不可压缩流体

摘要： 通过深入分析法向应力与压力,重力和压力,不可压缩流体和可压缩流体中压力的不同计算方法、压力边界条件,易混淆压力相关概念,有助于学生准确把握压力的物理意义、计算方法,并将其应用于工程应用。

摘要： 实际工程中,大多数的石油运输管道只允许安装压力传感器检测泄漏情况,流量计仅安装在收费口处,而且对于不可压缩流体无法通过临界压力条件计算泄漏量.基于应力应变公式,通过研究管道的微元体受压时管壁的径向位移与管内压强的关系,得出管道体积随管道压力的应变响应.以管道容积膨胀的改变量表征管道中不可压缩流体的泄漏量,得到不可压缩流体的泄漏量计算模型.建立管道受压膨胀的COMSOL模型进行仿真验证,仿真结果和推导公式均表明:管道的体积应变与管道压力呈二次抛物线关系,但当管道内压力变化不大时,二者之间可近似为线性关系.此外,建立实验平台得到了压力为0 MP a～0.8 MP a时的泄漏量,验证了不可压缩流体与压力变化之间的线性关系.理论和实验结果为管道内不可压缩流体泄漏量的计算提供了理论依据.

摘要： 不可压缩流体的概念和内涵在冶金传输原理基本理论和计算冶金学的教学中具有重要地位.在以往的教材和教学中,不可压缩流体等同于常密度流体.为了探究这一思想的由来,回顾了不可压缩流体的数学定义,分析了不可压缩流体、均质流体和常密度流体之间的区别,给出了工程中不可压缩流体的判断标准.基于Boussinesq近似解释了将不可压缩流体视作常密度流体的理论基础,根据不可压缩流体和定常流动的定义式推导出作定常流动的不可压缩流体的密度是常数的结论.

摘要： 本文将基于MAC (Marker and cell)交错网格上的半拉格朗日方法推广应用于求解不可压缩多介质流动问题。通过求解Level set方程捕捉界面的位置,利用NGFM (New Ghost Fluid Method)方法定义界面边界条件,将多介质问题转化为单介质问题进行计算。给出了一种求解不可压缩多介质流动问题的简单且高效的数值算法。本文针对多个经典算例进行数值试验,数值结果表明本文所给出的方法可以有效的模拟流体的运动细节。

摘要： 将聚合物熔体和低速热空气均视作不可压流体,针对一聚苯乙烯(PS)片材的全气体辅助挤出,建立了描述其气体-熔体两相分层流动的三维有限元模型,采用黏弹应力分离法(EVSS)和非协调流线迎风法(SU)等有限元方法,利用PolyFlow求解器对气体辅助流道中气体和熔体流动进行了计算,分析了熔体截面变化的规律及原因.研究结果表明:气体辅助流道内,气体对熔体有拖曳作用;沿挤出方向,熔体速度逐渐增大,而截面积逐渐减小,都在口模出口面上达到极值,同时截面形状有微小改变;口模出口面上熔体沿挤出方向的速度随入口气体体积流率的增大而近似线性增大,熔体截面积则近似线性减小.%For the fully gas-assisted extrusion of a polystyrene sheet,a 3D finite element model which described the gas-melt stratified flow was established with the polymer melt and low speed heated air both being considered as incompressible fluid.Numerical computations of the flows in gasassisted channel were performed by PolyFlow solver with some FEMs such as elastic-viscous-splitstress method (EVSS),streamline-upwind (SU) method etc.The effect laws of gas flow on melt cross sections were analyzed.The results show that in the gas-assisted channels the melt is towed by gas layer.Along the gas-assisted channels,the melt velocity in extrusion direction increases,and the melt sectional area decreases,both with flow distance and gradually reach an extreme value at die exit.On the outlet plane,the melt velocity in extrusion direction increases,and the melt sectional area decreases,both with gas volume inflow rate and in an approximately linear way.

摘要： 通过理论推导,分析储存体积相同、管道进口压力相同和变化两种情况下,两种不可压缩流体不稳定流动的时间比,证明水和不可压缩流气体灭火剂喷射时间的相似性,获取了水替代不可压缩流气体灭火剂喷射时间的定量修正参数.以七氟丙烷和水为例进行了实际喷射对比实验,进一步验证了理论推导的修正参数的准确性.

摘要： 在采油树国产化的设计计算中,需要对采油树的压力损失进行估算.该文针对输油过程中常见的弯管,建立理论方程,并利用有限元软件进行数值模拟,验证了弯管结构模型产生的压力损失与入口质量流量的平方近似成正比,而与出口条件无关.

摘要： 该文提出了利用生成自适应代理粒子来实时耦合 TLED 非线性有限元与隐式不可压缩流体的新方法。首先，该文根据固体表面的局部高斯曲率对固体表面采样生成不同分辨率的代理粒子。其次，为了避免代理粒子和流体粒子间过早的耦合，文中设计代理粒子光滑核函数的支持域为椭球型。其次，为了防止流体粒子在固体发生形变时产生穿透现象，作者在每个时间步长内对固体表面进行重采样生成代理粒子，并自适应地改变其支持域的大小，最后，在处理边界时运用正则化方法计算边界处粒子的物理量，并利用基于统一计算设备架构的 GPU 并行计算方法对耦合过程进行加速。实验结果表明，该文提出的方法能在减少采样粒子、提高计算效率的同时，实现实时逼真的流固耦合效果。%This paper presented a novel method that adaptively sampled agent particles for real-time coupling TLED nonlinear FEM solid with implicitly incompressible fluid.The agent particles were sampled with different resolution according to the local Gauss curvatures of solid surface model.The agent particles’support domain was designed as ellipsoid to avoid premature coupling between agent particles and fluid particles.To avoid penetration of fluid particles on boundaries in case of deformation,the agent particles were adaptively resampled after deformation of nonlinear FEM solid and its support domain was adaptively changed.To accurately handle the coupling,regularization method was adopted to calculate the particles’physical quantities on the boundary to obtain better coupling effects.The CUDA-based GPU parallel computing was utilized to accelerate the computation of coupling process between agent particles and fluid particles.The experimental results demonstrate that the proposed method can achieve significant improvement in time and memory,reducing the sampling particles and meanwhile obtaining real-time realistic fluid-solid coupling effect.

摘要： 将共挤口模内气体层分别简化为完全滑移边界条件和不可压缩流体，基于流变学基本方程和Phan-Thien Tanner(PTT)本构方程，建立L型截面三维非等温黏弹性多层气辅精密共挤成型数值模型，并采用稳定的数值求解技术对数值模型进行模拟计算，将2种数值模型模拟计算所得结果进行对比分析。研究结果表明：2种数值模型模拟所得口模内熔体的速度场、压力场、剪切速率、应力场和温度场等分布基本一致，但两者模拟所得口模出口端面熔体的边界和层间界面形貌略有差异，将气体层简化为完全滑移边界条件模拟所得口模出口端面熔体的边界和层间界面形貌更接近实验结果。%Three-dimensional non-isothermal mathematical models were established for two-layer gas-assisted precision co-extrusion through a L-shaped channel based on the gas layer simplified as the full-slip boundary condition or the incompressible fluid. The Phan-Thien and Tanner (PTT) model was considered as viscoelastic constitutive equations. The numerical simulations were presented using the finite element method and the results were compared and analyzed. The results show that velocity, pressure, shear-rate, stress and temperature distribution of making gas layer as the full-slip boundary condition coincide with those of making gas layer as the incompressible fluid, but the melt boundary and interface profile are different at the die exit. By comparing the simulation results with experimental ones, it is shown that the former is more reliable.

摘要： 容器水下压溃可引起内爆,产生内爆冲击波,对周围结构产生破坏作用.基于能量守恒原理,推导了一种不可压缩流体中球型容器内爆理论模型.可以根据球型容器半径、容器所受静水压力等参数预测内爆冲击波压力、气泡半径、气泡溃灭时间周期,预测结果与内爆试验数据吻合较好.利用该模型分析了容器内爆冲击波压力的危害性,以及冲击波压力峰值随容器体积、静水压力、容器内气体压力等参数的变化规律.结果表明,容器内爆与炸药水下爆炸相比,冲击波峰值高、脉宽小,对附近的脆性材料结构会产生较强的破坏效应;冲击波峰值随球型容器半径增大而线性增大,随静水压力增大呈二次曲线增大;容器内气体初始压力、容器周围流体密度、声速以及容器内气体比热比等参数变化对冲击波峰值无明显影响.

摘要： 本文采用速度显式、压力隐式的半隐式方法推导了基于特征线的分裂方法。并将该方法应用于二维非定常的外流场计算。同时与其他两种方法进行对比：一种是速度、压力采用满足LBB条件的P2-P1单元，非线性对流项采用牛顿迭代法的有限元方法。另一种是特征线伽辽金有限元方法。计算结果吻合较好。表明了该方法的可靠性和稳定性。

摘要： 光滑粒子流体动力学方法（SPH)是最近发展比较快的一种无网格的数值模拟方法，特别适合于研究多相流和大变形等复杂的流体问题。标准的SPH 方法可以较好地求解可压缩流体问题，其中粒子的运动由压力梯度产生，而粒子的压力是通过状态方程由粒子的密度和内能来计算的。在不可压缩流体问题中，现有的SPH 方法一般采用人工压缩性来模拟不可压缩流体，即假设流体弱可压缩，密度的微小变化会导致压力值产生较大的波动从而恢复流体的初始密度。然而，实际求解过程中，弱可压缩SPH方法限制了时间步长的大小。如果时间步长太大，则极易产生SPH粒子的非物理聚集，甚至导致计算的发散。因此，有效地计算动量方程中的压力项是计算不可压缩流体的一个主要任务。本论文研究了一种改进的不可压缩SPH方法，利用泊松方程实现了不可压缩流体的压力场和速度场的耦合求解，较好地解决了SPH方法的时间步长受限的问题。利用该方法，研究了不可压缩的液滴在平板表面的变形和运动，并与弱可压缩方法的计算结果进行了比较。

摘要： 不可压缩流体数值模拟是计算流体力学里的一个重要分支,在工程上也有广泛应用.其中原始变量法中的压力修正方法是目前应用最广的,但是采用压力修正方法时,程序编制比较复杂,计算效率也不高.本文在求解可压流的Jameson有限体积法和simpler算法的基础上发展了一种新的模拟不可压流的数值方--Jameson-Simpler算法.该方法对控制方程采用中心格式进行空间离散,显式添加人工粘性,对离散后的常微分方程组采用Runge-Kutta时间推进法求解,并根据在保证每一时步的计算中都能得到一个无散度的速度场的思想,从连续方程出发,推导出了求解压力的方程.这种方法在编写程序方面非常简单,特别是适用于复杂问题的计算.本文用该方法及Simple算法分别在同位贴体网格上对二维、定常、不可压的扩压器管道湍流进行了数值模拟,湍流模型用B-L湍流模型,把两种方法的计算结果与试验数据进行了比较分析,发现比起Simple法,Jameson-Simpler算法能够大大地简化计算,节省机时,提高效率,从而证实了该方法对模拟不可压流动的适用性。

摘要： 在改进现有不可压缩流体中物体运动方程基础上,提出一种基于神经网络的PID控制方法.该方法利用了神经网络对非线性函数的逼近能力,通过在线学习方式调节PID控制器的3个参数,既提高了计算的效率,又可以进行自适应控制.采用该控制方法对不可压缩流体中物体的运动进行了数值模拟实验,结果表明,该方法具有有效性和可行性.

摘要： 采用稳态三维粘性不可压缩流体挤出口模内非等温流动的有限元模型,模拟了幂律型流体在矩形截面中空型材收缩口模内的流动.采用罚有限元法将连续性方程引入动量方程,在近似满足不可压缩约束下求解了速度场分布.采用StreamlineUpwind/Petrov-Galerkinformulation(SUPG)方法构造非对称权函数,克服了能量方程对流项占优时数值解的失真,获得了剪切生热情况下的温度场分布;运用幂律型流体的本构关系和Arrhenius模型计算了温度和剪切速率对粘度的影响.计算实例表明,对于异型材挤出口模内流动的数值模拟,可以获得合理的速度、压力、应力和温度分布.

摘要： 本文对求解不可压缩流体流动和传热问题提出了一种全隐算法.该算法被称为CLEAR(C oupled and L inked E quations A lgorithm R evised).该算法不同与SIMPLE系列算法之处在于,它用直接求解的压力改进速度,而不引入压力修正项.完全考虑了邻点速度的影响,速度和压力的耦合得到很好的保证.因此在很大程度上加快了迭代的收敛速度,而且可以通过引入第二松弛因子,对迭代过程进行控制.本文详细阐述了CLEAR算法的数学原理和计算步骤,并讨论与SIMPLER算法的区别.在本文下篇中用五个算例对CLEAR算法和SIMPLER算法进行比较,证明了该算法的可行性.

摘要： 数值模拟了旋涂覆中黏性溶液形成薄膜的过程,主要分析了基体的旋转速度、涂覆溶液体积、表面张力系数和黏度系数的影响.

摘要： 数值模拟了旋涂覆中黏性溶液形成薄膜的过程,主要分析了基体的旋转速度、涂覆溶液体积、表面张力系数和黏度系数的影响.

摘要： 数值模拟了旋涂覆中黏性溶液形成薄膜的过程,主要分析了基体的旋转速度、涂覆溶液体积、表面张力系数和黏度系数的影响.

摘要： 提供了一种用于确定多成分流体的流体特性的方法。该方法包括测量第一密度状态下的多成分流体的第一密度ρ1的步骤，该多成分流体包括一种或更多种不可压缩成分和一种或更多种可压缩成分。该方法还包括将多成分流体从第一密度状态调节至第二密度状态的步骤。然后在第二密度状态下测量多成分流体的第二密度ρ2，并且确定可压缩成分或不可压缩成分中的至少一个的一种或更多种流体特性。

摘要： 本公开提供了一种可压缩流体装置(1)，诸如气弹簧。所述装置包括：壳体(11)，其界定压缩腔(12)；活塞(15)，其可在腔(12)内移动；以及安全构件(2)，其以这样的方式放置：在活塞超行程时被活塞(15)撞击，由此从压缩腔(12)排放可压缩流体中的至少一些。所述装置还包括预撞击构件(25)，所述预撞击构件被布置成在安全构件(2)被撞击之前被撞击，使得安全构件(2)仅在达到预定的超行程压缩力时被撞击。

摘要： 本发明公开一种可压缩气体与不可压缩液体多介质界面追踪数值方法，单一的气体和液体介质区域均采用间断伽辽金方法进行计算，同时由于多介质流场的时间步长一般是非均匀变化的，本发明在采用间断伽辽金方法求解不可压缩Navier‑Stokes方程时，推导出基于非均匀时间步长的时间离散格式。多介质界面边界条件采用修正虚拟流体方法进行定义。在物质界面法向构造一种新的可压缩与不可压缩黎曼问题来预测界面状态，预测的界面状态不仅用于推进多介质界面，而且可以直接更新界面附近可压缩气体一侧的密度并外推得到对应的虚拟流体状态。通过多个经典数值算例的验证，发现对于气体中出现激波的多介质问题本发明能得到更为精确的数值模拟结果。

摘要： 提供了一种用于确定多成分流体的流体特性的方法。该方法包括测量第一密度状态下的多成分流体的第一密度ρ

摘要： 本公开提供了一种可压缩流体装置(1)，诸如气弹簧。所述装置包括：壳体(11)，其界定压缩腔(12)；活塞(15)，其可在腔(12)内移动；以及安全构件(2)，其以这样的方式放置：在活塞超行程时被活塞(15)撞击，由此从压缩腔(12)排放可压缩流体中的至少一些。所述装置还包括预撞击构件(25)，所述预撞击构件被布置成在安全构件(2)被撞击之前被撞击，使得安全构件(2)仅在达到预定的超行程压缩力时被撞击。

摘要： 本发明公开一种可压缩气体与不可压缩液体多介质界面追踪数值方法，单一的气体和液体介质区域均采用间断伽辽金方法进行计算，同时由于多介质流场的时间步长一般是非均匀变化的，本发明在采用间断伽辽金方法求解不可压缩Navier-Stokes方程时，推导出基于非均匀时间步长的时间离散格式。多介质界面边界条件采用修正虚拟流体方法进行定义。在物质界面法向构造一种新的可压缩与不可压缩黎曼问题来预测界面状态，预测的界面状态不仅用于推进多介质界面，而且可以直接更新界面附近可压缩气体一侧的密度并外推得到对应的虚拟流体状态。通过多个经典数值算例的验证，发现对于气体中出现激波的多介质问题本发明能得到更为精确的数值模拟结果。

摘要： 本发明涉及一种基于SPH的粘性不可压缩流体仿真方法，为高精度、高鲁棒性的基于SPH的粘性不可压缩流体仿真方法，通过不可压缩约束和粘性约束的统一求解方案避免其求解过程产生非物理性的冲突和漂移误差，以不布设Ghost粒子的方式快速高效地解决表面粒子缺失问题。本发明可稳定模拟不同粘性系数取值的牛顿流体和变粘性系数的非牛顿流体，可长时间保持粘性流体的表面形态，且能够对粘性流体的拉伸变细过程、绕绳效应、薄膜形态等诸多精细运动过程进行准确地仿真。

摘要： 一种利用形变梯度的单组分与多组分不可压缩流体仿真方法，利用形变梯度，计算单组分或多组分粒子的体积变化量，并基于形变梯度建立流体不可压缩条件的方程并用松弛的雅各比迭代方法求解。本发明方法实现了对多组分流体的不可压缩求解，实现了真实的多组分流体仿真效果，并提供了艺术化控制的方案，对单组分流体的仿真效率和效果与当前业界先进方法的效果可比。

摘要： 本发明公开了一种演化不可压缩流体模型非线性波的方法、装置及设备，包括：获取描述不可压缩流体的非线性模型；根据势函数变换和描述不可压缩流体的非线性模型，构建描述不可压缩流体的非线性模型的双线性形式，双线性形式中包括辅助函数；对描述不可压缩流体的非线性模型的双线性形式中的辅助函数进行构造；根据构造的辅助函数、势函数变换以及双线性形式，得到一系列不可压缩流体模型非线性波。本发明目的在于使用一种高效、计算量小的方法获得非线性模型不同类型的非线性波解，丰富领域内已有非线性波的种类，并将该方法应用于一个不可压缩流体模型，可视化该流体模型非线性波的演化过程。

摘要： 本发明公开了一种测量不可压缩流体垂直流速的方法，首先将整个流场的高度进行分层，获取各层水平流速的观测数据：其次，通过数值微分方法，构造出水平分析场；最后利用变分最佳分析方法，得到每一层上的垂直流速，构造整个流体的垂直流场。本发明对中尺度海洋涡旋进行抽象，针对水平观测流场数据，采用吉格诺夫正则化方法，构造出水平分析流场，避免了观测误差以及观测数据分辨率较低对垂直流速计算的影响，最后利用变分最佳分析方法对计算得出的垂直流速进行修正，为诸如台风、中尺度涡旋等气象海洋现象的垂直流速的计算提供了一种可行的方法。