流體動力學(xué)模擬理論精選(九篇)

前言：一篇好文章的誕生，需要你不斷地搜集資料、整理思路，本站小編為你收集了豐富的流體動力學(xué)模擬理論主題范文，僅供參考，歡迎閱讀并收藏。

第1篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

CMT焊接創(chuàng)新地將送絲運動與熔滴過渡結(jié)合，實現(xiàn)了低熱輸入、無飛濺的熔滴過渡，焊接過程是高頻率的“熱—冷”交替過程。研究針對CMT焊接這種獨特的熔滴過渡過程，通過流體動力學(xué)方法對CMT熔滴過渡動態(tài)過程進行模擬，定量分析焊接工藝參數(shù)對熔滴過渡動態(tài)過程的影響規(guī)律；建立CMT焊接熔池溫度場和流場的三維非穩(wěn)態(tài)模型，定量分析浮力、電磁力、表面張力、熔滴沖擊力，以及相變潛熱及其綜合作用對焊接溫度場、速度場和熔池形態(tài)的影響；分析CMT各焊接工藝參數(shù)對熔池流體動力學(xué)行為的影響規(guī)律，建立焊接工藝參數(shù)與焊縫形貌、過程熱參數(shù)之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。基于上述研究，針對CMT熔深淺的缺點，研究增大熔深的方法并開展熔滴過渡與熔池流體動力學(xué)行為的理論研究。此研究旨在掌握CMT熔滴主動過渡的規(guī)律與機理，為實現(xiàn)主動熔滴過渡的焊接智能控制提供理論基礎(chǔ)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，具有重要的學(xué)術(shù)價值和實際意義。

2研究成果

（1） 完成了焊接多信息測試系統(tǒng)平臺的搭建，進行了CMT焊接試驗，同步測試了熔滴過渡動態(tài)過程與焊接電參數(shù)。

（2）建立了CMT熔滴過渡動態(tài)過程的數(shù)學(xué)模型。結(jié)合CMT焊接“引弧—短路—回抽—過渡”的實際特點，在考慮熔滴的表面張力、重力、電磁收縮力、等離子流力及焊絲回抽附加機械力的基礎(chǔ)上利用VOF方法建立了熔滴過渡過程的數(shù)值分析模型。

（3）分析了焊接工藝參數(shù)對熔滴過渡動態(tài)過程的影響規(guī)律。

CMT熔滴過渡是通過焊絲機械回抽方式來幫助熔滴脫落，工藝過程可以被精確控制，因而其短路過渡周期恒定，不再受隨機變量的影響，一個熔滴過渡大概需要14.31 ms，過渡頻率大概為70 Hz。

（4）建立了CMT焊接過程溫度場的三維非穩(wěn)態(tài)有限元分析模型，計算結(jié)果和測試結(jié)果的二者吻合良好，驗證了所建模型的合理性。

（5）根據(jù)CMT焊接特點，利用NavierStokes方程和連續(xù)性方程，建立了計算CMT流場的計算模型，在模型中充分考慮了焊接熔池中液態(tài)金屬所受的電弧力、表面張力、重力、熱流量等的共同作用。

（6）分析了CMT各焊接工藝參數(shù)對熔池流體動力學(xué)行為的影響規(guī)律。焊接過程中焊絲的周期性回抽作用對熔池流場產(chǎn)生較大的影響，在熔池中形成周期性的震蕩作用，改善了焊接質(zhì)量。

（7）建立了焊縫形貌數(shù)據(jù)（熔寬、熔深和余高）的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型，能方便地預(yù)測出焊縫形貌數(shù)據(jù)。

3研究成果

已：胡慶賢，王順堯，王艷輝. Process disturbances monitoring and recognition of shortcircuiting GMAW by fuzzy cmeans system[J]. China Welding， 2011，20（4）： 28-33.

第2篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

【關(guān)鍵詞】空氣濾清器；CFD；流阻特性

對進氣系統(tǒng)的研究，過去主要著重于進氣效率、濾清效率以及壓力損失等方面，隨著技術(shù)的發(fā)展以及對汽車舒適性要求的提高，進氣系統(tǒng)的聲學(xué)特性方面的研究也越來越有必要?？諝鉃V清器除了要有良好的聲學(xué)性能外，同時要考慮其動力學(xué)性能，以保證發(fā)動機有良好的動力性能。

本文基于流體動力學(xué)理論，利用CAD三維模型建立計算流體動力學(xué)模型（Computational Fluid Dynamics，簡稱CFD），主要計算90m3/h、180m3/h、270m3/h、360m3/h、450m3/h、540m3/h空氣流量下含濾紙濾清器流阻與內(nèi)部流場。同時，為便于比較分析，還對上述空氣流量下該濾清器空腔本體流阻及內(nèi)部流場也進行了計算。

1.空氣濾清器內(nèi)流場分析模型的建立

根據(jù)空氣濾清器的三維模型，建立用于CFD計算的該空氣濾清器內(nèi)腔的三維實體模型，采用四節(jié)點四面體單元對該空氣濾清器實體模型進行網(wǎng)格離散，通過收斂性分析確定的合適單元尺寸，得到的內(nèi)腔網(wǎng)格模型，節(jié)點51788個，單元264448個，其實體模型及網(wǎng)格模型不做介紹。

假設(shè)空氣濾清器中的流動為恒溫、穩(wěn)態(tài)流動，已知空氣濾清器的流量，在計算中給定入口壓力邊界條件和出口速度邊界條件，濾紙給定多孔介質(zhì)邊界條件。設(shè)定壓力值為101325Pa，空氣流出速度可通過已知流量及出口截面面積等數(shù)據(jù)計算得到，如表1.1中所列。

表1.1 不同空氣流量下出口平均速度

設(shè)定濾紙多孔介質(zhì)的邊界條件，需要設(shè)置粘性阻力系數(shù)和慣性阻力系數(shù)慣性阻力系數(shù)兩個參數(shù)，粘性阻力系數(shù)1/α=150μ（1-ε）

Dε，慣性阻力系數(shù)C2=1.75ρ（1-ε）

Dε，代入多孔介質(zhì)的流阻特性經(jīng)驗公式?P=μv

α+C2v2，其中，μ是空氣的粘性阻力系數(shù)，D是濾紙的孔隙平均直徑，ε是濾紙的孔隙率。

2.空濾器本體空腔內(nèi)流場結(jié)果

在CFD求解器進行網(wǎng)格檢查和優(yōu)化處理后，定義流體物理參數(shù)、施加進出口邊界條件，不考慮濾紙影響，經(jīng)過多次計算迭代后得到收斂結(jié)果。不同流量下空氣濾清器本體空腔壓力場和速度場結(jié)果分別不同。

空氣濾清器內(nèi)進氣管（插入管）出口沖擊區(qū)域壓力較高。出氣管為突然收縮管，在與腔體連接處，壓力損失比較大。

表2.1 不同流量下空氣濾清器本體空腔進出口壓差計算結(jié)果

表2.1分別給出不同空氣流量下，濾清器本體空腔、即不含濾紙條件下的進出口壓力差結(jié)果?？梢钥闯?，進出口壓差隨空氣流量增加而增大，且壓差-流量關(guān)系曲線表現(xiàn)出斜率隨空氣流量增加而變大的非線性特征。

3.帶濾紙空濾器內(nèi)流場結(jié)果

給定流體物理參數(shù)、進出口邊界條件，設(shè)置濾紙區(qū)域多孔介質(zhì)邊界條件，對不同流量下帶濾紙空氣濾清器的內(nèi)流場分別進行了計算。計算得到的內(nèi)腔壓力場和速度場也不同。

以360m3/h工況為例，過出口軸線平面內(nèi)的壓力場分布結(jié)果可以看出，濾紙下部腔內(nèi)壓力較高，濾紙區(qū)域自下而上壓力下降明顯；濾紙上部整個腔體內(nèi)壓力基本相等。由于截面突然收縮，在出口管處壓力梯度較大，壓力損失也較大。

過出口軸線平面內(nèi)的速度矢量結(jié)果、并參考無濾紙濾清器內(nèi)的速度場結(jié)果可以看出，濾紙對速度有阻礙作用，經(jīng)過濾紙后速度明顯減小，并且加濾紙后速度矢量在濾清器內(nèi)沒有折返現(xiàn)象。

表3.1 有濾紙空氣濾清器不同流量下進出口壓差計算結(jié)果

表3.1、給出不同空氣流量下，含濾紙濾清器進出口壓力差計算及實測結(jié)果。可以看出，采用濾紙模擬方法計算得到的不同流量下含濾紙空氣濾清器進出口壓差與實測流阻結(jié)果基本吻合。含濾紙濾清器進出口壓差隨空氣流量增加而增大，且壓差-流量關(guān)系曲線表現(xiàn)出斜率隨空氣流量增加而變大的非線性特征。

由表3.1、中還可看出，雖然隨流量增加、濾紙對空氣流動的阻力會有增長，但濾紙對整個空濾系統(tǒng)流阻的貢獻率卻隨流量的增大而減小。采用CFD仿真結(jié)果可以計算得到，濾紙阻力在總流阻中所占比重由90m3/h時的45.83%下降至540m3/h時的7.35%左右。參考不帶濾紙結(jié)構(gòu)本體空腔流阻計算結(jié)果可知，該空氣濾清器本體空腔進氣阻力占系統(tǒng)總流阻的主要部分?？傮w來說，該空氣濾清器在發(fā)動機負(fù)荷范圍內(nèi)具有較好的流阻特性，計算最大流量540m3/h下、濾清器出入口最大壓差約為2.4kPa，小于一般工程上最大允許壓差3kPa。

4.結(jié)論

本文基于流體動力學(xué)理論，利用CAD三維模型建立CFD仿真模型，通過對不同空氣流量下空氣濾清器空腔本體及含濾紙濾清器系統(tǒng)的內(nèi)部流場進行計算，深入了解該空氣濾清器阻力及內(nèi)部流場壓力、速度特性，并在此基礎(chǔ)上對其流阻特性進行評估。結(jié)果表明，濾清器在發(fā)動機負(fù)荷范圍內(nèi)具有較好的流阻特性，計算最大流量540m3/h下、濾清器出入口最大壓差約為2.4kPa，小于一般工程上最大允許壓差3kPa。計算得到了不同流量下濾清器內(nèi)部流場、壓力場結(jié)果，該結(jié)果對了解該空氣濾清器實際工作性能與狀態(tài)具有重要指導(dǎo)意義。同時，基于多方案的CFD計算可在概念與方案設(shè)計階段結(jié)構(gòu)型式與尺寸參數(shù)的確定提供數(shù)據(jù)支持，采用濾紙模擬模型具有較高精度，可在今后公司類似結(jié)構(gòu)濾清器流阻計算中采用。

【參考文獻】

第3篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

【關(guān)鍵詞】風(fēng)力機；氣動荷載；計算方法

中圖分類號：TK8

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1006-0278（2015）05-116-01

水平軸風(fēng)力機在進行其氣動設(shè)計、結(jié)構(gòu)設(shè)計以及后續(xù)的運行調(diào)節(jié)中，最重要的任務(wù)之一就是獲取作用在轉(zhuǎn)子上的氣動升力、阻力和俯仰力矩等空氣動力學(xué)參數(shù)。

一、葉素動量理論

葉素動量理論實際上是兩種理論的耦合：葉素理論和動量理論。葉素理論假設(shè)葉片沿展向可分為多個葉素，各葉素相對獨立，互不影響，可視為二維翼型。如此一來，就可以基于當(dāng)?shù)亓鲃訔l件計算出各葉素上的氣動力，再將各葉素上的氣動力沿展向積分，從而計算出施加在風(fēng)力機上的總氣動力和力矩。動量理論假設(shè)轉(zhuǎn)子平面上的壓力或動量損失是由流經(jīng)葉素的氣流作用而產(chǎn)生，如此一來，即可由流動動量損失計算出軸向與切向誘導(dǎo)速度，而這些誘導(dǎo)速度反過來影響到轉(zhuǎn)子平而的人流參數(shù)，從而進一步影響到作用在葉素上的氣動力。

因此，需要建立一個迭代過程，用以確定相應(yīng)的氣動力以及轉(zhuǎn)子附近的誘導(dǎo)速度，這就是葉素理論與動量理論之間的藕合機制，最終體現(xiàn)為葉素動量理論。要計算出葉素上的氣動力，首先要確定入流角。而入流角的確定則是根據(jù)誘導(dǎo)速度，同時誘導(dǎo)速度又是氣動力的函數(shù)。因此需要用誘導(dǎo)速度和氣動力之間的函數(shù)關(guān)系進行迭代來得到誘導(dǎo)速度、入流角及氣動力。

二、數(shù)值模擬方法

無論是水平軸風(fēng)力機，還是垂直軸風(fēng)力機，其空氣繞流機理均通過一系列方程進行描述，大多數(shù)采用微分形式或積分形式，揭示了風(fēng)力機流場的基本特性及物理本質(zhì)。然而，方程本身井不是我們需要的最終結(jié)果，為了得到特定形狀和特定流動狀態(tài)的真實流場，必須針對方程求解，從而獲得以空間位置和時間為白變量，以壓力、密度、速度等為因變量的流場參數(shù)，然后依據(jù)這些參數(shù)得到升力、阻力、力矩、功率以及效率等氣動特性。

風(fēng)力機空氣動力學(xué)理論中的方程，無論形式如何變化，均來自流體力學(xué)中的基本控制方程，即連續(xù)性方程、動量方程和能量方程。這些基本控制方程不僅采用微分形式或積分形式，而且具有高度非線性特征，目前尚無法得到其通用的解析解。為了獲取針對具體問題的有效解，并且對控制方程進行沒有任何幾何外形的簡化，則必須尋求于數(shù)值模擬，即數(shù)值求解控制流體流動的微分方程，得出流場在連續(xù)區(qū)域上的的離散分布，從而近似模擬流體的流動情況。

另外在CFD中不得不考慮湍流的影響。湍流屬于很復(fù)雜的流動現(xiàn)象，如何去計算它，是湍流數(shù)值模擬的關(guān)鍵。最理想的模型無疑是能夠白動計算層流、湍流和過渡區(qū)域，但目前為止很難實現(xiàn)。盡管如此，為了科學(xué)研究及工程應(yīng)用的實際需要，仍需建立相應(yīng)的研究方法，用于盡量精確地描述流體流動中渦團與湍流脈動等物理現(xiàn)象，并加以完善。目前常用的湍流模型有以下二種：直接數(shù)值模擬（dlfect numerical simula-tion，DNS）、雷諾時均數(shù)值模擬（Raynolds-averaged Navier-Stokes，RANS）、大渦模擬（large eddy sunulation，LES）。應(yīng)根據(jù)需要描述的流場特性、求解精度要求以及需要解決的實際問題加以選擇。

三、結(jié)論

（一）葉素動量理論的缺陷及修正

葉素動量理論，由于對模型進行了簡化以及做出了諸多假設(shè)，葉素動量理論存在相應(yīng)的局限性，主要體現(xiàn)在：

1.葉素動量理論采用靜態(tài)計算，假設(shè)圍繞翼型的流場始終是均衡的，并且流體通過瞬間實時加速來響應(yīng)尾跡漩渦的變化。而事實上，尾跡漩渦的變化來白入流條件或風(fēng)力機運行工況的改變，而翼型響應(yīng)這種變化是需要時間的。

2.葉素動量理論假設(shè)在平行于轉(zhuǎn)子的平而內(nèi)動量是平衡的，因此當(dāng)葉片存在比較大的撓度以至于偏斜出轉(zhuǎn)子平而外時，這種空氣動力學(xué)模型將會失效。

3.除此以外，葉素動量理論沒有考慮葉尖或輪轂漩渦對誘導(dǎo)速度的影響，對于偏斜人流情況也無能為力。不過這些情況可以通過其他相關(guān)模型加以修正。

（二）數(shù)值模擬方法所面臨問題

基于目前海上風(fēng)力機的研究狀況可以看出，使用CFD方法來模擬外部流場荷載無疑會得到更加精確的模擬效果和更多的流場相關(guān)信息。然而其對計算機資源的較高要求及計算時間的成本要求也是目前這種方法最大問題。如何在現(xiàn)有技術(shù)條件下尋求到計算精度和仿真模擬成本之間的平衡點，將成為現(xiàn)階段科研工作者面臨的一大問題。

參考文獻：

[1]Patrick J， Moriarty，A， Craig Hansen. AeroDyn theory manual：NREL/EL- 500-3 68 81 [R]. Golden： National Renewable Energy Labora-tory， 2005.

第4篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

沖刷腐蝕 又稱為磨損腐蝕， 是金屬表面與腐蝕流體之間由于高速相對運動而引起的金屬損壞現(xiàn)象， 是材料受沖刷和腐蝕交互作用的結(jié)果，是一種危害性較大的局部腐蝕，在石油、化工等生產(chǎn)領(lǐng)域廣泛存在。暴露在運動流體中的所有類型的設(shè)備如料漿輸送管道、泵的過流部件和閥門等， 都會遭受到?jīng)_刷腐蝕的破壞， 尤其是在含固相顆粒的雙相流中， 破壞更為嚴(yán)重。因此，沖刷腐蝕問題的研究，引起了人們的高度重視。

沖刷腐蝕是一個很復(fù)雜的過程， 影響因素眾多， 概括起來主要包括材料 （冶金）、環(huán)境和流體力學(xué)三個方面。過去人們通過失重實驗以及各種流動條件下的電化學(xué)測量技術(shù)， 對前兩方面因素的影響做了較為深入的研究， 并進而開展了沖刷和腐蝕交互作用的研究， 以期揭示沖刷腐蝕的本質(zhì)。相對而言， 流體力學(xué)因素影響規(guī)律的研究尚未成熟。因此，無論是對沖刷腐蝕實驗結(jié)果的預(yù)測， 還是對沖刷腐蝕機理的深入闡述， 都受到限制。

一、流體力學(xué)因素的影響機制

流體力學(xué)因素一般通過改變沖刷強度或傳質(zhì)過程來影響沖刷腐蝕作用。其主要條件包括： 流速、流態(tài)、沖刷角度、顆粒性質(zhì)等[1]。

1.流體流速

介質(zhì)的流動對沖刷腐蝕有兩種作用： 質(zhì)量傳遞效應(yīng)和表面切應(yīng)力效應(yīng)。因此流體流速在沖刷腐蝕過程中起著重要作用， 并直接影響沖刷腐蝕的機理。對于不具有鈍化特性的金屬，特別是在中性條件下， 氧的存在，將會加速陽極金屬的溶解。因此隨流速的提高， 氧、二氧化碳等腐蝕劑與金屬表面充分地接觸，促進腐蝕； 另外， 液流沖擊金屬表面， 隨流速的提高， 在懸浮固相顆粒作用下， 切力矩作用增強，將腐蝕產(chǎn)物不斷從金屬表面剝離，并且在金屬基體上產(chǎn)生劃痕， 使腐蝕加劇。

2.流體流態(tài)

流體的流動狀態(tài)有層流與湍流兩種。它不僅取決于流體的流速 ， 而且還取決于流體的性質(zhì)。（ 如粘度、密度等） 和設(shè)備的幾何形狀 （ 如凸出物、縫隙以及突然改變流向的截面） 。不同的流動狀態(tài)有不同的運動規(guī)律， 故對沖刷腐蝕的影響也不一樣。層流時， 供氧量比較少， 但能形成保護膜， 水體對金屬的剪切應(yīng)力小， 不能破壞保護膜。此時陰極反應(yīng)呈現(xiàn)出氧擴散控制特征。沖刷腐蝕受氧的擴散控制，比較緩慢。湍流使金屬與流體介質(zhì)的接觸更加頻繁， 不僅加速了腐蝕劑的供應(yīng)和腐蝕產(chǎn)物的轉(zhuǎn)移， 而且增加了流體與金屬之間的剪切應(yīng)力。這種應(yīng)力會將金屬腐蝕產(chǎn)物（ 包括保護膜） 從基體上拉、撕開并沖走， 同時流體中固相顆粒物無規(guī)則地劇烈沖擊金屬表面， 促進沖刷腐蝕。

3.沖刷角度

液固兩相流作用在沖刷面上的力可分為水平和垂直分量， 它們的損傷作用不同： 水平分量對沖刷面產(chǎn)生切削作用； 垂直分量產(chǎn)生撞擊。隨著沖刷角度變化， 這兩種損傷機制此消彼長， 交織作用。在小角度沖刷時， 水平分量作用較強， 因而切削機制是材料損失的主要原因； 在大角度沖刷時， 垂直分量作用較強， 固相粒子撞擊材料表面， 這種損傷機制主要由兩部分組成： 一部分是由粒子沖擊形成沖擊坑及周圍的突出唇， 突出唇在隨后的顆粒沖擊下被沖掉。另一部分是粒子沖擊金屬表面， 形成微裂紋， 裂紋擴展使材料呈片狀脫落。因此， 會存在某一沖刷角度， 微切削和沖刷撞擊共同作用產(chǎn)生的損傷最大，從而使材料的沖刷腐蝕失重率達(dá)到最大。

4.兩相流體中的固相顆粒因素

懸浮顆粒物對沖刷行為的影響參數(shù)主要在于其硬度、鋒利性、粒徑大小及濃度。一般條件下，顆粒硬度越高， 沖刷越嚴(yán)重； 多角粒子的切削作用要比圓形粒子的犁削作用產(chǎn)生更大的力學(xué)損傷；粒徑越大， 沖刷速率也越大。

顆粒濃度越大， 沖刷腐蝕速率的絕對值越大， 但高濃度條件下顆粒間的相互影響所引起的“屏蔽效應(yīng)”使得其沖蝕效率降。同時， 流體中顆粒物也影響電極反應(yīng)的傳質(zhì)過程。顆粒物通過擴散層時加劇局部水體的攪動， 破壞擴散層狀態(tài)， 使得金屬與介質(zhì)中氧化劑的接觸更為頻繁， 從而促進腐蝕過程。

二、CFD 數(shù)值模擬

運用計算流體動力學(xué) CFD（ Computational Fluid Dynamics） ，對流態(tài)進行數(shù)值仿真模擬計算。盡管這種新的數(shù)值計算方法不能完全取代傳統(tǒng)的實驗測試， 但是卻可以減少實驗和設(shè)計工作的盲目性和工作量， 降低消耗并增加可靠度，使傳統(tǒng)的實驗方法逐步退化為驗證計算流體力學(xué)程序準(zhǔn)確性與可靠性的一種手段。

1.數(shù)值模擬方法

計算所采用的液體為水，顆粒為砂， 平均直徑為0.01mm， 濃度為 2%。液相在進口為恒定速度邊界條件， 初始值按實際工況直接給定為3m/s；出口為自由出流邊界條件； 壁面為無滑移壁面；進口和出口的紊流強度均取10%。顆粒相在壁面上取為彈性反射條件， 出口為逃逸邊界條件。

2.數(shù)值模擬的結(jié)果與分析

流動對腐蝕的影響中， 各因素作用的差別很大。直管內(nèi)速度梯度近乎為零， 因此可以不考慮速度梯度影響； 流形對腐蝕的作用也是通過剪切應(yīng)力表現(xiàn)為間接影響。剪切應(yīng)力不斷撕裂、剝落腐蝕產(chǎn)生的保護膜， 產(chǎn)生裂痕（或沖蝕坑）， 若來不及修復(fù)則露出新鮮的活性金屬表面， 使痕內(nèi)外構(gòu)成 腐蝕原電池而進一步加速腐蝕。因此， 本文的研究認(rèn)定管道沖蝕主要是壁面剪切應(yīng)力的作用， 兼考慮其他因素影響。液相與固相顆粒對管道的剪切應(yīng)力在管道的進口端均達(dá)到最大值。液相對管道的動壓力也在管道的進口處出現(xiàn)了最大值。另外， 顆粒的沖擊也會使新的金屬表面發(fā)生塑性變形、位錯聚集或誘發(fā)微裂紋， 使之處于高能區(qū)， 在腐蝕原電池中成為陽極區(qū)，從而加速材料的腐蝕。固相顆粒對管道的沖刷量， 在進口端附近最大， 而在管道的中部和出口端幾乎為零。

三、結(jié)論

1.因為沖刷和腐蝕的聯(lián)合作用， 沖蝕機理比其他類型腐蝕更復(fù)雜

液固兩相流中， 固體顆粒不是移去金屬基材， 就是移去腐蝕產(chǎn)物； 而液相中腐蝕介質(zhì)的作用下， 導(dǎo)致腐蝕發(fā)生。高速流體擊穿了緊貼金屬表面幾乎靜止的邊界膜， 一方面加速了氧化劑的供應(yīng)和陰、陽極腐蝕產(chǎn)物的遷移； 另一方面高速湍流對金屬表面產(chǎn)生了剪應(yīng)力， 這種剪應(yīng)力不斷剝離金屬表面的腐蝕產(chǎn)物， 使金屬不斷以金屬離子形式溶入溶液， 從而產(chǎn)生沖刷腐蝕過程。

第5篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

關(guān)鍵詞：濕地水環(huán)境；演變機理；生態(tài)效應(yīng)；新思路;研究

引言

濕地是地球上具有多種獨特功能的生態(tài)系統(tǒng)，在為人類提供食物、原料和水資源、穩(wěn)定環(huán)境、維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性等方面均起到重要作用,是人類賴以生存和持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ),享有“地球之腎”的美譽[1]。近一個世紀(jì)以來，由于受盲目圍墾、過度開發(fā)和水質(zhì)污染等人類活動及氣候變化、天然水循環(huán)變化的影響，使得濕地水環(huán)境和生態(tài)空間格局發(fā)生變化，進而造成濕地的功能下降、生物多樣性喪失、甚至濕地的消亡[2，3]。

我國自1992年加入《濕地公約》后，對保護濕地開展了一系列富有成效的工作，但濕地保護形勢依然嚴(yán)峻，由于對濕地形成演變機理、水環(huán)境效應(yīng)及生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面缺乏全面而深刻的了解，往往給保護區(qū)的工作造成一定困難，濕地保護研究相對滯后[4]。開展變化環(huán)境下濕地水環(huán)境演變機理及生態(tài)效應(yīng)研究，對更好的利用和保護濕地有重要意義。

1國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析

1.1研究方法

濕地的定量模擬研究是當(dāng)前生態(tài)學(xué)、水文學(xué)和濕地科學(xué)的一個熱點研究領(lǐng)域[5]。濕地建模、情勢重建是理解濕地形成演變機理、水環(huán)境效應(yīng)、生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重要途徑。目前，國內(nèi)外對濕地的模型與研究方法已經(jīng)取得了較大的進展，現(xiàn)綜述如下：

（1）圖表分析法與經(jīng)驗統(tǒng)計法：傳統(tǒng)濕地生態(tài)水文學(xué)采用圖表分析法與經(jīng)驗統(tǒng)計法研究濕地生態(tài)水文問題。從研究手段上看，在水文水質(zhì)調(diào)查、濕地生物調(diào)查的基礎(chǔ)上，引入遙測信息。方法原理是通過宏觀尺度上濕地水文、生態(tài)調(diào)查，從植被生態(tài)的水文適應(yīng)性角度，根據(jù)收集的信息，通過統(tǒng)計分析或采用制圖方式進行濕地水文景觀分類、生物結(jié)構(gòu)、生物量和生物多樣性分析；在此基礎(chǔ)上，根據(jù)經(jīng)驗方法估算生態(tài)環(huán)境需水總量[6]。由于這類方法未能充分表達(dá)濕地生態(tài)演替的階段性、濕地的基本特征、形成機理和動態(tài)過程，缺乏深入的物理機制剖析，研究水平較低，研究的角度相對狹窄。

（2）濕地水文模型：水文過程是濕地中最重要的過程,是決定產(chǎn)生和維持濕地典型類型和濕地過程的重要因素，是濕地研究的核心內(nèi)容，在濕地形成、發(fā)育、演替直至消亡全過程中起重要作用。濕地水文模型可用以定量地評價濕地開發(fā)活動及保護管理活動帶來的環(huán)境影響和生態(tài)效應(yīng)；可用作預(yù)測濕地水文及其它“動力”特征的變化規(guī)律；可用作檢驗濕地的概念、理論和濕地研究基本實測數(shù)據(jù)；也可用作輔助設(shè)計工具,在濕地的重新自然化和人工濕地的建造工程中用于輔助設(shè)計工程設(shè)施的結(jié)構(gòu)、形式和參數(shù)等[7]。

近年來，濕地水文模擬技術(shù)得到了快速發(fā)展，特別是在水庫或洪泛濕地方面，如加拿大Waterloo大學(xué)提出一個蓄水～出流函數(shù)模型用于模擬濕地徑流響應(yīng)[8]；英國Birmingham大學(xué)改進MODFLOW模型，在British 洪泛平原濕地成功地模擬了以年或季為水文周期的濕地水位變化[9]。國際上已成功開發(fā)了適合濕地的分布水文模型, Zacharias等認(rèn)為濕地是一個水文、水環(huán)境系統(tǒng)，強調(diào)要加強濕地水資源綜合管理，結(jié)合GIS和RS發(fā)展了一個有物理基礎(chǔ)的水文模型來管理湖泊濕地水資源[10]；Da Paz等認(rèn)為水循環(huán)對濕地生態(tài)系統(tǒng)起著重要作用，采用了二維平面水動力模型在Mangueira湖泊和Taim濕地中的應(yīng)用[11]。我國濕地模擬研究起步不久，但模型研究仍然以概念性水文模型、地下水模型為主，濕地分布水文模型缺乏，有待加強。

（3）濕地監(jiān)測和高新技術(shù)應(yīng)用：美國從二十世紀(jì)70年代初就開始關(guān)注濕地監(jiān)測和高新技術(shù)應(yīng)用。Grapes, TR監(jiān)測了chalk流域濕地的洪水和地下水，分析了濕地地下水流與河渠水位關(guān)系，以及壤中流和垂直水分通量變化規(guī)律[12]。國內(nèi)王茜等人利用3S技術(shù)對洪湖濕地的結(jié)構(gòu)類型進行監(jiān)測，在分析研究洪湖濕地現(xiàn)狀(水文、土壤、植被、地形地貌、土壤、經(jīng)濟發(fā)展、開發(fā)等內(nèi)容)的基礎(chǔ)上,根據(jù)國際濕地分類的原則和實際情況,考慮遙感上的可操作性,設(shè)計出研究區(qū)域的濕地遙感分類系統(tǒng)[13]。

（4）濕地水環(huán)境流體模型研究：國內(nèi)外有關(guān)科學(xué)工作者從70 年代后期開始從環(huán)境科學(xué)的角度對濕地進行研究, 取得了大量研究成果,為濕地保護和合理開發(fā)提供了重要的科學(xué)依據(jù)。如國外60年代開始研究河流水量水質(zhì)、水量泥沙耦合模型。70～80 年代,國內(nèi)外研究者較多地研究應(yīng)用了一維、二維水量水質(zhì)模型(如Baca and Arnett，1977)，90 年代國外三維水量水質(zhì)模型研究比較成熟(如Simons, et al，1977)。例如美國國家環(huán)境保護局提出的多參數(shù)綜合水質(zhì)模型(WASP，1996)和環(huán)境流體動力學(xué)模型（EFDC，2001），丹麥水力學(xué)研究所Mike水質(zhì)模型等。國外環(huán)境流體動力學(xué)模型在我國應(yīng)用研究也取得了很大進展，目前已廣泛應(yīng)用在河流、水庫、湖泊、河口、港灣以及濕地等水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中[14]。我國的湖泊工作者和環(huán)境工作者從70 年代后期開始, 進行了大量湖泊環(huán)境保護方面的研究工作, 在湖泊、水庫水質(zhì)預(yù)測、污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、總量控制等方面取得了一批重要成果[15]。

（5）濕地生態(tài)環(huán)境需水研究：90年代后環(huán)境需水量和生態(tài)需水量開始成為人們關(guān)注的焦點[16]。到目前為止，國外有關(guān)生態(tài)環(huán)境需水量研究內(nèi)容主要有：河道流量與魚類生息環(huán)境關(guān)系研究[17]；河流流量、水生生物與溶解氧三者關(guān)系研究[18～20]；水生生物指示物與流量之間的關(guān)系研究；濕地調(diào)度考慮生態(tài)需水量的優(yōu)化配置研究；環(huán)境用水與經(jīng)濟用水關(guān)系研究等[21，22]。研究方法有：流量增量法、蒙大拿法、7Q10法、流量歷時曲線分析法、濕周法、棲息地排水法、BBM法、水利額定法等。對水庫、湖泊、濕地的生態(tài)環(huán)境需水還沒有成熟的理論、指標(biāo)體系和計算方法[23]。從國內(nèi)外對生態(tài)環(huán)境用水的研究來看，定性描述的多，理論推求的少，河流描述多，濕地研究少。總量估算多，過程計算少。另外，在確定生態(tài)環(huán)境需水時，時問尺度和空間尺度不明確，水量和水質(zhì)耦合研究缺乏，各生態(tài)需水量重復(fù)計算，可操作性差，研究結(jié)果與實際應(yīng)用還存在相當(dāng)差距。所以，濕地生態(tài)環(huán)境需水估算仍然研究不足。

濕地水文生態(tài)模型與新興交叉學(xué)科和地學(xué)信息技術(shù)耦合是未來發(fā)展的必然趨勢。但至今我國濕地模型的研究才剛剛起步，研究進展緩慢原因是：有物理基礎(chǔ)的分布水文模型建模因涉及多學(xué)科有較高的難度，另外我國濕地監(jiān)測與實驗資料缺乏，在今后的研究中，還有待進一步加強和完善。

我國目前濕地保護才剛剛起步，很多問題有待深入研究，如濕地的水文水環(huán)境效應(yīng)研究不深入，有物理基礎(chǔ)的濕地模型缺乏；濕地健康評價指標(biāo)體系和生態(tài)需水過程估算方法還不完善；濕地生態(tài)環(huán)境流體動力學(xué)研究不足；濕地建設(shè)與濕地管理缺乏系統(tǒng)成熟的技術(shù)方案等。

1.2評價方法

國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展了較成熟的濕地評價方法。在眾多濕地分類方法中有代表性的方法包括Cow ardin 等于1979 年提出的分類體系[24]和Brinson 于1993 年提出的水文地貌學(xué)分類方法[25]。美國農(nóng)業(yè)部濕地研究所推薦一套濕地評價水文模型DRAINMOD和濕地水文識別準(zhǔn)則[26]。國外Sutula, MA等應(yīng)用一種濕地快速評估方法(RAMs)評價濕地系統(tǒng)，介紹了RAMs方法的發(fā)展[27]。國內(nèi)賈忠華等人采用美國農(nóng)業(yè)部推薦的濕地評價水文模型DRAINMOD,探討西安干旱與半干旱地區(qū)不同來水量對濕地地下水位變化的影響，分析了該區(qū)形成臨界濕地水文條件所需的臨界水量[28]。袁軍等運用多級模糊模式評價模型對黑龍江洪河國家級保護區(qū)不同年份的濕地水文功能進行評價[29]。

診斷濕地生態(tài)系統(tǒng)健康是水聚濕地保護的重要手段之一。開展?jié)竦厣鷳B(tài)系統(tǒng)健康評價方法可分為：物種指示法和結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)法[30，31]。Costanza等1997提出了基于系統(tǒng)層次的生態(tài)健康指數(shù)(Health Index，HI)[32]。此外，也有學(xué)者提出了基于河流水文學(xué)、物理構(gòu)造特征、河岸區(qū)狀況、水質(zhì)及水生生物等5方面共計22項指標(biāo)體系計分基礎(chǔ)上的溪流狀況指數(shù)(Index of Stream Condition，ISC) 。隨著對湖泊生態(tài)系統(tǒng)研究的深入，最近幾年物理指標(biāo)、壓力指標(biāo)等也被考慮在內(nèi)，使健康診斷指標(biāo)不斷完善。

2研究思路創(chuàng)新

分析理解濕地水文、水質(zhì)與生態(tài)三者之間的相互作用關(guān)系，對變化環(huán)境下濕地水循環(huán)規(guī)律、水環(huán)境效應(yīng)、污染物遷移轉(zhuǎn)化機理和生態(tài)格局演變規(guī)律進行單獨研究并做集成研究；構(gòu)建一個變集水區(qū)尺度、基于RS和GIS、反映濕地特征的、有物理基礎(chǔ)的、多尺度集成、多要素耦合的“變網(wǎng)格”技術(shù)支持下濕地分布式生態(tài)水文模型范式，以便于增加對濕地水循環(huán)、污染物遷移轉(zhuǎn)化、濕地的消長與退化、濕地生態(tài)環(huán)境需水過程的理解和認(rèn)識；對濕地消長過程、濕地生態(tài)需水變化過程、環(huán)境需水變化過程的模擬與預(yù)測，包括預(yù)測坡地、濕地、河流之界面水循環(huán)過程；開展?jié)竦厮鲌?、濃度場和生物量的情景預(yù)測等等，對于理解濕地水環(huán)境效應(yīng)及生態(tài)修復(fù)功能有指導(dǎo)作用。

3結(jié)語及展望

我國濕地保護當(dāng)前所面臨的主要問題，以生態(tài)水文學(xué)、環(huán)境生態(tài)學(xué)、水動力學(xué)等理論為指導(dǎo)，以洪泛濕地為典型研究對象，以自然與人類相互作用為核心，強調(diào)流域坡地、濕地、河流、湖泊、大氣、地表林冠層、包氣帶、地下飽和水帶等不同空間尺度上和界面上的水循環(huán)、N-P物質(zhì)循環(huán)等自然過程的相互作用研究；揭示變動水文情勢下濕地水循環(huán)規(guī)律、水環(huán)境效應(yīng)、水環(huán)境演變機理和生態(tài)格局演化規(guī)律；了解濕地水文、水質(zhì)與生態(tài)三者之間的相互作用關(guān)系；基于對過程理解的模型研究，以生境濕度特征為核心，預(yù)測生態(tài)環(huán)境過程，診斷典型濕地生態(tài)環(huán)境健康，檢測典型濕地可持續(xù)發(fā)展中人為作用與自然作用的關(guān)系，探討實現(xiàn)濕地可持續(xù)發(fā)展的途徑，提出濕地生態(tài)系統(tǒng)保護規(guī)劃及水污染治理規(guī)劃的生態(tài)、水利雙重調(diào)控對策。豐富濕地生態(tài)水文學(xué)理論和方法，為濕地水資源、水環(huán)境生態(tài)保護提供參考借鑒。

參 考 文 獻：

[1] 汪愛華,張樹清,何艷芬；RS和GIS支持下的三江平原沼澤濕地動態(tài)變化研究(J)；地理科學(xué)；2002,

[2] 陳建偉，袁 軍；中國濕地環(huán)境問題研究的現(xiàn)狀及展望；林業(yè)資源管理；1999

[3] 汪 達(dá)，汪明娜，汪 丹；中國濕地面面觀；水資源保護；2003

[4] 余國營；濕地研究進展與展望；21世紀(jì)青年學(xué)者論壇；22卷3期

[5] 周德民，宮輝力，胡金明，趙魁義；濕地水文生態(tài)學(xué)模型的理論與方法；生態(tài)學(xué)雜志 2007

[6] 張正棟，珠江河口地區(qū)可持續(xù)發(fā)展評價研究，地理科學(xué)，2005，2，Vol.25 No.1

[7] 殷康前，倪晉仁；濕地研究綜述；生態(tài)學(xué)報；1998

[8] McKillop, R. (Univ of Waterloo); Kouwen, N.; Soulis, E.D. Source: International Water Resources Engineering Conference - Proceedings, v 1, 1998, p 514-519

[9] Bradley, C. (Univ of Birmingham) Source: Journal of Hydrology, v 185, n 1-4, Nov 1, 1996, p 87-114

[10] Zacharias, I. ；Dimitriou, E.; Koussouris, Th. Source:Integrated water management scenarios for wetland protection Application in Trichonis Lake ； Environmental Modelling and Software； v 20, n 2, February, 2005, p 177-185

[11] Da Paz, Adriano Rolim，Villanueva, Adolfo Nicolas; Schettini； The influence of spatial vegetation distribution on Taim Wetland hydrodynamics ；IAHS-AISH Publication；2005.

[12] Grapes, TR; Bradley, C; Petts, GE； Hydrodynamics of floodplain wetlands in a chalk catchment；JOURNAL OF HYDROLOGY； 2006.

[13] 王茜，任憲友, 肖飛；RS和GIS支持下的洪湖濕地景觀格局分析；認(rèn)識地理過程 關(guān)注人類家園――中國地理學(xué)會2003年學(xué)術(shù)年會文集 ；2003

[14] 陳祖軍，陳美發(fā)，河口水域水環(huán)境狀況模型研究進展，海洋環(huán)境科學(xué)，2005，24：59-64

[15] 陳建偉,袁軍；中國濕地環(huán)境問題研究的現(xiàn)狀及展望；林業(yè)資源管理；1999 年第4 期

[16] 楊志峰等著，《生態(tài)環(huán)境需水量理論、方法與實踐》，北京科學(xué)出版社，2003

[17] Armentrout,G.W,Wilson,J.F. Assessment of low flows in streams in northeastern Wyoming.USGS Water resources Investigations Report,1987,4(5):533-538

[18] Geoffrey,E.P.,Water allocation to protect river ecosystem: Regulated rivers .research&management，1996

[19] Hughes,R.M..Whittier.T.T.，Thiele，J.E.,et al.1992.Lake and stream indicators for the United States environmental protection agency’s environmenta monitoring and assessment program.In：Daninel H，Mckenzie D，Hyatt E，et al.Ecological indicators，Barking：Elsevier Science Publishers Ltd，305-335

[20] Henry,C.P.,Amoros, C. Restoration Ecology of Riverine Wetland: 1,A scientific Base. Environmental Mangement，1995，19(6)：891-902

[21] Naiman,R.J.Magnuson,J.J,Mcknight,Diane,M..The freshwater imperative.Island Press,1993

[22] Sheail,J.1984a.Constrains on water-resources development in England and Wales,concept and management of compensation flows.J.Environ Manager.19:351-361

[23] 楊志峰等著，《生態(tài)環(huán)境需水量理論、方法與實踐》，北京科學(xué)出版社，2003

[24] W ilen B O et al. Wetlands of the U. S. . in:W h igham (ed) :W etland s of the w orld I. Kluver A cadem ic Publishers,N etherlands, 1993

[25] BrinsonM M. A hydrogeomo rph ic classification fo r wetlands. W etland s research p rog ram technical rep ortW R P 2D E 2R ,U. S. A rmy EnginersW aterways Experiment Station,V ick sburg,M S. 1993

[26] 賈忠華,羅紈,莫放,程慧艷；用DRAINMOD模型預(yù)測不同氣候條件下排水及來水量對濕地水文的影響；水土保持學(xué)報 2003 05

[27] Sutula, MA; Stein, ED; Collins, JN; Fetscher, AE; Clark, R；A practical guide for the development of a wetland assessment method； JOURNAL OF THE AMERICAN WATER RESOURCES ASSOCIATION ； 2006.

[28] 賈忠華,羅紈，周曉夏，劉曉寧；干旱與半干旱地區(qū)濕地水文及臨界條件的模擬研究；水利學(xué)報2004

[29] 袁軍;呂憲國濕地水文功能評價的多級模糊模式識別模型林業(yè)科學(xué) 2006 04

[30] 孔紅梅,趙景柱,馬克明,等. 生態(tài)系統(tǒng)健康評價方法初探[J]，應(yīng)用生態(tài)學(xué)報,2002 ,13 (4)；486～490

第6篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

Abstract： The widely use of CFD technology in research and application of hydraulic mechanical property are systematically introduced， corresponding conclusions and recommendations are made for design and analysis and improvement and development of the hydraulic turbine impeller， which is the key part in the energy recovery， and plays a key role in the turbine power generation.

P鍵詞：CFD技術(shù)；液力透平；葉輪；綜述

Key words： CFD technologies；hydraulic turbine；impeller；review

中圖分類號：TH122 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）04-0106-04

0 引言

液力透平是針對高壓余能進行能量回收并具有長遠(yuǎn)經(jīng)濟效益的節(jié)能裝置。伴隨國家經(jīng)濟飛速發(fā)展，由于存在能源利用率低下、資源消耗過渡的現(xiàn)狀，節(jié)能裝置的開發(fā)利用作用更較突顯出來。近年來，伴隨計算機技術(shù)的成熟和發(fā)展[1]，在能量回收領(lǐng)域關(guān)于液力透平設(shè)計的發(fā)展有了較大突破，得益于人們對CFD技術(shù)的借鑒和應(yīng)用，人們已從原始數(shù)據(jù)測量和真機實驗延伸到數(shù)值模擬和模型試驗上，為水力設(shè)計帶來更有效的研究手段。設(shè)計人員伴隨CFD技術(shù)的進一步完善，可以通過流場特性分析得到的數(shù)據(jù)，針對液力透平特點進行有效修改，完善透平裝置的設(shè)計和優(yōu)化，豐富了液力透平設(shè)計的理論和辦法。

1 CFD技術(shù)概述

1.1 CFD技術(shù)介紹

CFD技術(shù)是計算流體動力學(xué)（Computational Fluid Dynamics）的簡稱[2]，CFD技術(shù)的迅速崛起與計算機技術(shù)的快速發(fā)展密切相關(guān)，研發(fā)人員經(jīng)過幾十年的探索與開發(fā)，使得今天CFD技術(shù)已廣泛應(yīng)用到科學(xué)研究的諸多領(lǐng)域中，是一門在包含流體力學(xué)分析、數(shù)值計算方法和計算機圖形處理分析的綜合技術(shù)[3]。其基本原理是利用能量守恒偏微分方程求解流體運動的基本運動規(guī)律的數(shù)值模擬。從而通過分析計算結(jié)果來近似模擬模型流動區(qū)域的流體流動情況。CFD技術(shù)由4部分構(gòu)成，即：數(shù)值建模、網(wǎng)格劃分、CFD求解和后處理。數(shù)值建模是CFD技術(shù)的基礎(chǔ)，在液力透平設(shè)計中以基本參數(shù)為參考建立幾何模型并計算分析模擬結(jié)果得到了直觀的參數(shù)分析因素，能夠真實模擬液力透平內(nèi)部流場復(fù)雜的流動情況，并提供可視化效果，使其科研人員更方便的進行流場運動分析，完善設(shè)計中的缺陷。

在流體流動問題的研究中，新興的CFD技術(shù)與過去傳統(tǒng)理論分析分析方法、實驗校核測量分析方法相結(jié)合組成一套完整體系[4]。理論分析方法計算結(jié)果雖具有普遍性，但通常是在經(jīng)驗公式和理論的基礎(chǔ)上獲得的結(jié)果，因此所得結(jié)果不能保證在各種情況下結(jié)果的準(zhǔn)確性。試驗測量方法通過實驗數(shù)據(jù)結(jié)果驗證問題，所得到的試驗結(jié)果真實有效，從而為理論分析和數(shù)值方法的研究奠定了基礎(chǔ)。然而，試驗多受到外界條件限制，所得結(jié)果很難與實驗理想目標(biāo)相統(tǒng)一。而CFD技術(shù)恰好能有效的解決兩者缺陷并在有效時間內(nèi)完成實驗結(jié)果的研究和分析，并能精確的描述設(shè)備與過程，解決了實驗結(jié)果數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式的單一性。

利用CFD研究流體運動，對液力透平內(nèi)部流場進行分析和研究，是泵行業(yè)未來發(fā)展的重要方向，但目前研究方法尚不成熟，且應(yīng)用到工程實際中需要一定周期，因此開展此項工作必須建立在總結(jié)以往的設(shè)計方法、經(jīng)驗和科研成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合試驗研究并理論聯(lián)系實際，反復(fù)研究整理才能得到合理的設(shè)計理論和設(shè)計方法。

1.2 CFD技術(shù)商業(yè)性軟件

近些年，CFD技術(shù)的迅速發(fā)展，使得其在流體力學(xué)中應(yīng)用得到廣泛應(yīng)用，人們意識到在處理相關(guān)問題時，它的作用不容忽視。常用的CFD軟件有兩類，一類是以有限體積法為核心，如FLUENT、STAR-CD、PHOENICS，另一類是以有限元法為核心，如FIDAP。還有的是將兩類方法結(jié)合在一起，如CFX-TASCflow采用基于有限元理論的有限體積法。目前在水力機械中使用最廣泛的CFD軟件是FLUENT、CFX―TASCflow和STAR-CD[5]。

而CFD技術(shù)經(jīng)過四十年發(fā)展，出現(xiàn)多種數(shù)值解法。FEM的并行是當(dāng)前和將來應(yīng)用的一個不錯的方向。對于水力機械，還可計算得到任意兩個過水?dāng)嗝骈g的水力損失、泵的揚程，預(yù)測葉輪上的扭矩及泵的水力效率。而CFD技術(shù)精度問題一直困擾研究人員，準(zhǔn)確判斷其準(zhǔn)確性和正確性是有待解決的現(xiàn)實問題。因在處理同一物理問題上所采用的建立幾何模型和計算方法的不同，而得到不同的計算結(jié)果。

在處理流體流動問題上，商業(yè)軟件的廣泛開發(fā)應(yīng)用極大的推動了針對泵技術(shù)研究和優(yōu)化問題，有效的縮短在實驗研究階段因?qū)Ρ脙?nèi)部流場分析數(shù)據(jù)手段不足而限制研究進度，進而增強設(shè)計研發(fā)人員的主觀能動性。

1.3 CFD技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

目前對液力透平的研究，仍多以泵反轉(zhuǎn)式透平為主，由于反轉(zhuǎn)泵效率低于正常泵工作效率，因而泵的結(jié)構(gòu)優(yōu)化顯得尤為重要。國內(nèi)學(xué)者楊軍虎、袁亞飛等在泵反轉(zhuǎn)做透平以及結(jié)合CFD技術(shù)對液力透平的研究為泵技術(shù)的理論成果提供了大量技術(shù)資料與經(jīng)驗，其中通過對葉片泵增加導(dǎo)葉和優(yōu)化葉片等措施，實現(xiàn)了不同工況條件的液力透平效率的改善。國外學(xué)者則通過對水輪機的研究，利用CFD技術(shù)對比實驗所得數(shù)據(jù)對液力透平及透平泵的改進提出了可貴意見。

由于CFD技術(shù)可以結(jié)合目前三維軟件模型進行數(shù)值模擬，通過對三位實體模型的網(wǎng)格劃分與求解，在CFD后處理軟件中可以通過強大的數(shù)據(jù)分析與可視化操作，將液力透平的傳統(tǒng)設(shè)計進行全新的系統(tǒng)升級，改善了以往實驗型結(jié)果分析單一性，大大縮短了在設(shè)計過程中的時間與物力人力消耗。王福軍在CFD軟件原理與應(yīng)用中詳細(xì)介紹了CFD技術(shù)在當(dāng)前各領(lǐng)域的運用與擴展。袁壽其、劉厚林等學(xué)者通過總結(jié)泵類流體機械研究進展與展望，對現(xiàn)代泵理論的研究具有重要意義[6]。

目前在湍流模型的選擇中，F(xiàn)LUENT軟件提供了標(biāo)準(zhǔn)的k～ε模型、k～ω模型、雷諾應(yīng)力模型（RSM），不同的湍流分析應(yīng)選擇則合適的湍流模型[7]。而在流體分析計算中由于計算流體力學(xué)流場實驗研究難度和耗費均比較大，因此在有些使用過程中不能對計算結(jié)果和計算精度做出深入研究，而是修正驗計算結(jié)果，所以使CFD計算的準(zhǔn)確缺乏可信度。另外在CFD使用過程中缺少認(rèn)識和深入理解，無法針對軟件缺陷提出可靠性建議，在軟件二次研發(fā)上不能有所突破。目前使用的網(wǎng)格主要有結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格、非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格以及混合網(wǎng)格等[8]。并且在劃分網(wǎng)格的使用中，針對非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的流體粘性解決辦法不能有效解決，是當(dāng)前CFD技術(shù)應(yīng)用面臨的困難問題。

2 葉輪設(shè)計分析

2.1 建立方程和建模

第三步如圖3所示進行網(wǎng)格化分，設(shè)置相關(guān)參數(shù)，其節(jié)點為120598，單元數(shù)有153386，并在ICEM CFD中進行邊界設(shè)置，主要以進出口與壁面為主。

完成相關(guān)操作后，在FLUENT中進行計算求解，本模型選擇穩(wěn)定性好與計算精度高的標(biāo)準(zhǔn)k～ε模型，選擇介質(zhì)為清水，給定進口速度為4.5m/s，進口初始壓力4.8MPa，出口壓力為10MPa。

如圖4所示設(shè)置求解參數(shù)，并選擇SIMPLE算法，初始化流場參數(shù)，保存文件并進行迭代計算，觀察分析結(jié)果并保存數(shù)據(jù)。

由以上迭代殘差圖分析可得，計算500步后各項數(shù)據(jù)大致趨于收斂。如圖5～圖7所示分別為葉輪內(nèi)部速度大小與矢量，葉輪內(nèi)部動壓力和總壓力分布情況。從圖7中分析可得，葉輪內(nèi)部流速均勻，未產(chǎn)生壓力過大產(chǎn)生的渦流現(xiàn)象。

2.3 結(jié)論及建議

通過對高揚程液力透平葉輪數(shù)值建模分析，得出在設(shè)計高揚程液力透平過程中，需要對葉輪模型的葉片形狀、進出口安放角、葉片厚度做出合理設(shè)計[11]，并通過改善液力透平模型的進出口角度以及葉輪轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)液力透平回收效率，改善高揚程液力透平性能[12]。

進行液力透平設(shè)計必須要對內(nèi)部流場特性進行分析，通過觀測表明，水力機械內(nèi)部流動在多數(shù)情況下處于湍流狀態(tài)，流場由各種不同尺度的湍流渦疊合而成[13]。這些渦具有旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，渦的大小及旋轉(zhuǎn)軸的方向分布是隨機的[14，15]。由于湍流的復(fù)雜性，很難通過試驗來掌握水力機械內(nèi)部的湍流狀態(tài)，而近幾年快速發(fā)展起來的計算流體動力學(xué)（CFD）理論和方法，給我們認(rèn)識水力機械湍流流動提供了一種新的途徑，對揭示水力機械流場流動特性與結(jié)構(gòu)動力特性間的復(fù)雜關(guān)系，具有潛在的優(yōu)勢。未來CFD技術(shù)發(fā)展格局，更多面向解決工程實際應(yīng)用問題，優(yōu)化計算系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)值模擬和流體分析運算有機結(jié)合，實現(xiàn)計算結(jié)果的優(yōu)化，完成對工藝設(shè)備的優(yōu)化升級，在液力透平研究中，實現(xiàn)節(jié)能裝置的產(chǎn)業(yè)信息化，提升二次能源利用率；建立高效、實用、精確、便捷的復(fù)雜網(wǎng)格化分技術(shù)，實現(xiàn)云計算在CFD技術(shù)中的有效應(yīng)用，將是未來CFD技術(shù)的發(fā)展趨勢；發(fā)展CFD集成技術(shù)，實現(xiàn)其與CAD/CAM/SOLIDWORKS/PORE無縫銜接，建立一體化平臺，針對不同物理量的分析運算建立不同分析模塊，提高應(yīng)用效率；為了提高CFD技術(shù)在液力透平研究與設(shè)計的應(yīng)用，應(yīng)逐步建立評判標(biāo)準(zhǔn)體系。

3 結(jié)語

CFD技術(shù)發(fā)展趨于多元化、高精度、高適應(yīng)性、集成化與模塊化、建立統(tǒng)一的應(yīng)用發(fā)展平臺勢在必行，在計算機飛速發(fā)展大勢影響下，CFD技術(shù)工程實際應(yīng)用在不斷投入實踐，是為社會實現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的科研實踐提供有效措施，逐步帶動實現(xiàn)信息化處理產(chǎn)業(yè)高速發(fā)展。通過對高揚程液力透平葉輪設(shè)計分析得出在針對特定工況要求下液力透平關(guān)鍵部件研究為改善能量回收效率及透平發(fā)電中有建設(shè)性論據(jù)，為流體分析計算提供良好的解決方案不斷優(yōu)化科研實踐中難題。

參考文獻：

[1]齊學(xué)義，李鳳成，等.多級能量回收透平水力模型方案的開發(fā)[J].蘭州理工大學(xué)學(xué)報，2011（4）：56-60.

[2]邱靜，王國志，等.基于STAR-CCM+的簡單流體模型CFD研究[J].液壓氣動與密封，2010（10）：8-10.

[3]杜敏，耿江，等.面向熱能工程專業(yè)的"工程流體力學(xué)"課程教學(xué)探討[J].大學(xué)教育，2015（6）：125-126.

[4]馮磊.泵站管道出口噴水原因分析及數(shù)值模擬[D].寧夏大學(xué)，2013.

[5]王福軍，黎耀軍，等.水泵CFD應(yīng)用中的若干問題與思考[J].排灌機械，2005（5）：1-10.

[6]劉建瑞，王董梅，等.船用冷卻泵的數(shù)值模擬與優(yōu)化設(shè)計[J].. 排灌機械工程學(xué)報，2010（1）：22-24.

[7]張雅，劉淑艷，等.雷諾應(yīng)力模型在三維湍流流場計算中的應(yīng)用[J].航空動力學(xué)報，2005（4）：572-576.

[8]叢偉，彭臣志，等.基于NACA 0018翼型的兩種網(wǎng)格類型比較研究[J].機械工程師，2015（9）：35-37.

[9]Shahram Derakhshan， Bijan Mohammadi， Ahmad Nourbakhsh. Efficiency improvement of centrifugal reverse pumps. Journal of Fluids Engineering. 2.2009，Vol.131/021103.

[10]Giugni M，F(xiàn)ontana N，Portolano D.Energy saving policy in water distribution networks//In：International Conference on Renewable Energies and Power Quality，2009： 1-10.

[11]葛書亭，宋文武.不同葉片厚度對離心泵性能影響的研究[J].科技風(fēng)，2015（18）.

[12]畢智高，楊軍虎.能量回收液力透平的研究現(xiàn)狀及展望[J]. 流體機械，2014（8）：41-45.

[13]任志安，郝點.幾種湍流模型及其在FLUENT中的應(yīng)用[J]. 化工裝備技術(shù)，2009（2）：38-40.

第7篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

關(guān)鍵詞：多物質(zhì)ALE算法；ANSYS/LS—DYNA程序；TNT炸藥；數(shù)值模擬；

Based on the ALE algorithm TNT explosive substance，Numerical simulation analysis

Cai Xiao—hong

（ Xi''an Shenzhou Aerospace Architectural Design Institute， 710025 ）

Abstract： Based on the ANSYS/LS—DYNA dynamic nonlinear finite element program， using arbitrary Lagrange Euler （ ALE ） method，As well as the substance of fluid—solid coupling method on soil under explosive loading are studied by numerical simulation， reached the following conclusions： TNT after the explosion， the formation of spherical shock front， and spread outwards， shock wave pressure is reduced gradually. From the bottom of the soil at various points in the speed is gradually increased.

Key words： multiple substance ALE algorithm； ANSYS/LS—DYNA； TNT explosive； numerical simulation；

1.引言

爆炸是能量短期內(nèi)急劇釋放的過程，具有短時高速高壓的特點，在礦山爆破、金屬爆炸成型、水下爆破排淤等軍事與民用領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用，研究結(jié)構(gòu)在爆炸荷載作用下的動力響應(yīng)，對于我國防護工程、爆破工程的發(fā)展具有十分重要的意義[1]。然而爆炸動力學(xué)過程十分復(fù)雜，很難進行解析分析，常采用數(shù)值模擬分析及模型實驗法。

爆炸過程的數(shù)值模擬方法有很多種方式，最簡單的方式是將爆炸荷載簡化為隨時間變化的節(jié)點力施加到結(jié)構(gòu)上。更精確的模擬方法是利用JWL狀態(tài)方程描述爆炸過程中壓力與體積的關(guān)系[2]。對于接觸爆炸問題，若采用Lagrange算法描述，可以采用公用節(jié)點的方式將炸藥單元和結(jié)構(gòu)單元聯(lián)系起來；也可以在炸藥單元和結(jié)構(gòu)單元之間定義接觸來考慮其相互作用，然而，由于炸藥單元爆炸過程中產(chǎn)生嚴(yán)重畸變，不僅需要進行網(wǎng)格重構(gòu)，而且還嚴(yán)重地影響數(shù)值解的精度，很容易因為步長過小而中斷或誤差過大而失真。近些年發(fā)展起來ALE方法以及多物質(zhì)流固耦合方法也可以用來模擬爆炸問題，對炸藥、空氣、土壤、水以及破壞后的巖石采用ALE網(wǎng)格，對其他固體結(jié)構(gòu)采用Lagrange網(wǎng)格，炸藥單元和和結(jié)構(gòu)單元之間通過流固耦合來定義彼此之間的連接，由于材料物質(zhì)在網(wǎng)格中可以流動，因此不存在單元畸變問題[3]。流固耦合的主要特點是：在建立有限元模型時，結(jié)構(gòu)和流體的網(wǎng)格可以重疊在一起，通過一定的約束方法將結(jié)構(gòu)與流體耦合在一起，模擬分析時，往往對Lagrange網(wǎng)格進行約束，將結(jié)構(gòu)的相關(guān)力學(xué)參量的傳遞給流體單元。LS—DYNA程序中流固耦合的算法主要約束方法有加速度約束、加速度和速度約束和速度法向約束及罰函數(shù)約束等[4，5]。

本文利用有限元程序LS—DYNA，采用ALE算法以及多物質(zhì)流固耦合方法對爆炸荷載作用下的數(shù)值模擬研究，通過對在土中一定深度放置一定質(zhì)量的TNT炸藥引爆過程的數(shù)值模擬，分析土中爆炸空腔的形成、擴展以及鼓包運動的過程。

2.ALE算法的理論基礎(chǔ)

2.1 ALE算法理論基礎(chǔ)

任意拉格朗日—歐拉算法（Arbitrary Lagrangian Eulerian，簡稱ALE）最初用于模擬流體動力學(xué)問題有限差分方法，兼有Lagrange方法和Euler方法二者的長處，即在結(jié)構(gòu)邊界運動的處理上引入Lagrange方法的特點，能夠有效的跟蹤物質(zhì)結(jié)構(gòu)便捷的運動；在內(nèi)部網(wǎng)格的劃分上，又吸收了Euler方法的長處，使得內(nèi)部網(wǎng)格單元獨立與物質(zhì)實體而存在，同時網(wǎng)格可以根據(jù)定義的參數(shù)在求解過程中適當(dāng)調(diào)整位置而不致出現(xiàn)嚴(yán)重畸變。目前，ALE法廣泛用于求解流固耦合、接觸、大變形、液體大幅晃動等移動邊界、接觸問題的研究[3]。

不可壓縮Navier—Stocks流體的控制方程可以描述為：

此外，在ALE方法描述中，還需要引入第三個任意參照坐標(biāo)，與參照坐標(biāo)相關(guān)材料的微商可以表示為

式中， 為拉格朗日坐標(biāo)， 為歐拉坐標(biāo)， 為相對速度。其中 ， 示物質(zhì)速度，而 表示網(wǎng)格速度。

LS—DYNA程序是一款可以在個人計算機上穩(wěn)定運行的，便于模擬爆炸、高速碰撞過程的國際著名非線性顯式動力分析有限元軟件。

2.2 JWL狀態(tài)方程

炸藥爆轟過程中的壓力和比容關(guān)系被稱為JWL狀態(tài)方程：

第8篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

關(guān)鍵詞：工業(yè)廠房；煤氣泄漏；火災(zāi)模擬；煙氣流動

中圖分類號：X92 文獻標(biāo)識碼:A

1 概述

隨著工業(yè)化發(fā)展的不斷提高，工業(yè)用火、用電、用氣和化學(xué)物品的應(yīng)用也日益廣泛，工業(yè)建筑物火災(zāi)的危險性和危害性大大增加，伴隨而來的火災(zāi)發(fā)生的頻率也越來越高，尤其在工業(yè)廠房內(nèi)，一旦有火災(zāi)發(fā)生就會對人員的生命財產(chǎn)造成直接的危害，嚴(yán)重的情況下會導(dǎo)致巨大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。

例如以簡化的廠房空間為研究對象，借助大型專業(yè)化計算流體力學(xué)軟件FLUENT, 對單室內(nèi)由于煤氣泄漏引起的火災(zāi)及煙氣蔓延過程進行數(shù)值模擬，得到了火場中溫度場和燃燒產(chǎn)物二氧化碳濃度場的直觀顯示，為人們了解火災(zāi)發(fā)生和發(fā)展的過程提供了新的方法和手段，也為工業(yè)建筑防火設(shè)計和消防安全評估提供了新的科學(xué)工具，是消防安全工程學(xué)和性能化設(shè)計的重要基礎(chǔ)。

2本文設(shè)定的場景與幾何建模

實驗房間幾何尺寸為長6.0m，寬3.3m，高4.5m，房間墻壁有一高1.2m，寬2.0m的窗戶，窗戶對面是一高2.0m，寬0.8m的房門，在一側(cè)壁中央位置距地面高1.0m有一處煤氣泄漏點，本文考慮的泄漏危險源是沿墻鋪設(shè)的煤氣匯流排管道有一處泄漏，形成直徑為1cm的圓形泄漏噴口，泄漏流量為0.1413m3/h（即泄漏速度為0.5m/s），泄漏煤氣的主要成分為甲烷。如圖2.1所示為在GAMBIT幾何建模軟件中建立的實驗房間幾何模型。

2.1 實驗房間幾何模型

3建立數(shù)學(xué)物理模型

火災(zāi)的場模擬理論基礎(chǔ)是基于質(zhì)量守恒、動量守恒、能量守恒、化學(xué)組分平衡的微分方程，而場模擬的過程就是對這些方程組進行數(shù)值求解。然而這些方程組是不封閉的，為了使方程組封閉，就必須引入湍流的附加方程，然后借助計算機對封閉方程組進行求解，就可以得出火災(zāi)過程中各種參數(shù)的詳細(xì)空間分布及其隨時間的變化。

3.1湍流平均量方程

火災(zāi)中燃燒的湍流過程影響著整個流體的流動，要想求解方程組就必須正確處理湍流過程。計算湍流粘性系數(shù)Ut的方法就是所謂的湍流模型，湍流模型種類很多，本文引用應(yīng)用范圍較廣的k-epslion雙方程模型：

3.2邊界條件

FLUENT軟件包含了更為廣泛的邊界條件設(shè)置類型，本文僅結(jié)合所研究的實際問題進行討論。

（1）流體進口邊界條件：本文對于著火廠房設(shè)置了兩個流體進口，一個是燃料進口，另一個是空氣進口。其中甲烷的泄漏速度為0.5m/s，溫度為300K；窗戶進風(fēng)速度始終為0.5m/s，溫度300K。

（2）流體出口界面：本文場景中廠房的房門為出流口。

（3）壁面：本文的研究中采用絕熱、無滲透、無滑移壁面。

4模擬結(jié)果及分析

數(shù)值模擬計算采用FLUENT軟件進行，使用分離解方法。求解過程中，燃燒控制方程具有較好的收斂記錄。

圖4.1 60秒時溫度等值線圖

圖4.2 60秒時CO2濃度等值線圖

結(jié)果分析

高溫?zé)煔鈱θ梭w的危害如果煙氣層面高于人眼的特征高度時（人眼的特征高度通常為1.2～1.8m，一般取1.5m），其煙氣層的熱輻射強度就會傷害人，而當(dāng)煙氣層面低于人眼的特征高度時，對人的危害將是直接燒傷或由于吸入熱氣體而對呼吸系統(tǒng)的破壞。由60s時圖4.1可以看出，房間窗戶下沿1.8m處煙氣溫度已經(jīng)達(dá)到180℃左右，此時可對人體造成輻射傷害，在房間中后部煙氣高度已接近1.5m，將對人體構(gòu)成直接傷害。所以，人置身于煤氣泄漏的火場時，要在短時間內(nèi)逃離，以防熱煙氣層的沉積造成高溫?zé)煔獾妮椛?、灼傷而阻礙逃生。

CO2濃度在60秒時有明顯的增長趨勢。主要是廠房空間內(nèi)原有的氧氣和窗戶的進風(fēng)使煤氣燃燒充分，生成較多的CO2，幾乎在短時間內(nèi)就彌漫了廠房的上半層空間，圖4.2可以看出，廠房的大部分空間已經(jīng)彌漫了濃度較高的CO2，并且在生成CO2的同時消耗了大量的氧氣，CO2對人體的危害主要是窒息作用。

結(jié)論

采用專業(yè)化計算流體力學(xué)軟件FLUENT對工業(yè)廠房的煤氣泄漏火災(zāi)進行了模擬，把火災(zāi)數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于實際，實現(xiàn)了火場中的物理量，如溫度、生成物組分二氧化碳濃度隨泄漏時間變化的直觀顯示，為廠房內(nèi)危險區(qū)域的劃分及災(zāi)害控制提供了參考依據(jù)，也為廠房結(jié)構(gòu)空間的性能化設(shè)計和煤氣泄漏火災(zāi)的防治提供了理論依據(jù)。

參考文獻

[1]王福軍.計算流體動力學(xué)分析[M].清華大學(xué)出版社，2004.

[2]韓占先，徐寶林，霍然等.火災(zāi)科學(xué)與消防工程[M].山東科學(xué)技術(shù)出版社，2001.

[3]霍然等.建筑火災(zāi)中煙氣蔓延的動態(tài)顯示[J].火災(zāi)科學(xué)，1995，Vol.4，No.3.

[4]范維澄，萬躍鵬.流體及燃燒的模型與計算[M].北京：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，1992.

第9篇：流體動力學(xué)模擬理論范文

【關(guān)鍵詞】CFD 空氣調(diào)節(jié) 教學(xué)課件 素材

【中圖分類號】G622【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1009-9646(2008)08-0187-02

建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)的《空氣調(diào)節(jié)》這門專業(yè)課機理抽象、復(fù)雜,且與工程實際現(xiàn)象緊密結(jié)合。學(xué)生學(xué)習(xí)這門專業(yè)課程時,普遍反映理論知識比較抽象,不容易理解,且不能與具體現(xiàn)象相結(jié)合。由于教學(xué)條件的限制,專業(yè)課教師無法具體動態(tài)地將現(xiàn)象講授給學(xué)生,使專業(yè)課的理論知識講解與實際現(xiàn)象脫節(jié)[1]。

隨著計算機技術(shù)的普及,課堂組織教學(xué)形式呈現(xiàn)出多樣性發(fā)展趨勢。多媒體教學(xué)課件具有直觀、形象、生動等特點,目前正被廣泛應(yīng)用于教學(xué),推動著教學(xué)的改革。教學(xué)課件依賴于多媒體素材的優(yōu)劣。傳統(tǒng)上采用FLASH、3DMAX等處理軟件制作多媒體素材,這類素材具有動態(tài)顯示、容易制作等優(yōu)點,但缺少和實際模型的結(jié)合,往往僅是定性演示,無法做到定量數(shù)據(jù)現(xiàn)身說法的效果。

本文結(jié)合建筑環(huán)境與設(shè)備工程專業(yè)特點,利用CFD技術(shù)構(gòu)思并制作了“空氣調(diào)節(jié)”教學(xué)課件素材,以供大家探討。

1 CFD簡介

隨著多媒體教學(xué)的改革實踐和理論探索,越來越多的教學(xué)課件制作教師要求課件素材的真實性、可靠性。雖然一些企業(yè)和商家開發(fā)研制出大批多媒體教學(xué)素材,但是由于開發(fā)人員具有的專業(yè)知識面比較狹窄,使得總體情況并不令人十分樂觀,能滿足課堂教學(xué)要求的多媒體素材仍然占少數(shù)。

CFD是計算流體動力學(xué)(Computational fluid Dynamics)的簡稱,是專門用來進行流場分析、流場計算、流場預(yù)測。通過CFD,可以分析并且顯示發(fā)生在流場中的現(xiàn)象,在比較短的時間內(nèi),能預(yù)測模擬對象性能。 隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和數(shù)值模擬計算方法的日趨成熟,出現(xiàn)了基于現(xiàn)有流體力學(xué)理論的商用CFD軟件。商用CFD軟件使許多不擅長CFD的其它專業(yè)研究人員能夠輕松地進行流動數(shù)值計算,為解決實際工程問題開辟了道路[2]。

CFD同F(xiàn)LASH、3DMAX等處理軟件對比而言,具有以下優(yōu)點[3]:

(1)投入低、速度快,而傳統(tǒng)的FLASH、3DMAX等處理軟件需要專業(yè)教師投入較多的時間學(xué)習(xí)非專業(yè)知識;

(2)可以相對準(zhǔn)確地反映出流體流動的細(xì)節(jié),如速度場、壓力場、溫度場或濃度場分布的時變特性;

(3)CFD模擬要比FLASH、3DMAX等處理軟件更自由、更靈活,還能對結(jié)果做出定量分析;

(4)CFD數(shù)值具有很好的估計性,重復(fù)性,條件易于控制,可以重復(fù)模擬過程,更容易得到某些規(guī)律性的素材。

鑒于CFD技術(shù)的優(yōu)點,利用商用CFD軟件開發(fā)多媒體教學(xué)課件素材可以創(chuàng)設(shè)逼真的情境,幫助學(xué)生掌握和理解難懂的內(nèi)容。同時由于參數(shù)設(shè)置比較貼近實際,可以做到定量分析問題,讓學(xué)生對教學(xué)環(huán)節(jié)產(chǎn)生興趣。

2 制作素材過程

以“某實驗室房間室內(nèi)污染物濃度分布”為例,具體闡述一下制作過程。

已知條件:采用8m*6m*4m的房間模型,在三維模擬中,房間布置四個回風(fēng)口和八個送風(fēng)口,尺寸均為0.5m*0.5m。房間有七個實驗臺,實驗臺頂面各有一個CO污染源,散發(fā)速度為0.1m/s。X方向為房間長度8m,Z方向為房間寬度6m,Y方向為房間高度4m。三維圖形及尺寸見圖1。

要使用CFD軟件,首先明確研究對象性質(zhì),建立研究對象物理模型,并在此基礎(chǔ)上建立研究對象數(shù)學(xué)模型;然后將流體流動的物理特性應(yīng)用到模擬計算模型;最后通過CFD軟件輸出所需的流體性質(zhì)。

(1)根據(jù)已知條件,建立空調(diào)房間室內(nèi)污染物濃度分布模型,劃分網(wǎng)格,給出邊界條件,并導(dǎo)出網(wǎng)格和邊界條件數(shù)據(jù)文件。

(2)將網(wǎng)格和邊界條件數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入CFD軟件,設(shè)置邊界條件參數(shù),進行數(shù)值計算,并導(dǎo)出數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)文件。數(shù)值計算結(jié)果如圖2示。

(3)為了便于探討室內(nèi)污染物動態(tài)分布情況,可以將導(dǎo)出數(shù)值模擬結(jié)果數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入數(shù)據(jù)處理軟件進行動畫處理,處理結(jié)果如圖3所示。

3 結(jié)語

利用CFD軟件可以開發(fā)《空氣調(diào)節(jié)》多媒體教學(xué)課件素材,貼近實際情況,有助于學(xué)生掌握和理解難懂的內(nèi)容。

參考文獻

[1] 李援英.空氣調(diào)節(jié)與技術(shù)應(yīng)用[M].北京機械工業(yè)出版社,2002.