统的数值解。结论:1.利用平均值法确定了两种共振现象:同相状态(低频激励)和反相状态(高频激励);2.关于同相共振的预测非常琐碎但对多自由度的振子链非常适用;3.对于反相共振的预测适用于短的振子链;4.可以通过改变系统的物理参数来提高同步率。 相似文献