本研究利用开闸式盐水异重流试验及数值模拟探讨在不同盐度及底床粗糙度的影响下对异重流运动特性的影响。实验利用粒子图像测速法(PIV)和摄像机可以记录整个异重流的运动过程,异重流头部的位置和速度是主要的研究区域。研究结果显示,底床铺设泥沙在异重流运动中扮演重要的角色,增加了底床摩阻,使头部的运动速度及涡度值明显降低,而且异重流头部变钝。利用重整化群(RNG)的k-ε湍流模式模拟研究异重流头部结构,发现数值结果和实验结果吻合良好,并可利用从剖面水平流速解释异重流加速区、等速区和减速区。当底床是光滑时,在两种流体的交介面有著因为卷吸作用所造成的负向速度,也就是异重流剖面水平速度产生剧烈变化;底床泥沙的存在改变了异重流的水平速度分布,使剖面流速并未出现负向流速。

本文基于Fluent软件,建立具有多种设计振幅的内孤立波数值水槽,通过质量源造波方法实现对内孤立波的模拟,与物理实验结果及理论结果进行对比分析,利用软件自带的监测功能在对大振幅内波进行模拟时获取波致流场数据,结合改进的Morison方程计算内孤立波对顶张力立管的作用,基于欧拉–伯努利梁模型利用有限元法分析其动力响应。结果表明,本文采用的质量源造波方法下的模拟结果,与实验及理论吻合较好,在大振幅内孤立波作用下,立管位于上层流体中的部分所受到的来自内孤立波的水平作用力相比于位于下层流体中的部分大了许多,而在内孤立波作用下的顶张力立管发生的变形和产生的应力都很大,在波谷到达立管时应力与变形达到最大。

本文给出了用于模拟不可压缩流动的FHP-II格子气自动机模型中演化规则的数字电路。利用这个电路,生成了FHP-II的Look-Up表。作为算例,我们模拟了小雷诺数的方腔流动,再现了经典的数值结果。

论文采用URANS方法和运动重叠网格计算盛液封闭容器内的薄板振动绕流问题。数值网格采用两套网格重叠布置的形式,网格运动由用户自定义函数(UDF)实现,湍流模型采用SST k-ω模型,采用有限体积法和PISO算法求解URANS方程。文中通过对带正六边形薄板的小型油粘滞阻尼器进行建模分析及求解。结果表明,这种阻尼器的耗能能力与薄板面积基本呈线性关系,与薄板振幅的平方也呈近似线性关系,一个振动周期内薄板表面压力演化过程的流场显示,有助于增进对此类流动问题的认识。计算结果还表明基于重叠网格技术的CFD数值模拟,可以较好的模拟盛液封闭容器内振动薄板的流动问题。

为解决龙格库塔间断有限元方法(RKDG)求解流场耗时的问题,本文应用二维NACA0012翼型作为测试算例,使用多GPU加速求解。将流程网格按照GPU个数进行剖分,每个GPU计算一个网格区域。各计算节点上设置核函数的线程数等于流场网格数,节点间的数据通信使用MPI (Message Passing Interface)。通信过程中采用CUDA流和MPI非阻塞操作以覆盖数据的传输和计算,减少通信代价。结果表明,与CPU串行程序相比,1个、2个、4个GPU上分别获得了33倍、59倍和108倍的加速比。

针对污泥回流泵在污水中缠绕问题,设计了20?、40?、60?三种后掠角的叶片;针对机组效率低下的问题,重新设计了节段式、扭曲式两种导叶。基于RNG k-ε湍流模型与SIMPLE算法分别从外特性和内部流场分布方面对比分析了优化前后水泵性能情况。数值模拟结果表明:随着叶片后掠角的增加,污泥回流泵扬程与轴功率均下降,随着后掠角度变大,下降幅度也变大;后掠角为20?的污泥回流泵效率曲线较平稳,高于原型泵。扭曲导叶的改型使得污泥回流泵的扬程和效率都得到了大幅提高。

本文基于计算流体力学理论,建立搅拌摩擦焊过程有限元模型,模拟得到了焊接过程中不同工艺参数下的速度矢量图和材料流线分布图,结果表明,当搅拌头的旋转速度增加时,搅拌头附近区域材料流动更加剧烈,焊接速度的提高对搅拌头及其附近区域材料的流动影响不大。在焊接过程中,增加焊接速度可以增强焊件底部的流动性,但是不能提高焊件表面的流动性。增加搅拌头转速可以明显提高焊件表面的流动性,但是对焊件底部的流动性没有影响。

针对轴流泵进行水力性能设计和优化,在满足设计要求的基础上,实现其水力效率的提升。以比转速ns = 1250的轴流泵为对象,采用CFD数值模拟方法,借助于N-S基本控制方程和标准k-ε双方程湍流模型,对轴流泵进行了全流道数值模拟,统计其速度环量的变化规律,分析总结其外特性,研究其内部流动特征。通过解决实际过程中轴流泵扬程偏低的原因,提出圆周分速度修正系数,并选取了合适的圆周分速度修正系数来优化模型。根据优化结果可见,优化之后,轴流泵的水力性能得到明显提升,满足设计要求工况,扬程从2.729 m提高到3.44 m,水力效率从80.35%提高到82.69%,同时高效区明显扩大。从内部流动分析得出,优化之后叶轮内部流体流态稳定,无脱流、旋涡等现象,流速均匀分布。在轴流泵叶轮设计过程中,宜采用变环量设计,减小轮毂处的环量,同时增大轮缘处的环量。

膜生物反应器(Membrane Bioreactor, MBR)是一种将生物降解与膜的高效分离技术相结合的污水处理与回收技术,在实际的生产过程中,膜污染会造成膜的透过性与分离性不可逆的变化。本文用CFD构建了气升式MBR曝气过程中液体流动的计算模型,经检验该模型计算结果收敛,然后用此模型研究了气升式MBR的挡板对膜组件内液体以及膜表面剪切力的影响。通过FLUENT软件计算出无挡板MBR和气升式MBR两种不同膜组件构型的液体流线图以及剪切力云图,对比发现气升式MBR的挡板具有加速液体循环和提高膜表面平均剪切力的作用,气升式MBR的挡板使得膜组件中的液体围绕着挡板循环流动,循环流动的液体不仅提高了膜组件内液体的流速,而且能够在膜组件的两侧形成大半径的涡旋区,使膜表面各个区域的平均剪切力都有了显著提升。这使得气升式MBR在减缓膜污染和提高曝气效率方...

泵送混凝土泵送压力的计算对泵车的设计与施工有很大参考意义,对分析泵车振动机理及振动动态特性变化起着至关重要的作用。由于混凝土在管道中流动的复杂性,目前国内外计算压力损失时,更多关注的是压力损失的大小,忽略了压力损失随时间的动态变化。本文分析了泵送混凝土在管道中流动时的流动特性,在混凝土在管道中作定常流动时压力损失计算经验公式的基础上,建立了混凝土非定常流动的运动方程,利用傅里叶级数表征混凝土泵送速度模型,从而得到了泵送压力随时间变化的动态特性曲线,通过实例与测试结果进行了对比分析,验证了本文方法的正确性,为混凝土泵车动态特性分析提供了理论基础。