多孔介质流动的直接数值模拟

基于计算流体动力学软件Fluent建立了一个二维DNS模型,研究了多孔介质中的流动阻力和压降.模拟时对填充的圆柱粒子采用了2种几何排列方式,即直排和叉排.DNS直排模型的压差为53.5Pa,接近于采用原始系数A=150,B=1.75的尔格方程计算结果55.6Pa.叉排模型的压差为65.1Pa,接近于采用修正系数A=180,B=1.80的尔格方程计算结果62.1Pa.对于真实多孔介质材料的模拟来说,圆柱形粒子叉排比直排更为准确.因此DNS结果确认了修正系数组(A=180,B=1.80)比原始系数组(A=150,B=1.75)更适合尔格方程模型.应用文中推荐的DNS方法,通过采用不同的粒子几何排列方式、填充不同形状的粒子可以进一步地预测尔格方程系数或改善其他的多孔介质模型.     

工程车辆散热器模块散热性能数值仿真

为了了解工程车辆散热器模块在不同工况下的性能变化规律,保证其工作稳定性,结合工程车辆的原始资料,在UG NX7.0软件中建立动力舱的三维物理模型.用热交换模型表征车辆散热器模块,采用CFD数值方法对虚拟风洞内的动力舱模型进行仿真,对各工况下散热器模块散热性能进行分析,并进行实验验证.结果表明:各工况下散热器内部热交换过程均呈现梯度变化;随着回流热空气温度升高,散热器的工作效率逐步降低.当其效率不能满足整车需要时,整车会出现系统过热以及工作性能不稳定现象.对比仿真与实验数据,两者误差在2.83%～4.07%之间.     

基于FLUENT的硅油减振器热片散热性能分析

散热片的散热性能好坏严重影响硅油减振器的使用寿命.利用计算流体力学软件FLUENT,建立了硅油减振器散热片的三维模型,模型中将热场与流场进行了耦合;通过对散热片表面的温度分布特性、空气流动特性和散热率进行数值模拟,研究分析了散热片不同结构型式对其散热性能的影响.本文的分析方法可用于指导硅油减振器散热片的设计和选型.     

典型液压节流阀口的动态特性

为改善液压系统的性能,选择合适的液压控制阀节流阀口,建立了5种典型液压节流阀口过流面积的数学模型;采用AMESim软件建立了相应的仿真模型,并分别就输入信号、负载和阀口尺寸对5种节流阀口系统动态特性的影响进行了仿真分析.研究结果表明:外形尺寸相同时,L形节流阀口适用于重载、系统压力快速建立的情况,三角槽形节流阀口适用于压力稳定、灵敏度要求高的情况;适当增大阀口的外形尺寸可改善系统的动态响应性能.     

Three-dimensional numerical simulation of splat formation on substrates in plasma spraying

Plasma sprayed coatings are built up by the accumulation of splats formed by the impacting, spreading and solidifying of molten droplets on the substrate. A three-dimensional computational model including heat transfer and solidification is established to simulate the formation process of a single splat using the computational fluid dynamics (CFD) software, FLUENT. The fluid flow and energy equations are discretized and solved according to typical finite volume method on an unstructured grid. A volume of fluid (VOF) tracking algorithm is used to track the droplet flow with free surface. In order to understand the splat formation mechanism, the process of splat formation caused by impacting and spreading of a molten nickel droplet on a polished mild steel surface is simulated. On this basis, the simulations of impact of a molten droplet on substrate with different conditions including the surface morphology, thermal conductivity, initial temperature of the substrate and the thermal contact resistance are presented. The results clearly show the effect of those parameters on the shape of the final splat and splash behaviors.     

Computation of the viscous hydrodynamic forces on a KVLCC2 model moving obliquely in shallow water

The viscous hydrodynamic force and moment on ships moving obliquely in shallow water axe important for ship navigation safety. In the paper, the viscous flow field around a KVLCC2 model moving obliquely in shallow water is simulated and the hydrodynamic drag, lateral force and yaw moment acting on the hull are obtained by a general purpose computational fluid dynamics (CFD) package FLUENT with shear-stress transport (SST) k-w turbulence model. The numerical computation is performed at different drift angels and water depths. The numerical results are compared with experimental results, and a good agreement is demonstrated.     

基于高性能计算机群的微型多点外啮合齿轮油泵流场仿真

提出了基于高性能计算机群,对于微型多点外啮合齿轮油泵三维流场的分析方法．通过fluent计算流体力学软件,使用高性能计算机群解决了算例中大规模网格和非定常流动问题,较好的模拟了微型多点外啮合齿轮油泵的三维流场．为外啮合齿轮油泵的计算仿真提供了解决方案．     

基于CFX的方程式赛车绕流场分析与优化

针对某型大学生方程式（FSC）赛车的整车绕流场展开计算流体力学（CFD）分析与优化。利用三维建模软件CATIA对车身、车架、发动机总成、车轮及舱内模型进行建模、装配并生成风洞分析模型。采用集成于ANSYS Workbench环境下的流体分析软件CFX对此模型进行仿真分析,着重分析了赛车在正面风向状态下的受力情况及气流流态。仿真计算结果显示,原型车风阻较大,多处流场存在明显的紊流,影响了气动性能及赛车的速度性;气动升力及纵倾力矩偏大,影响赛车的驾驶稳定性。根据原型车的仿真结果,对车身及其他部件的优化改进提出几种策略,通过CFX仿真计算得出其优化效果。在对各项策略的优化效果进行详细分析后,通过选择优化效果好的策略、剔除无作用甚至反作用的策略以及多策略组合的办法,完成对原型车的优化设计。优化后赛车的气动性能得到提升,整车的气动阻力、气动升力及纵倾力矩均得到改善。     

Investigation on drag reduction of trucks

A study of the mechanism of fences was given to reduce drag by means of theoretical analysis, numerical simulation and experimental research. A 3D mathematical model has been developed based on computational fluid dynamics software Phoenics that was capable of handling steady state, 3D flow to simulate the flow field around the truck. The experiment made in a low speed wind tunnel is used as references for validation. By analyzing the results of calculation and experiment, the flowing mechanism of the flow field around the container truck and the drag-reducing mechanism of #-shaped fences on the truck are unveiled, which provides theoretical guidance to the aerodynamic formation designing and amelioration.     

液力变矩器性能参数的计算误差及其修正方法

为提高液力变矩器数值模拟的精度,采用CFD(computational fluid dynamics)方法对液力变矩器的变矩比、效率和泵轮容量系数等性能参数进行了计算,对计算误差进行了分析,并提出了相应的误差修正方法.通过分析补偿油液流动对泵轮容量系数计算误差的影响,提出了针对泵轮容量系数误差的修正方法.结果表明:数值计算模型中,忽略摩擦损失和补偿油液流动的影响,将引起变矩器性能参数的计算误差;针对摩擦损失提出的误差修正方法,使算例中变矩器的变矩比和效率的最大相对误差均由16.2%减小到13.9%;按照泵轮容量系数误差的修正方法,泵轮容量系数的最大相对误差由13.9%减小到7.3%.     

Comparison of Biomechanical Properties and Hemodynamics of Three Different Vena Cava Filters

The interaction mechanism of three types of vena cava filters (VCFs) with blood vessels and their influence on the bloodstream during the process of implantation are investigated by finite element method and computational fluid dynamics. The VCF models are set up with Solidworks software. Using ABAQUS software, we simulate the working conditions of the VCFs in the vessel to analyze the stress distribution and radial support stiffness of the vessel wall and the filter surface. Using FLUENT software, we simulate and analyze the velocity, pressure and shear stress distributions of blood flow when the VCFs are at their working conditions. For the retrievable VCF (R-VCF), the peak stress at the working conditions of the VCF is the highest, the peak stress toward the vessel wall is the lowest, and the support stiffness is the lowest. For the permanent VCF (P-VCF), the peak stress at the working conditions of the VCF is the highest, the peak stress toward the vessel wall is the lowest, and the support stiffness is the highest. Because of the structure of scaffolding support units and the tendency to form intimal hyperplasia on their support units, both the convertible VCF (C-VCF) and the P-VCF can embed their support units in the hyperplasia skin. This effectively prevents them from harming blood veins through filter damage at the pulse load conditions. As the biomechanical property of the C-VCF is between those of the R-VCF and the P-VCF, it has smaller obstacle to blood flow after conversion and has some fragmentation effects on the thrombus. The results show that different types of VCFs differ in their biomechanical and hemodynamic properties after implantation. Therefore, the simulative analysis can provide a reference basis for filter design and clinical decision making.     

250km/h动车组头车司机室及客室内流场数值分析

以某250 km/h动车组头车为研究对象,建立了其司机室和客室内流场的计算模型,利用计算流体力学数值仿真方法,采用κ-ε标准湍流计算模型和SIMPLE算法,对头车司机室和客室的空调风道和内流场进行了数值计算,获得了流场内流动参数的详细信息,并结合国际铁路联盟规程UIC 553-01-2005（客车的通风、采暖和空调型式试验）对头车司机室和客室的温度场和速度场进行评估.研究结果表明该头车空调通风系统设计合理,满足人体舒适性要求.     

基于不同外形参数模型的汽车外流场仿真

运用三维建模软件建立某型汽车的CAD模型,并基于知识工程模块设置一组影响汽车空气动力学的参数:前风窗角(FWW)、后风窗角(BWW)、接近角(AFA)、离去角(DRA),通过改变这些参数得到8种不同的汽车模型;将得到的参数化模型运用计算流体力学(CFD)软件Star - ccm+对其进行空气动力学模拟分析,模拟出不同参...     

气体流动阻力损失对反向扩孔气动冲击器性能的影响

为了研究反向扩孔气动冲击器内部气体流动阻力损失对其性能的影响,在简化复杂的气路基础上,从其结构和工作原理出发,分析了冲击器工作过程中气体流动所产生的压力损失;在有压力损失的条件下,研究冲击器气腔内气体变化特性,建立了冲击器的工作过程数学模型;根据数学模型,应用MATLAB程序进行计算机仿真运算,得到了冲击器工作过程中压力损失曲线,以及压力损失条件下活塞运动特性和各腔压力变化规律.研究结果表明:气体流动阻力损失影响冲击器破岩效率,使得冲击器活塞运动末速度从5.05 m/s下降到4.22 m/s,冲击频率从5.00 Hz下降到4.28 Hz;冲击器尾气压力仅为0.140 MPa,低于设计值0.185 MPa,影响冲击器尾气排屑.      

船用柴油机喷嘴液力负荷有限元分析及结构改进

建立了某船用柴油机喷嘴内部流动的三维CFD计算模型,用计算流体力学软件ANSYS-FLOTRAN对喷嘴内的三维流动进行了模拟分析,得到了喷嘴内部的液压分布,然后将该结果作为边界条件对喷嘴的液力负荷进行了三维有限元分析.结果表明,在高压液力负荷作用下,喷嘴头部的应力梯度较大,喷孔进口内侧上端应力值最大,且存在应力集中.在喷孔进口处倒一半径为0.05 mm的圆角,再次对喷嘴的液力负荷进行分析,发现喷孔进口内侧上端的应力值降低了34%,应力集中也得到了有效缓解.     

山区地形对桥位风场影响的数值模拟

为研究山区地形对处于峡谷中桥梁风场特性的影响,以建设在某峡谷中的一座大跨度桥梁为研究背景,利用计算流体力学软件FLUENT,设计了数值模拟方法,对桥址处风场进行计算分析.在利用实验数据验证模拟方法可靠性的基础上,通过不同来流方向的计算结果,分析了山区地形对主梁上顺桥向和横桥向的风速、风攻角及桥位处的平均风剖面分布的影响,以及峡谷效应产生的风速放大系数.研究结果表明:桥位来流方向的高耸山体会影响该侧主梁上水平风速的分布,并在该侧产生向下的风攻角;峡谷内的风剖面下部会发生畸变;特定的来流方向会在跨中产生风速放大效应.      

In-depth analysis of traffic congestion using computational fluid dynamics （CFD） modeling method

This paper introduces computational fluid dynamics(CFD),a numerical approach widely and successfully used in aerospace engineering,to deal with surface traffic flow related problems.After a brief introduction of the physical and mathematical foundations of CFD,this paper develops CFD implementation methodology for modeling traffic problems such as queue/platoon distribution,shockwave propagation,and prediction of system performance.Some theoretical and practical applications are discussed in this paper to i...     

PVA纤维水泥基复合材料抗冲蚀磨损性能试验研究

挟沙水流对桥墩的冲蚀磨损严重,继而影响桥梁的安全服役.为此,采用自主研制的冲蚀磨损试验装置,对一种桥墩抗冲蚀磨损材料——聚乙烯醇（polyvinyl alcohol,PVA）纤维水泥基复合材料进行冲蚀磨损试验.以普通砂浆为参照,首先,测试了普通砂浆试块和PVA纤维水泥基复合材料试块的抗压强度;然后,测量了冲蚀引起的质量损失,并分析了两类材料在不同冲击角度下的冲蚀磨损特点;最后,采用计算流体力学程序开展数值模拟,从流场角度对冲蚀磨损机理开展了深入分析.研究结果表明：水胶比对材料抗冲蚀磨损性能影响最大,水胶比越低,材料的强度越高和抗冲蚀磨损性能越好;在不同的冲击角度下,试块表面的冲蚀坑形状不同,在90°冲击条件下,冲蚀坑呈圆环状,在30°冲击条件下,冲蚀坑呈马蹄形;普通砂浆和E3配合比试块随冲击时间增加,单位时间（5 min）的质量损失逐渐减小,但两者的冲蚀过程不同.     

非均匀流场中螺旋桨水动力及噪声特性预报研究

根据螺旋桨的型值参数,在Fluent前处理器ICEM中建立流场的网格模型,采用计算流体力学（CFD）理论,结合雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程计算了螺旋桨的水动力特性.利用滑移网格技术对非均匀来流下的螺旋桨的水动力进行大涡模拟计算,并结合FW-H噪声模块对螺旋桨的无空泡噪声进行了数值预报.流场预报结果显示,流场的非均匀性导致螺旋桨水动力系数的脉动存在一定的周期性,且整个螺旋桨的水动力系数与单个桨叶之间存在一定的倍数关系;声场结果表明,低频离散噪声远大于高频噪声,噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向和径向衰减速度随着距桨盘面中心的距离增大而减小,且轴向声压级低于径向两侧.     

横向减振器对机车平稳性能的影响

基于机车车辆-轨道耦合动力学理论,运用TTISIM(Train/Track Interaction Simulation)仿真软件,以横向减振器为研究对象,以机车运行平稳性指标为依据,系统分析了机车横向减振器的阻尼参数、工作状态、卸荷速度和悬挂位置等参数对于机车平稳性能的影响。仿真计算与分析结果表明:选取适当横向减振器的结构阻尼参数,对提高机车的平稳性有利;采取适当的减振器卸荷速度可以达到提高乘车舒适性的目的;横向减振器是否正常工作对机车的运行品质有较大影响,必须严格确保所有减振器的正常工作;横向减振器的悬挂位置,对于车体的运行平稳性几乎没有影响。