FINE/Turbo 软件 转静子交接面的设定与非定常计算 o m b e i j i n g . c NUMECA FINE TM /Turbo 尤迈克北京（流体）工程技术有限公司 u m e c a -NUMECA-Beijing Fluid Engineering Co., LTD. w w .n
转静子交接面的类型 123 4 5 o m 1.周向守恒型连接面 2b e i j i n g .c 2. 当地守恒型连接面（Volute+Impeller ）3.完全非匹配混合面 4.完全非匹配固定转子交接面（周期必须相等）u m e c a -注：1、此为对定常计算情况，五种都为可选；对非定常计算，不同的非定常方法 5.一维无反射的RS 交接面（目前仅限理想气体） w w .n 采用的交接面类型不同
各类型比较 1Conservative Coupling by Pitchwise Rows 、可以保证质量、动量、能量严格守恒2、沿周向网格的连接方式需一样3、较好的鲁棒性 建议大多数情况采用此方法 Local Conservative Coupling 1、建议用于叶轮与蜗壳的交接面 2、基于矢通量分解，对周向流动变化较大的情 o m Local Conservative Coupling 况增加求解的稳定性3、物理量并非严格守恒 4、求解跨音速问题时可能会引起发散b e i j i n g .c Full Non Matching Mixing plane 1、质量、动量、能量严格守恒 2、没有网格连接的限制 1认为转静子连接为完全连接 u m e c a -Full Non Matching Frozen-Rotor 、认为转静子连接为完全连接2、在交接面的信息传递过程中忽略动叶的转动3、转静子的周期必须相等 w w .n Non Reflecting 1D 1、用于交接面非常靠近叶片 2、用于在交接面上有激波反射的情况
定常流动 流体（气体、液体）流动时，若流体中任何一点的压力，速度和密度等物理量都不随时间变化，则这种流动就称为定常流动；反之，只要压力，速度和密度中任意一个物理量随时间而变化，液体就是作非定常流动或者说液体作时变流动。 所以，定常流动时，管中流体每单位时间流过的体积(体积流量)qV为常量，流体每单位体积的质量(密度)ρ也是常量。 非定常流动 流体的流动状态随时间改变的流动。若流动状态不随时间而变化，则为定常流动。流体通常的流动几乎都是非定常的。 分类 按流动随时间变化的速率，非定常流动可分为三类：①流场变化速率极慢的流动：流场中任意一点的平均速度随时间逐渐增加或减小，在这种情况下可以忽略加速度效应，这种流动又称为准定常流动。水库的排灌过程就属于准定常流动。可认为准定常流动在每一瞬间都服从定常流动的方程，时间效应只是以参量形式表现出来。②流场变化速率很快的流动：在这种情况下须考虑加速度效应。活塞式水泵或真空泵所造成的流动，飞行器和船舶操纵问题中所考虑的流动都属这一类。这类流动和定常流动有本质上的差别。例如，用伯努利方程（见伯努利定理）描述这类流动，就须增加一个与加速度有关的项，成为： ,式中为理想流体沿流线的速度分布；A和B表示同一流线上的两个点;P 为压强;为密度；g为重力加速度；z为重力方向上的坐标；ds为流线上的长度 元。③流场变化速率极快的流动：在这种情况下流体的弹性力显得十分重要，例如瞬间关闭水管的阀门。阀门突然关闭时，整个流场中流体不可能立即完全静止下来，速度和压强的变化以压力波（或激波）的形式从阀门向上游传播，产生很大的振动和声响，即所谓水击现象。这种现象不仅发生在水流中，也发生在其他任何流体中。在空气中的核爆炸也会发生类似现象。 除上述三类流动外，某些状态反复出现的流动也被认为是一种非定常流动。典型的例子是流场各点的平均速度和压强随时间作周期性波动的流动，即所谓脉
实验二：观测系统的定义预处理与反褶积一、实验目的 了解观测系统定义，会用模块解决原始资料中的废炮道、能量不均一及面波等噪音问题。会试验反褶积模块和参数，能够输出经预处理与反褶积后的地震数据。 二、实验内容 一）、原始资料导入（input） 原始资料的路径 图1 原始数据导入 以第一炮为例 图2 示例
选择图中圆圈中的按钮，点击某一道，可以显示该道信息。如图2所示选择第31道（chan）。可以由数据导入知道，该每一炮的地震记录共120道，数据资料为275炮的地震记录,；道头长度184；采样频率为2.0ms。 还可以选择dx/dt，在图中鼠标中键可以观察地震资料中直达波是直线，反射波是双曲线，右键可以显示地震波在地层中的速度，如图3。 图3 二）、切除、顶切和底切 1、切除 图4切除 点击Picking-----Kill traces…打开一个对话框，输入列表名应用后选择切除道即CHAN，OK即可进行某一道或者几道的切除。鼠标单击要切除的道，然后单击左
侧刷子样的图标。示例如图5。切除了41、51和61道。 图5 切除 2、顶切 点击Picking-----Pick Top Mute…打开一个对话框输入列表名应用后选择aoffset，应用，在图上按住左键拖动选择，然后单击刷子的图标就能把所画线的上部切除。如图6、7。 顶切 底切 图6 顶切和底切
图7顶切 注意图6中粗线以上的部分被完全切除。 3、底切 点击Picking-----Pick Bottom Mute…打开一个对话框输入列表名应用后选择aoffset，应用，在图上按住左键拖动选择，然后单击刷子的图标就能把所画线的上部切除。如图6、8。 图8 底切 注意图8中粗线以下部分被完全切除。 在地震资料处理中，切除、底切、顶切很少使用，毕竟地震资料来之不易，而且资料珍贵，不容有部分缺失。 三）、二维海上观测系统定义（2D Marine Geometry） 1、在ProMax中选择二维海上观测系统定义2D Marine Geometry Spreadsheet*，运行后进行参数等的设定。首先点击setup，设定相关参数，检波器间距25.0m，炮间距37.5m，单位选择“米”。点击“OK“保存。
2级涡轮内部流动定常与非定常计算差异研究 杨 杰，周 颖，潘尚能，卢聪明 （中航工业航空动力机械研究所，湖南株洲412002） 摘要：为获取进而认识涡轮内部流动状态，以某2级约化形式的动力涡轮为研究对象，分别对其进行定常和非定常数值计算和分析。研究表明：定常计算与非定常计算对涡轮内部流动的模拟结果，如叶片表面的压力分布、叶排进出口的气流角、叶片通道中的二次流流向涡、展向涡、叶片通道中的损失等，均存在差异；流动的非定常性越强，定常与非定常计算结果的差异越大，且该差异大小对于静叶与动叶呈相反的展向分布规律。 关键词：涡轮；内部流动；定常；非定常；数值模拟；涡；航空发动机中图分类号：V231.3 文献标识码：A doi ：10.13477/https://www.doczj.com/doc/c815829392.html,ki.aeroengine.2016.03.005 Study of Differences between Steady and Unsteady Computation for Two-Stage Turbine Internal Flow YANG Jie,ZHOU Ying,PAN Shang-neng,LU Cong-ming (AVIC Aviation Power-Plant Research Institute,Zhuzhou Hunan 412002,China ) Abstract:In order to find out internal flow state of turbine,taking a scaled two-stage power turbine as the research object,both steady and unsteady computations were conducted.The study shows that there makes obvious difference in the results of both steady and unsteady computation on the internal flow of turbines,including the pressure distribution on blade surfaces,the inlet/outlet flow angles of blade rows,the secondary flow streamwise and spanwise vortex in blade passages,the flow loss in blade passages.Moreover,the stronger the unsteadies of the flow show,the larger differences between steady and unsteady computation results are,and the magnitude of the differences between steady and unsteady computation results tend to follow opposite spanwise distribution rules for stators and rotors. Key words:turbine ;internal flow ;steady ;unsteady ;simulation ;vortex ;aeroengine 航空发动机 Aeroengine 作者简介：杨杰（1983），男，博士，工程师，主要从事航空发动机涡轮气动设计与研究工作；E-mail:yjguy@https://www.doczj.com/doc/c815829392.html, 。引用格式： 第42卷第3期Vol.42No.3Jun.2016 0引言 对涡轮内部流动的数值模拟是获取进而认识涡轮内部流动状态的重要手段，有定常计算和非定常计算2种方法。定常计算方法所需的计算机硬件资源少、花费的机时少，能快速获取模拟结果。涡轮内部的流动本质上是非定常的，定常的数值计算必然会丢失相关的非定常信息，无法获取非定常流动特征。掌握定常计算结果与非定常计算结果之间的差异是衡量选用何种计算方式的重要依据，更是工程计算中用定常计算代替非定常计算的必要前提。对于叶轮机械的内部流动的定常和非定常数值模拟，国外[1-5]和国内[6-10]的学者都进行了大量研究，然而对于定常计算与非定常计算之间的差异的系统研究在公开文献中还很少见。 本文以某2级动力涡轮为研究对象开展了定常计算与非定常计算的对比研究。 1研究方法 1.1研究对象 选取某2级动力涡轮为研究对象。该涡轮4排叶片数之比为0.98∶1∶1.04∶1，不成简单整数比。为了减小非定常模拟的计算量，对该涡轮的2排导叶进行了叶片数约化处理，将2排导叶的叶片数调整成与2排动叶的叶片数相等。约化后，4排叶片数之比为1∶1∶1∶1，即4排叶片的数目相等。这样在非定常计算时，可充分利用周期性边界条件，每排叶片通道均只取1个。 该涡轮2排动叶均带冠和篦齿封严，但为了模拟叶尖泄漏流，取消了2排动叶的叶冠和篦齿，2排动
山区障碍物变观二维观测系统设计——以城口二维试验线 CK2013-NE-11为例 摘要：在城口的地震勘探施工中，陡坎、悬崖、河流、房屋等障碍物较多，采用炮井整桩号移动及变观设计后，并对观测系统进行反复调整和分析，满足设计要求，整条试验线线覆盖次数较均匀，取得较好的地震采集效果。 关键词：二维地震勘探；障碍物；观测系统；覆盖次数 碳纤维环氧复合材料是由纤维碳布和环氧树脂高温固化而成的一种新型轻质高强材料，近年来由于易大面积整体成型、成型稳定、较高比强度和比模量等优点，正被迅速地研究和开发，并作为结构件和装饰材料在航天、航空等工业中广泛使用。 引言 为尽量减少地震反射资料空白区，获得较完整的地震资料，合理的变观方案是穿越山区障碍物的关键。利用地震采集工程软件进行动态模拟，选择既保证采集质量又经济可行的激发和观测方式，是在山区开展二维地震勘探的有效手段。 1 二维观测系统变观设计 1.1规则二维观测系统设计 城口页岩气勘查区位于四川中生代前陆盆地和扬子陆块南部被动边缘褶皱带结合部位，由秦岭地槽褶皱系的南缘部分和扬子准地台的北部边缘组成。属大巴山南麓山前断褶带，地形起伏剧烈且地层倾角大。此次二维地震勘探以下寒武统水井沱组、上奥陶统五峰组及下志留统龙马溪组为目的层。根据勘探地质任务的要求，充分借鉴邻区二维地震勘探经验，求取地球物理参数，建立相应地球物理及近地表模型，分别对激发和接收参数进行分析、论证，从中选出最佳的地震采集参数。通过对最大炮检距、面元大小、道距、炮点距、覆盖次数等参数的论证和综合分析[1-3]，确定试验线CK2013-NE-11的基本观系统为覆盖次数180×2次（双线接收），接收道数720道，道距20m，炮点距40m，最大炮检距7190m，最小炮检距10m。 1.2城口山区的技术难点及变观思路 勘查区涉及悬崖、河流及各类其他设施等障碍物，由于技术条件的限制，属地震资料空白区。由于使用炸药作为激发源，选择激发点与接收点相对困难，不能合理布设物理点。 CK2013-NE-11试验线满覆盖长度12.68km，试验线涉及障碍物。通过分析，CK2013-NE-11试验线变观设计主要有以下难点：①村庄密集、悬崖和河流采砂昼夜影响，无法采用常规勘探设备及技术进行施工，影响勘探效率和效果；②部分理论点位于悬崖峭壁房屋内，不能放样物理激发点，不符合激发要求；③障碍物多，理论炮点、检波点布设困难，会导致小炮检距缺失，造成浅层资料不完整。 1.3设计思路 （1）进行精细踏勘，精确圈定障碍物及其边缘每一个可以布设的激发、接收点，详细调查地面情况，综合利用各种地理信息，充分了解地形、地物，针对地震勘探的目的层，利用先进的采集论证软件进行地震采集参数论证和观测系统设计，力求选择最佳的地震采集方案。 （2）在试验线统一的观测系统基础上，采用特殊观测方式，通过设计分析软件进行动态模拟，选择既保证效果又经济可行的激发点和观测方式。
一维非定常连续流动 一维非定常流动是指气流的速度和热力学参数仅与时间t 和一个坐标变量x 有关的流动，也就是说，在某一时刻，在任何一个垂直于x 轴的平面上，气流的速度和热力学参数是不变的。它包括连续流（等熵波）和间断流（激波、接触面）。下面主要介绍连续流。 在进行讨论之前，首先假定气体为常比热完全气体（或称量热完全气体），忽略气流的粘性和热传导作用，流动过程是等熵的。 作为理解非定常连续流动的基础，首先介绍小扰动波的产生，传播及其简化分析。 一、 小扰动波 1. 产生 小扰动是指气流的速度和热力学参量的相对变化量都很小，例如声波就是一种小扰动波，它以声速传播，因此，通常人们把小扰动在介质中的传播速度称为声速。对介质的扰动形式有很多，但总归起来不外乎速度不匹配和压力不平衡。下面将要介绍的是由于活塞运动引起速度不匹配所产生的波。 在一个等截面无限长的圆管中，初始时刻，活塞及其两边的气体处于静止状态。设活塞在很短的时间内，速度增加至du 。此后，它以匀速向右运动。这时，活塞左右两边的气体同时受到一个微弱的扰动：右边的气体被压缩，左边的气体变得稀疏，其效果以小扰动波的形式向两边传播。这种波通过以后，波后气体均以活塞的速度向右运动。同时，右边气体压力增加一个微量dp ，左边气体减小一个微量dp ，这两种波分别称为小扰动压缩波和小扰动稀疏波。 上述两类小扰动波得传播过程在(x ，t )图上的图示法如下 压缩波通过以后，波后气流速度方向与波面传播方向一致，质点迹线靠近波面迹线；稀疏波通过以后，波后气流速度方向与波面传播方向相反，质点迹线偏离波面迹线。对于运动的气体，压缩波后气体被加速，稀疏波后气体被减速。 2.传播 定义向右为x 轴的正方向，如果气体本身以u （代数值）的速度在运动，则波的传播速度为
一、计算流体力学的基本介绍 一、什么是计算流体力学(CFD)? 计算流体力学(Computational Fluid Dynamics)是流体力学的一个新兴的分支，是一个采用数值方法利用计算机来求解流体流动的控制偏微分方程组，并通过得到的流场和其它物理场来研究流体流动现象以及相关的物理或化学过程的学科。事实上，研究流动现象就是研究流动参数如速度、压力、温度等的空间分布和时间变化，而流动现象是由一些基本的守恒方程（质量、动量、能量等）控制的，因此，通过求解这些流动控制方程，我们就可以得到流动参数在流场中的分布以及随时间的变化，这听起来似乎十分简单。但遗憾的是，常见的流动控制方程如纳维一斯托克斯(Navier-Stokes)方程或欧拉(Euler)方程都是复杂的非线性的偏微分方程组，以解析方法求解在大多数情况下是不可能的。实际上，对于绝大多数有实际意义的流动，其控制方程的求解通常都只能采用数值方法的求解。因此，采用CFD方法在计算机上模拟流体流动现象本质上是流动控制方程（多数情况下是纳维一斯托克斯方程或欧拉方程）的数值求解，而CFD软件本质上就是一些求解流动控制方程的计算机程序。 二、计算流体力学的控制方程 计算流体力学的控剖方程就是流体流动的质量、动量和能量守恒方程。守恒方程的常见的推导方法是基于流体微元的质量、动量和能量衡算。通过质量衡算可以得到连续性方程，通过动量守恒可以得到动量方程，通过能量衡算可以得到能量方程。式(1)一(3)是未经任何简化的流动守恒微分方程，即纳维一斯托克斯方程( N-S方程)。 N-S方程可以表示成许多不同形式，上面的N-S方程是所谓的守恒形式，
基于全流道非定常流动计算的轴流式 水轮机尾水管压力脉动分析 姬晋廷,郑小波,罗兴 (西安理工大学水利水电学院,西安710048) 摘 要:以轴流式水轮机全流道三维非定常湍流数值模拟为基础,对轴流式水轮机尾水管内的非定常流场进行了分析,研究了尾水管内涡带的形态,对尾水管压力脉动的幅值和频率特点进行了分析。结果表明,大流量工况时,在尾水管内形成了一个与转轮旋转方向相反低压涡带,引发了低频压力脉动,这种低频压力脉动是水轮机中压力脉动的主要脉动源之一。 关键词:水力机械;非定常流动;轴流式水轮机;压力脉动;尾水管涡带 中图分类号:TK 73012文献标识码:A Analysis of pressure fluctuation in draft tube based on simulation of unsteady flow in whole passage of axial flow turbine J I Jinting ,ZHE NG X iaobo ,LUO X ingqi (School o f Water Resources and Hydroelectric Engineering ,Xi ’an Univer sity o f Technology ,Xi ’an 710048) Abstract :Based on 32D unsteady turbulent flow numerical simulation of the whole passage in axial flow turbine ,the unsteady flow field in draft tube is analyzed in this paper.The shape of v ortex rope in draft tube is studied.The pressure fluctuation in draft tube is analyzed by the characteristics of am plitude and frequency.The result shows that a v ortex rope with low pressure comes into draft tube under large discharge condition.The rotation direction of the v ortex rope is opposite to the rotation direction of the runner.The v ortex rope caused by pressure fluctuation with low frequency is one of the main vibration s ources in hydraulic turbine. K ey w ords :hydraulic machinery ;unsteady flow ;axial flow turbine ;pressure fluctuation ;v ortex rope in draft tube 收稿日期:2008208218 基金项目:国家自然基金重点项目(90410019);国家自然基金项目(50809054) 作者简介:姬晋廷(1963—),男,博士研究生.E 2mail :jijinting @https://www.doczj.com/doc/c815829392.html, 0 前言 水轮机运行稳定性一直是困扰水电厂电力生产的难点问题之一[1～3] ,水轮机稳定性的好坏,直接影响到水电厂能否稳定乃至安全生产,如何保证水轮机运行稳定是目前水电厂亟待解决的问题。导致水力机组运行不稳定的原因非常复杂,其中水力因素主要有4个方面:尾水管涡带、水轮机迷宫止漏装置中的压力脉动、卡门涡、叶片出口边附近的脱流。其中尾水管涡带是机组振动最主要的原因,其危害性也最大。分析尾水管涡带引起压力脉动的作用形式及机理对研究水轮机稳定性是十分重要的。 目前,水轮机尾水管涡带的研究主要在三个方面开展:理论研究,试验分析和数值模拟(CFD )。计算机技术迅速发展以来,虽然理论工作和实验研究的重要性未变,但是CFD 在水力机械技术上的应用已经蓬勃兴起。作为实验分析的有力补充或是用来独立数值试验CFD 越来越显示出强大的功能和特有的优越性,数值模拟正在以 强劲的势头作为主要研究手段之一逐渐占据水力机械行业的主导地位。Shyy 和Braaten 最早应用k 2 ε模型的湍流计算方法对水轮机尾水管的稳态流动进行研究,从技术上验证了k 2 ε模型在尾水管流动计算的可行性[4]。Wang 等学者应用数学上的涡运动理论[6,7]建立了一种简单而可行的涡模型来预估压力脉动的问题,并进一步用 三维涡丝模型取代面涡模型,计算了尾水管直锥段的流速场,发展了离散涡法在尾水管中的应用方法。我国科学 第28卷第2期 2009年4月水 力 发 电 学 报JOURNA L OF HY DROE LECTRIC E NGI NEERI NG V ol.28 N o.2Apr.,2009
1 观测系统及主要参数的选择 三维地震勘探是一种高密度面积采集技术，是三维体积勘探。它利用炮点和检波点网格的灵活组合获得分布均匀的地下CDP点网格和确定的覆盖次数。观测系统是指检波器排列和爆炸点相对位置的关系，要求是不仅在单张记录上可靠追踪有效波，且要保证在所得资料上连续追踪地震界面。观测系统正确与否直接影响数据采集质量、资料处理和地质成果的精度。三维观测系统的形式基本可分为两大类，即规则观测系统和不规则观测系统。规则观测系统用于地面施工条件好的地区，不规则观测系统用于地面障碍较多的地区。在目前三维地震勘探中，线束型观测系统是经常被选用的一种规则观测系统。其优点是可以获得从小到大均匀的炮检距分布和均匀的覆盖次数，适用于复杂地质条件地区。此外，当遇到障碍物时可通过改变纵横向偏移距和激发方向等灵活的变观手段，获得障碍物下地震资料。 1.1 空间采样间隔的确定 空间采样是指分布在地面上离散的检波点采集的地震讯号，空间采样间隔包括道距和束线中的接收线距。根据采样定理，道距ΔX应为： ΔX≤■×■（1） 若某区应保护煤层反射波主频为50 Hz，视速度V取2 300 m/s，则： ΔX≤■×■=23 m 那么该区可以采用20 m的接收道距。接收线距一般大于道距的1～4倍。一般为40 m。 1.2 网格的确定 三维地震勘探与二维地震勘探的迭加形式是不同的，二维是共反射点迭加，三维则是共反射面元迭加。共反射面元迭加是指共反射面元道集内各反射点信号的迭加。反射面元的大小在纵向上一般取小于接收点距之半为共反射面元的线性长度即Dx≤ΔX/2，一般为10 m，横向宽度Dy≥Dx，一般也选为10 m。根据上述选择CDP点网格为:Dy×Dx=10 m×10 m。这样小的CDP点网格对探测细微构造和小幅度起伏是极为有利的。 1.3 炮线间距的确定 炮线间距即为炮点线向前滚动的距离。在规则观测系统中，炮点线呈线状规则排列，并垂直于观测束线。那么如果设ΔL为炮线间距，N为地震仪接收总道数（480），S为束线内接收线数（10），Nx为纵向覆盖次数（6），ΔX为道间距（20 m），则：ΔL=（N×ΔX）/（2×S×Nx）（2） 那么ΔL=（480×20）/（2×10×6）=80m。 1.4 覆盖次数的确定 1.4.1 纵向覆盖次数的确定 纵向覆盖次数即沿着线束方向上的覆盖次数Nx与二维观测系统计算方法相同。则有：Nx=（M×S）/2K （3） k=ΔL/ΔX （4） 式中：M为排列线的接收道数；k为相邻炮排所跨越的道间隔数；S为为一个整系数，单边炮为1，双边炮为2。 例如1.3中的情况，k=80/20=4；如果是48道接收，单边放炮。 那么Nx=（48×1）/（2×4）=6次。 还有另外一种方法： Nx=n/2k （5） 式中：n为接收道数；k为相邻炮排所跨越的道间隔数。 1.4.2 横向覆盖次数的确定 横向覆盖次数即垂直线束方向上的叠加次数可以利用Z变换多项式的方法进行计算。设跑点为S、共中心点为C，检波点为G、共中心点为C，三者的关系式可写成褶积形式：
计算流体力学多项流场模拟方法分析 沙作良 (天津科技大学，海洋科学与工程学院， 天津300457) 摘 要：基于多相流基本运动方程，讨论了不同计算流体力学模型对多相流场模拟结果，指出各种方法的缺欠与适用性。提出多流体-多尺寸组-粒数衡算对多相流体系的计算流体力学的模拟方法。 关键词：计算流体力学，多相流， 鼓泡塔 1．引言 许多化工过程都是在运动的多相流体间进行。分散相与连续相间相界面的大小和分散相的含量是很多化工过程的决定性参数。然而，分散相的分散程度，以及界面间的热量，质量的传递过程是决定化学反应的关键因素，而这些因素又直接与设备内的流体动力学密切相关。准确的估计设备内的分散相含量和相界面的面积是进行准确的设计和操作的重要信息。然而，很多情况下，这些设计参数在设计之前很难估计，而只能靠实验的手段确定，很难保证所设计反应器能达到预期的效果。使用计算流体力学方法研究在多相流场内的许多化工过程已经是国际上共识的有效方法。同时进行了很多研究。本文就使用计算流体力学进行多项流场模拟的方法，结合对气液系统的模拟结果进行分析，探讨进行多项流场及其相关过程模拟的有效可行的基本途径。 2．多项流的计算流体力学基本方程 使用计算流体力学方法对多相流体系的模拟研究中，欧拉-欧拉方法被广泛应用。欧拉-欧拉方法描述多相留体系一般标量(Φ)的对流-扩散方程可表示为： ) ()( ))(()(11αβαββαβαββαβααααααααααρρΦ?Φ+Φ?Φ+=Φ?Γ?Φ??+Φ??∑∑==m m c S U r r t p p N N (1) 相α 的动量方程可表示为 α αββαβααααααααααααμρρF U U c P B r U U U U r U r t p N d T eff +?+??=?+?????+??∑=)()( ))))(((()(1)(, (2) 相α 的连续性方程可表示为 αβαβαααααρρS m )()(p N 1+=??+??∑=U r r t (3)
题目 一厚度为0.1m的无限大平壁，两侧均为对流换热边界条件，初始时两侧流体温度与壁内温度一致，t f1=t f2=t0=5℃；已知两侧对流换热系数分别为h1=11 W/m2K、h2=23W/m2K, 壁材料的导热系数 =0.43W/mK，导温系数a=0.3437×10-6 m2/s。如果一侧的环境温度t f1突然升高为50℃并维持不变，计算在其它参数不变的条件下，平壁内温度分布及两侧壁面热流密度随时间的变化规律（用图形表示）。 问题分析 此题为两侧受恒温流体作用,并求其从非稳态传热过程温度场到接近稳态传热的温度场,并算出其热流密度随时间的变化规律。
解法 建立离散方程及求解 将平板分割成如下网格：共计10个网格，11个节点，以恒温流体1处为节点1，恒温流体2处为节点11。 列写节点方程，边界条件皆为恒温流体传热，初始条件为5摄氏度。以此对每个单独时刻进行求解，解出该时刻各节点的温度，并在此解的基础上进一步解出之后各时段的温度解，进行迭代计算，直到满足时间要求为止。 非稳态传热计数器 计算过程使用Excel实现，具体做法是利用Excel进行解方程，并求出温度解。因使用10个网格，故方程类型为10元1次方程组，也就是说每个时刻都有10个方程必须联立求解，使用Excel的行列式计算能很容易地用克拉姆方法解出该方程。之后用该组温度解进行下一次迭代运算，如此反复，直到满足题设要求。 具体的温度求解请查阅非稳态传热计算器.xlsx 文件，为了要求计算器的整洁美观，繁琐的计算过程使用Hide功能隐藏，若需查阅解除Hide指令即可。 使用计算器时仅需输入相关系数，并输入合适的时间步长即可，计算器将按给定的参数计算出平板在之后各个时刻各节点上的温度值。 计算器将列出各节点的温度值随时间变化的计算表格，同时输出三种图形：平板内各节点温度随时间变化规律，平板内各节点温度在某一时刻的变化规律及平板壁面热流密度随时间变化规律。
全空间观测系统 1 绪论 1.1 研究背景及意义 1.2 现状 1.3 主要研究内容及思路 2 全空间观测系统原理 2.1 观测系统概念 观测系统(Geometry)，即地震波激发点与接收点的相互位置关系，或激发点与接收排列的相对空间位置关系。观测系统的选择取决于地震勘探任务、工区地质条件和采用的工作方法。总的原则是尽量使记录到的地下界面能被连续追踪，避免发生有效波彼此干涉的现象，施工简便，经济高效，满足地震勘探对资料品质（信噪比、分辨率等）的基本要求。 根据地震激发点和接收点之间的位置关系，地震测线分为纵测线和非纵测线两种，接收点和激发点在同一直线上的测线叫纵测线，接收点和激发点不在同一直线上的测线叫非纵测线。 2.2 观测系统类型 地震勘探工作方法不同，激发点与接收点或接收排列的相对空间位置关系也多种多样，因此，可以按照不同的地震勘探方法划分观测系统的类型。 2.2.1 地面观测系统 地面观测系统即激发点与接收点均布置在地面，主要接收来自地下反射界面的反射波，探测空间为二维空间。 （1）简单连续观测系统 最简单观测是一次连续观测系统，即每个反射点只采集一次。不断地移动接收点和炮点位置，就可以连续追踪界面R。优点：炮点与接收点靠近，野外施工
方便，不受折射波的干扰，也减少有效波之间的干涉。缺点：近炮点的几道常受爆炸后的声波和面波的干扰。 （2）多次覆盖观测系统 所谓多次覆盖是指对被追踪界面的观测次数而言，n次覆盖即对界面追踪n 次。例如对同一界面追踪了两次，称为二次覆盖，追踪了多次，则为多次覆盖。 多次覆盖的具体做法：为了了解界面上R点的情况，不只在O1点激发、在D1点接收，还分别在O2激发、D2接收，O3激发、D3接收等。它们以O1D1的中点M对称地分布。如果界面水平则R点在地面的投影与M点(叫共中心点)重合，并且每次观测到的都是来自R点的反射。R点就叫这些道的公共反射点。这些道组成的道集是R点的共反射点道集。 （3）三维地震观测系统 所谓三维地震，就是在一个观测面上进行观测，对所得资料进行三维偏移叠加处理，以获得地下地质构造在三维空间的特征。三维地震的野外测线布置不受直线限制，实际上是由非纵观测线系统和纵测线系统组成。 三维地震观测比二维要复杂得多，一般应尽量考虑复盖次数多的部位能控制主要测区及勘探对象。传统三维地震观测系统基本上有两类，即路线型和面积型。 1）路线型。特点是所得的观测结果为沿着路线附近的一窄条带上的资料。
计算流体力学基础期末大作业题目：如图1所示计算区域，利用有限元法计算圆柱绕流。 图1圆柱绕流的计算区域 流体力学专业韩旭东1401214515 2014年12月8日
根据《计算流体力学基础讲义》关于有限元方法的要点，在分析题目的边界条件后，编写程序，计算流场中的流函数、速度和压力系数。将自己编写程序生成的网格数据与给出的网格数据做比较，分析网格类型对计算结果的影响。 计算步骤： 1.选取未知量 选取流函数ψ作为计算的未知量，设置来流为1x v =和0y v =，考虑到流场的上下左右的对称性，只考虑左上角四分之一的计算区域作为有限元求解域。 图2 有限元求解域 2.边界条件处理 a-b-c 和e-d 均为流线，分别赋值0和2。a-e 流线值满足速度积分公式y ψ=。在c-d 上0y v =。 3. 满足的微分方程 2012 , -, n s v ψψψψ ?==Γ?=Γ?在边界在边界 4. 建立有限元积分表达式 它是一椭圆型方程，具有正定性，可以用变分法建立有限元积分表达式
5．区域剖分 把计算区域分成许多几何形状规则但大小可以不同的单元，确定单元节点的数目和位置，建立表示网格的数据结构。采用的单元形状和节点的分布，以及插值函数的选取还应考虑到计算精度和可微性的要求。本文中分别采用GRID.DAT 文件和自己编程生成文件作为比较。 将节点编号，记录i 节点坐标i x 和i y 信息。将单元编号，记录单元包含的节点序号1i 2i 和3i 。 图3程序生成网格图 图4 GRID.DAT 网格图 从上述两图中可以看出图4网格更加均匀划分更充分。
第37卷第9期 2009年9月 化 学 工 程 C HEM IC A L ENG I N EER I NG (C H I NA ) V o.l 37N o .9 Sep .2009 作者简介:郭武辉(1983)),男,硕士研究生,研究方向为高效搅拌设备,E-m ai:l guowuhu i_512@163.co m;潘家祯,通讯联系人,E -ma i :l j zpan @ecust https://www.doczj.com/doc/c815829392.html, 。 计算流体力学用于搅拌器流场研究及结构设计 郭武辉,潘家祯 (华东理工大学机械与动力工程学院,上海 200237) 摘要:采用计算流体力学(CFD )模拟方法对现有同轴搅拌器的流场结构进行了模拟,同时进行了混合时间的数值研究,并与实验结果相比较,证实了模拟方法是可行的。针对现有搅拌器存在的问题,提出了3种改进型的搅拌器,并进行CFD 模拟研究,发现桨ó所需混合时间最短,桨ò和桨?次之;桨ó消耗的功率最大,而桨?和桨ò所需功率最少。关键词:CFD;同轴搅拌器;混合时间;功率 中图分类号:O 351.1;TQ 027 文献标识码:A 文章编号:1005-9954(2009)09-0020-04 Application of co mputational fl ui d dyna m ics t o fl ow researc h and structure desi gn of stirred tank GUO W u -hu,i PAN Ji a -zhen (Schoo l ofM echan ica l and Pow er Eng ineeri n g ,E ast Chi n a U niversity o f Science and Techno logy ,Shangha i 200237,China) Abst ract :The fl o w str ucture o f t h e coax ial stirred tank w as si m u l a ted by usi n g co m putational fluid dyna m ics (CFD )techno l o gy ,and the m i x ing ti m e w as also investigated w ith CFD and contrasted w ith the experi m enta l data .A ll the research confir m ed the feasibility o f CFD si m ulati o n m eans .Three kinds o f i m proved i m pellers were proposed because of the sho rtco m i n g of the current ag itato rs .The ne w stirred tanks w ere si m ulated w it h CFD .It sho w s that I m peller III needs the m i n i m um m i x i n g ti m e ,then I m pe ller II and I m peller I ;the po wer consumpti o n for I m pe ller óis the h i g hes,t and the po w er consu m ptions for I m peller I and I m peller òare less than that o f ex i s ti n g i m pellers .K ey w ords :CFD;coax i a l stirred tank;m ix i n g ti m e ;po w er 搅拌与混合操作是应用最广泛的过程操作之一,大量应用于化工、轻工、医药、食品、造纸、冶金、 废水处理等行业中[1] 。现代工业需要一种搅拌系统能同时在层流区、过渡流区和紊流区工作,而同轴 搅拌器恰好满足这样的需求[2] 。搅拌生物反应器自从抗生素发酵工业开始便被应用于生物过程中,虽然已经开发了多种新型的生物反应器,但搅拌生 物反应器仍然在发酵工业领域占据统治地位[3] 。计算流体力学(CFD)技术的出现为研究生物反应器内流场信息提供了一个强有力的工具,科学工作者应用CFD 研究搅拌反应器里的流场并结合实验研究,即可在短时间内利用很少的资源完成生物反应器的设计、优化及放大,同时也为新型生物反应器的设计提供了重要的依据。 本文应用CFD 模拟了新型内外组合式搅拌器的流场,包括速度矢量场、混合时间等,并与混合时间实验相比较,找出现有搅拌器的问题,提出改进方 案,并对新的搅拌器进行CFD 研究,旨在通过CFD 来优化搅拌器结构和操作参数。 1 搅拌设备CFD 分析的数学模型及分析方法1.1 数学模型 搅拌设备的CFD 分析基于质量、动量、能量守恒的3个基本传递方程。对于处于湍流模式下的不可压缩性流体,常使用以柱坐标形式表示的雷诺平均的质量守恒和动量守恒方程。其表达形式分别如 下所示[4] : div (Q u )=0 (1) 99t (Q u r )+d i v (Q u u r )-Q u 2H r =-9p 9r +d i v S r -S H H r +F r (2) 9 9t (Q u H )+d i v (Q u u H )+Q u r u H r =
计算流体力学典型方法与算例 1.黎曼问题——有限体积TVD 2.激波尖劈反射——WAF，PLM 3.喷口出流问题——MUSCL有限元 4.带运动边界的黎曼问题——MUSCL 5.底排装置内流场——有限体积TVD 6.后台阶超音速粘性流——MacCormack 7.气固两相化学反应流——PSIC 8.三维爆轰波的精细结构——FCT 9.非结构网格自动生成技术4例 10.自适应非结构网格应用2例
黎曼问题 2、对二维矩形流场的网格化（结构化网格） 图1.1 流场初始网格 1、采用的差分方法：有限体积TVD 方法P=1,T=1 P=10,T=1
黎曼问题 3、计算结果 压强 密度 速度图1.2 时间t=0.13 时的变量曲线
1.流动模型 垂直于x方向、起始马赫数为M S 的正激波与尖劈角为 的尖劈相遇，可能发生的激波反射形式有。(a)正规反射，(b)单马赫反射，(c)复杂马赫反射，(d)双马赫反射。
2.数值方法 分别采用 (1).WAF(Weighted Average Flux)格式(参看6.2~6.3)； (2).PLM(Piece-Wise Linear Method)格式(参看6.4.3)计算网格为CHIMERA自适应网格。 3.计算结果 计算域：25.0?16.5（x-y平面） 激波起始位置x=4.0 尖劈位置x=4.69 =1.225kg/m3,p a=101325Pa, 环境参数：ρ a u a=0,v a=0 WAF和PLM方法的计算结果如图所示
M s=1.7, =25°;(a)实验结果，(b)矩形网格等密度线，(c)输出时的自适应网格，(d)自适应网格等密度线
2018年10月 第51卷第10期烟草科技Tobacco Science &Technology Oct.2018V ol.51No.10沟槽滤嘴烟气流场分布特征的计算流体力学模拟 孙志伟，文建辉*，杜文，罗玮，钟科军 湖南中烟工业有限责任公司，长沙市劳动中路386号，410007 摘要：为研究卷烟烟气在沟槽滤嘴内的流场分布情况以及沟槽流出烟气占比（从沟槽流出烟气占进入滤嘴全部烟气的比例），建立了烟气在沟槽滤嘴内流动的计算流体力学模型。利用该模型模拟了ISO 抽吸模式平均速度下烟气在沟槽滤嘴内的流动，获得了沟槽滤嘴内速度和压力分布情况，并计算得到从沟槽流出的烟气占比，探讨了滤嘴沟槽的形状、数量和长度对于沟槽流出烟气占比的影响。结果表明：①沟槽流出烟气占比随沟槽长度的增加先缓慢增加然后逐渐减小。②沟槽流出烟气的占比随着沟槽数目呈线性增加趋势。③沟槽流出烟气占比的顺序为：矩形沟槽结构>三角形沟槽结构>梯形沟槽结构。模拟结果与实验或文献报道的结果具有较好的一致性。 关键词：沟槽滤嘴；计算流体力学；流场分布 中图分类号：TS452文献标志码：A 文章编号：1002-0861（2018）10-0090-07 Simulation of flow field distribution of cigarette smoke in grooved filter by computational fluid dynamics SUN Zhiwei ，WEN Jianhui *，DU Wen ，LUO Wei ，ZHONG Kejun China Tobacco Hunan Industrial Co.，Ltd.，Changsha 410007，China Abstract ：A computational fluid dynamics model for the smoke flow in a grooved filter was developed in order to study the flow field distribution in the grooved filter and the outflowing smoke ratio （the proportion of cigarette smoke leaving the grooves accounting for the total smoke entering into the grooved filter ）.By means of the developed model ，the smoke flow in grooved filter at an average velocity of ISO smoking regime was simulated ，the distribution of velocity and pressure of cigarette smoke in grooved filter was obtained ，and the ratio of smoke leaving the grooves was calculated.The effects of factors such as the shape ，number and depth of grooves on the ratio were investigated as well.The results showed that ：1）The ratio of smoke leaving the grooves slowly increased first and then gradually decreased with the increase of groove length.2）The said ratio linearly increased with the increase of groove number.3）The groove shapes affected the ratio in the order of rectangular >triangle >trapezoid.The simulation results well agreed with study results by other researches.Keywords ：Grooved filter ；Computational fluid dynamics ；Flow field distribution 收稿日期：2017-09-25修回日期：2018-07-03 基金项目：烟草行业卷烟功能材料重点实验室项目“苯酚和巴豆醛在滤嘴中的截留机理和烟气流体力学模型研究”（中烟 办［2014］334号）。 作者简介：孙志伟（1989—），硕士，工程师，主要从事流体力学模拟研究。E-mail ：64199859@https://www.doczj.com/doc/c815829392.html, ；*通信作者：文建 辉，E-mail ：wenjh811@https://www.doczj.com/doc/c815829392.html, 引文格式：孙志伟，文建辉，杜文，等.沟槽滤嘴烟气流场分布特征的计算流体力学模拟［J ］.烟草科技，2018，51（10）： 90-96.（SUN Zhiwei ，WEN Jianhui ，DU Wen ，et al.Simulation of flow field distribution of cigarette smoke in grooved filter by computational fluid dynamics ［J ］.Tobacco Science &Technology ，2018，51（10）：90-96.）DOI ：10.16135/j.issn1002-0861.2017.0423 沟槽滤嘴具有明显的减害降焦效果，是目前 国内卷烟产品中应用较为广泛的滤嘴品种之一。 为掌握沟槽滤嘴对卷烟烟气的过滤截留特点和提 高其过滤性能，许多研究者进行了大量的实验研究。段良勇等［1］研究了不同沟槽长度及位置分布的醋纤沟槽滤嘴对卷烟烟气的影响。盛培秀［2］对5种不同沟槽间断分布比例的沟槽滤嘴进行了研究，发现沟槽长度占总滤嘴长度50%的间段式沟万方数据