检索结果-内蒙古大学图书馆

合肥工业大学学报（自然科学版） 2019年第8期42卷 1106-1113页

作者：石保同张希斌黄文锋山东省交通规划设计院山东济南250031 合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009

平衡态大气边界层的精确模拟是计算风工程研究中的一项重要且容易被忽视的工作。文章基于标准k-ε模型的控制方程,对大气边界层的平衡条件作出适当假设,总结了与剪应力相关的入流边界条件的通用形式。为实现大气边界层的自保持,在湍动... 详细信息

平衡态大气边界层的精确模拟是计算风工程研究中的一项重要且容易被忽视的工作。文章基于标准k-ε模型的控制方程,对大气边界层的平衡条件作出适当假设,总结了与剪应力相关的入流边界条件的通用形式。为实现大气边界层的自保持,在湍动能和耗散率输运方程中添加源项使入流边界条件与湍流模型相协调,并对顶部和底部边界条件施加剪应力修正;然后,分别以二维缩尺和足尺模型为例进行了平衡大气边界层的模拟。研究发现,在湍动能和耗散率输运方程中添加源项对改善大气边界层的自保持产生了不可忽略的影响,在顶部和底部施加剪应力能较好地改善顶部和底部大气边界层的自保持效果,通过同时添加源项和施加剪应力能很好地实现大气边界层的自保持。

关键词：平衡大气边界层标准k-ε模型数值模拟源项剪应力

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电渣重熔过程熔滴演化的数值模拟分析

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中国冶金 2024年第3期34卷 66-74页

作者：何江一赵岩吕璞雷洪东北大学冶金学院辽宁沈阳110819 东北大学材料电磁过程研究教育部重点实验室辽宁沈阳110819

电渣锭良好的力学性能缘于电渣锭的成分偏析小、组织致密、夹杂物细小弥散等特点,能有效满足高端装备制造业对高性能金属材料需求。在影响电渣锭质量的诸多因素中,熔池内流体流动是影响电渣重熔冶金效果的关键因素。为了准确描述电渣重... 详细信息

电渣锭良好的力学性能缘于电渣锭的成分偏析小、组织致密、夹杂物细小弥散等特点,能有效满足高端装备制造业对高性能金属材料需求。在影响电渣锭质量的诸多因素中,熔池内流体流动是影响电渣重熔冶金效果的关键因素。为了准确描述电渣重熔过程中多物理场耦合现象,采用开源软件OpenFOAM利用直接数值模拟方法、标准k-ε模型和重组化群(RNG)k-ε模型模拟了电渣重熔过程的传输现象。结果表明,直接数值模拟得出的金属熔滴形成和滴落过程与试验结果相一致。电渣重熔渣层流动不是充分发展的湍流,直接数值模拟比k-ε模型更适合描述电渣重熔中的熔渣运动。在熔滴形成过程中,熔滴的速度较大,当钢/渣界面能为0.6 N/m时,熔滴形成较小的圆球状;当钢/渣界面能为0.7、0.8 N/m时,熔滴呈圆锥形;当钢/渣界面能不小于0.9 N/m时,熔滴呈椭球状。当钢/渣界面能小于0.8 N/m时,主熔滴脱离细颈时会形成卫星液滴;当钢/渣界面能不小于0.9 N/m时,主熔滴脱离细颈时不会出现卫星液滴。卫星液滴的出现为电渣锭质量的改善提供了保障。

关键词：电渣重熔直接数值模拟钢/渣界面能熔滴标准k-ε模型重组化群k-ε模型

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基于k-ε模型的剪切流中湍流动能衰减规律研究

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华中科技大学学报（自然科学版） 2021年第9期49卷 83-87页

作者：李德顺马国林郭涛李敏兰州理工大学能源与动力工程学院甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省风力机工程技术研究中心甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省流体机械及系统重点实验室甘肃兰州730050

分别从理论推导和数值模拟的角度,分析了剪切流中湍流动能的衰减规律.通过简化湍流变量输运方程,采用Matlab求解了使用标准k-ε模型计算剪切流时湍动能在不同高度处的数值解,通过fluent数值模拟,验证了理论数值解,并与均匀流中的数值模... 详细信息

分别从理论推导和数值模拟的角度,分析了剪切流中湍流动能的衰减规律.通过简化湍流变量输运方程,采用Matlab求解了使用标准k-ε模型计算剪切流时湍动能在不同高度处的数值解,通过fluent数值模拟,验证了理论数值解,并与均匀流中的数值模拟结果进行对比,分析了在剪切流中入口湍流强度和湍流黏性比、来流速度梯度和输运方程扩散项等对湍流变量衰减的影响规律.结果表明:剪切流中存在湍流动能衰减;入口湍流强度对湍流变量输运方程生成项的影响较大,湍流黏性比对湍流变量输运方程生成项的影响较小;当入口湍流强度相同时,入口湍流黏性比越大,湍动能衰减的越快,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越小;当入口湍流黏性比相同时,入口湍流强度越大,湍动能衰减的越慢,来流速度梯度对湍动能衰减的影响越大.

关键词：剪切流湍流动能衰减标准k-ε模型边界条件数值模拟

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k-ε模型的优化及对龙旂热液区羽流数值模拟

k-ε模型的优化及对龙旂热液区羽流数值模拟

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作者：赵威杭州电子科技大学

学位级别：硕士

深海热液羽流是深海热液系统的重要组成部分,对海底资源的勘探有重要的工程价值。在实际中,对热液羽流的数值研究受到多种因素的影响,比如模型的精度和普适性等。因此,探究并优化用于热液羽流的数值模型,将有助于加深对热液羽流动力学... 详细信息

深海热液羽流是深海热液系统的重要组成部分,对海底资源的勘探有重要的工程价值。在实际中,对热液羽流的数值研究受到多种因素的影响,比如模型的精度和普适性等。因此,探究并优化用于热液羽流的数值模型,将有助于加深对热液羽流动力学特征参数的认识,为深海热液羽流的数值模拟和海底矿物资源的探测提供技术支撑。同时,随着人工智能的发展,机器学习方法展现出了优异的数据拟合能力,能够利用热液羽流的流场数据拟合物理特征量间的关系。为了解决上述问题,本文基于目前的热液羽流及其数值模拟方法的研究现状,根据羽流的运动特征,采用机器学习对数值模型进行优化,进而对西南印度洋龙旂热液区羽流的动力学特征参数进行研究。主要研究内容如下: (1)证明羽流数值模型能有效再现热液羽流宏观动力学,构建热液羽流的速度等相关数据集。首先,本文先测试了经典的热液羽流算例,通过对比文献的实验结论,证明RANS方法能有效模拟羽流的宏观运动。然后,分析流场数据的均方根误差RMSE,并结合k-ε模型的原理,初步提出可通过改进雷诺应力实现对k-ε模型优化的合理假设。最后,根据实验数据和标准k-ε模型的模拟数值,构建标准k-ε模型优化所需的数据集。 (2)构建神经网络模型实现对k-ε模型的优化,并验证方案的有效性和模型的泛化性能。首先,基于Boussinesq假设及其雷诺应力分解思想,根据雷诺应力的物理性质,筛选有效的输入特征。其次,使用人工神经网络以及RMSE误差函数,构建速度分量与雷诺应力间的关系。分析模型的训练结果,得出ANN模型在垂直速度和水平速度分量上与实验的RMSE误差,总体比SkE模型的小,表明机器学习方法对标准k-ε模型的优化是有效的。最后,通过使用实测的西南印度洋脊龙旂热液区羽流的数据,证明了该优化模型的泛化性能。 (3)基于优化的k-ε模型对深海热液羽流的数值研究。首先,展示不同时刻的热液羽流的流场变化,表明其运动的阶段性及其特点。其次,量化分析准稳态热液羽流的湍流动能、湍流耗散率、湍流粘度、上升高度和卷吸系数等关键动力特征参数,明确了热液羽流的输运与扩散机制。然后,计算热液羽流垂向剖面结构的卷吸系数,证明了热液羽流羽干区的运动特点,并改进了卷吸系数的计算方式。探究得到热液羽流的喷口温度、喷口速度和背景浮力频率等环境参数对羽流动力学特征参数的影响。

关键词：热液羽流标准k-ε模型机器学习雷诺应力速度分量湍流统计量

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基于Ansys Fluent的离心空化发生器数值模拟研究

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中国设备工程 2024年第1期 123-126页

作者：贺斌侯文中北大学信息与通信工程学院山西太原030051

离心空化发生器是水力空化发生器中的一种,现阶段,离心空化发生器的结构特征和工况对空化效率的影响尚不明确,因此,本文对离心空化发生器在多结构多工况下进行数值模拟研究,得到空化效率较高的结构和工况,用以指导离心空化发生器实际应... 详细信息

离心空化发生器是水力空化发生器中的一种,现阶段,离心空化发生器的结构特征和工况对空化效率的影响尚不明确,因此,本文对离心空化发生器在多结构多工况下进行数值模拟研究,得到空化效率较高的结构和工况,用以指导离心空化发生器实际应用。利用Solidworks进行多结构建模,并将模型导入Ansys Fluent中进行网格划分和边界条件的设置,控制方程选择雷诺时均ns方程,空化模型选择Schnerr-Sauer,湍流模型选择标准k-ε两方程模型进行有限元仿真分析,建立不同结构和不同工况下空化效率变量分析图。结果表明:空化发生的主要区域在转子内孔底部;转子内孔为75°的离心空化发生器模型的空化效率明显优于70°和80°时的离心空化发生器;不同的转子转速和水流入口速度对空化效率有影响,转子转速越快空化效率越高,空化效率随着水流入口速度的增大先升高后下降,在0.5m/s时达到峰值。

关键词：离心空化发生器雷诺时均ns方程 Schnerr-Sauer 标准k-ε模型空化效率

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严寒地区体育场馆气流组织优化研究

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智能城市 2023年第8期9卷 1-3页

作者：康智强李继成邵冬晨钱伟乐沈阳建筑大学市政与环境工程学院辽宁沈阳110168

良好的气流组织是保证体育馆内比赛要求及人员舒适度的基础,调研发现诸多高校体育馆内气流组织有待优化。文章以沈阳建筑大学体育场馆为研究对象,采用标准k-ε模型对体育馆内进行羽毛球比赛时的温度场和速度场进行模拟研究,找出现阶段... 详细信息

良好的气流组织是保证体育馆内比赛要求及人员舒适度的基础,调研发现诸多高校体育馆内气流组织有待优化。文章以沈阳建筑大学体育场馆为研究对象,采用标准k-ε模型对体育馆内进行羽毛球比赛时的温度场和速度场进行模拟研究,找出现阶段存在的问题,合理优化后风速和温度均满足要求,可为未来体育馆进行羽毛球比赛时气流组织设计提供参考。

关键词：体育馆气流组织送风方式标准k-ε模型

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陶瓷膜过滤器内流场及热致损毁机理模拟分析

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过程工程学报 2020年第11期20卷 1329-1335页

作者：司凯凯陈运法刘庆祝熊瑞孙广超刘开琪中国科学院过程工程研究所多相复杂系统国家重点实验室北京100190 中国科学院大学化学工程学院北京100049 中国科学院大学材料科学与光电子工程中心北京100049

高温气体净化用陶瓷膜的热稳定性是陶瓷膜过滤器能否长期稳定运行的关键。基于标准k-ε湍流模型和多孔介质模型,对陶瓷膜过滤器内的气体流动进行了数值模拟,研究了稳态过滤阶段装置内气体速度场、压强场及温度场的分布特点,对比了非稳... 详细信息

高温气体净化用陶瓷膜的热稳定性是陶瓷膜过滤器能否长期稳定运行的关键。基于标准k-ε湍流模型和多孔介质模型,对陶瓷膜过滤器内的气体流动进行了数值模拟,研究了稳态过滤阶段装置内气体速度场、压强场及温度场的分布特点,对比了非稳态脉冲清灰前后装置内的温度场变化,定量分析了脉冲清灰阶段热力耦合致陶瓷过滤材料损毁的机理。结果表明,模拟所建立的模型能较真实地反映气体在烟气过滤及脉冲清灰过程中的场分布特点。在稳态过滤阶段,气体在进/出气管处流速较高,在净气室和含尘室内流速较低,滤管内气体流速沿管体轴向向上逐渐增大,而气体压强逐渐减小,过滤器温度不随位置改变而变化。在非稳态脉冲清灰阶段,反吹入口附近的气体温度场形成低温区,在管轴向剖面上呈近椭圆形分布,沿轴向向下管内壁温度先降低后回升,而管内气体温度逐渐增大,含尘室内的温度几乎不变。在距离陶瓷膜过滤管顶部0.0664 m处,材料受到的热应力最大,为2.8 MPa。该处为陶瓷膜过滤管脉冲清灰过程中最易损毁的位置。

关键词：标准k-ε模型多孔介质热应力陶瓷膜过滤器脉冲清灰

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大流量比液体快速混合与连续管式硝化反应过程数值模拟

大流量比液体快速混合与连续管式硝化反应过程数值模拟

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作者：张梦雪东南大学

学位级别：硕士

硝化反应过程一般为强放热反应,且硝化产物一般具有易燃易爆特性,因此控制硝化反应过程的传质传热性能,是提高过程本质安全的关键因素。本文针对环形管式硝化工艺中的关键硝化反应单元,研究开发适用于小流量新鲜进料与大流量循环物料之... 详细信息

硝化反应过程一般为强放热反应,且硝化产物一般具有易燃易爆特性,因此控制硝化反应过程的传质传热性能,是提高过程本质安全的关键因素。本文针对环形管式硝化工艺中的关键硝化反应单元,研究开发适用于小流量新鲜进料与大流量循环物料之间的快速混合、反应设备,强化反应过程的传质、传热效率,提高该类反应过程的工艺安全性。论文首先采用计算流体力学(CFD)方法,在雷诺时均Navier-Stokes方程方法和大涡模拟方法两个层面对三种结构的快速喷射混合单元内,具有大流量比的两股流体之间的混合过程进行了深入研究。考察了混合器的结构参数和操作条件对混合性能的影响规律,以及混合器在放大过程中混合性能的变化规律,在此基础上提出了用于大流量比液体快速混合过程的最优结构设计。其次,以N-丁基乙醇胺(BEA)上的羟基硝酸酯化反应为研究对象,采用粒子群优化算法(PSO)对硝酸酯化反应过程的动力学进行研究,获得相应的反应动力学参数。最后,在上述研究基础上耦合反应动力学,对优化的硝化反应单元内的硝化反应过程进行数值模拟,考察反应过程的浓度分布、温度分布等特性,探索该类硝化反应设备内反应过程的安全特性。研究结果表明:错流旋流射流式喷射混合器的混合效果远远优异于同轴射流式和同轴旋流静态混合式混合器。其不仅结构简单,而且有利于工艺放大。该喷射器可以实现两股大流量比液体达到99%的物理混合所需的距离在13 mm之内,大流量旋流角度、孔数和流量比的增加对混合效果均产生有益的影响。标准k-ε模型与大涡模拟的结果比较表明,在0-9 mm混合距离内的离析度相差大,9-25mm内两种模型的计算结果渐趋一致,25-100 mm内离析度一致。错流旋流射流式喷射混合器的结构在几何放大后,高浓度区域的面积以及形状均没有随着几何尺寸的放大而改变,离析强度的整体变化趋势一致,小流量射流的流线轨迹变化规律也是一致的。错流旋流射流式喷射混合器的放大效应较小,对混合过程具有明显的强化作用。最后通过PSO算法拟合了N-丁基乙醇胺的硝化反应动力学参数,拟合得到的放热曲线与实验数据较为吻合。BEA进料与硝酸反应高温点主要集中在BEA进料口,温度范围可以控制在283-333 k,最终反应器出口的温度为285.5 k,混合物料经反应后的温升控制在3℃以下,大大提高了硝化反应过程的本质安全。

关键词：硝化 N-丁基乙醇胺标准k-ε模型大涡模拟粒子群优化算法管式反应器

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气承式充气膜结构通风性能数值模拟研究

气承式充气膜结构通风性能数值模拟研究

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作者：王盛汕头大学

学位级别：硕士

近年来，随着社会的发展和建筑技术的进步，建筑室内环境的舒适度问题受到越来越广泛的关注。气承式充气膜结构作为一种新型空间结构形式，由于其具有自重轻、跨度大、刚度小的特点，在工程上被广泛地应用于公共建筑领域，但有关其室内... 详细信息

近年来，随着社会的发展和建筑技术的进步，建筑室内环境的舒适度问题受到越来越广泛的关注。气承式充气膜结构作为一种新型空间结构形式，由于其具有自重轻、跨度大、刚度小的特点，在工程上被广泛地应用于公共建筑领域，但有关其室内环境的优化还缺少相关研究。气膜建筑通常采用置换通风原理，通风系统通过若干个送风口和回风口，一边将外部新鲜的空气通过送风口输入馆内，另一边把场馆内部浑浊的空气通过回风口输出。因此通风系统在维持一定内压的同时还能达到调节气膜馆内部温度和改善空气质量的效果。关于普通建筑的室内置换通风系统，国内外学者已经开展了大量研究，但对气膜建筑内部通风性能的研究较少，而且少量的研究也主要集中在对气膜建筑内部通风系统的实测分析上，具体到如何改善大型气膜建筑室内环境的研究较少。一方面由于气膜建筑内部空间较大，实测分析很难覆盖到所有空间位置。另一方面由于气膜建筑通风系统的布置往往灵活多变，实测分析只能在建筑建成之后进行，无法用于预先研究。相比实测分析，CFD（ComputationalFluidDynamics）技术不仅能得到场馆内部所有位置的物理信息，而且能较为灵活的设置更多分析场景，对气膜建筑的通风性能可以进行更为全面的分析。所以从通风系统的优化设计出发，采用CFD技术对“改善气膜建筑的室内环境”这一课题进行研究是很有必要的。　　本文应用CFD的雷诺平均模型（RANS）对内蒙古医科大学气膜体育馆的通风系统进行了优化设计，并对真实尺度下气膜体育馆室内热环境、风环境和污染物扩散等问题进行了系统的研究，总结出气膜体育馆的室内环境变化特点。针对气膜体育馆在冬、夏两季的不同室内环境问题进行重点分析，结合现有的通风技术在气承式膜结构建筑上的应用，通过对冬、夏两季馆内的热、风环境进行CFD数值模拟，研究多种因素对室内物理环境的影响。本研究对气承式充气膜结构及同类型新型建筑结构的室内通风设计具有重要的参考价值。本文具体研究内容如下：　　(1)以建筑群内部环境模拟和置换通风系统建筑室内环境模拟为算例，通过与风洞试验数据对比，对计算风工程上常用的3种RANS模型（标准k-ε模型、RNGk-ε模型和RSM模型）的计算性能进行了评估，重点评估了3种湍流模型在浮升力存在情况下对复杂工况热环境、风环境和污染扩散问题的模拟能力。综合对比表明，在所有评估的湍流模型中，标准k-ε模型对热、风环境和污染扩散的预测效果较好。　　(2)本文基于标准k-ε湍流模型，考虑了浮升力的影响，在冬季气候模式下对气承式充气膜结构进行室内热、风环境的数值模拟，评估了加热送风和地暖供温两种供暖方案对室内热、风环境的影响。计算结果表明，送风温度的变化对室内的风速和温度分布影响较小，而地面加热强度的变化对内部物理环境的影响较大。随着地面温度升高，浮升力逐渐增大，气膜馆内的空气温度和平均风速逐渐增大，舒适性逐渐得到提升。　　(3)在夏季气候模式下，围绕送风口和回风口在内部空间的布置问题，考虑气膜表面和地面温度变化，以及内部存在挡板等影响因素，对气承式充气膜结构的通风系统进行优化设计。然后利用CFD软件对气膜体育馆进行室内热、风环境模拟分析和污染物扩散模拟分析，并与优化前的结果进行比较。由计算结果可知，随着通风量的增大，气膜馆内的空气流动逐渐增强，但场馆中心空气温度的变化较小。在不同风口布置情况下，气膜馆内的平均风速变化并不显著，但空气温度分布变化明显。这说明在改善室内热环境问题上，相较于单纯提高通风量，风口布置的优化更为有效。同时在中性条件下，改变通风量与风口布置对室内污染物扩散均有显著影响。

关键词：气承式充气膜结构数值模拟标准k-ε模型室内环境通风分析风洞试验

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基于k-ε模型模拟平衡态大气边界层的比较研究

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工程力学 2018年第2期35卷 21-29页

作者：罗凯文杨易谢壮宁华南理工大学亚热带建筑科学国家重点实验室广东广州510641

平衡态大气边界层的准确模拟是计算风工程领域的基础性难题,也是研究热点问题之一。该文首先对近年来国内外针对这一问题的理论研究成果按入流边界条件、湍流模型参数、附加源项模型以及壁面函数模型等四个方面进行了全面梳理和系统总结... 详细信息

平衡态大气边界层的准确模拟是计算风工程领域的基础性难题,也是研究热点问题之一。该文首先对近年来国内外针对这一问题的理论研究成果按入流边界条件、湍流模型参数、附加源项模型以及壁面函数模型等四个方面进行了全面梳理和系统总结,并建议了一组新的标准k-ε模型湍流模型参数和通用壁面函数模型表达式。接着,采用计算流体动力学方法,建立简单边界层流动数值风洞模型,按照以上四种类别采用递进的方法对这些理论成果进行了详细的数值模拟验证和比较分析。结果表明:基于湍动能k方程解析解的入流边界条件并不必然会生成平衡态边界层,它和湍动能剖面的数学模型表达形式关系很大;除入流湍流边界条件外,湍流模型参数取值及壁面函数对平衡态大气边界层的模拟亦有较大影响,而增加源项并不能有效改善速度和湍动能剖面在整个流域范围的自保持性。该文对这一类问题的研究具有一定参考价值。

关键词：计算风工程平衡态大气边界层标准k-ε模型入流边界条件壁面函数

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