有限容积法

摘要： 热风循环加热方式被广泛应用于沥青路面热再生施工中,为改善传统热风加热沥青路面的作业质量和能耗,提出了一种变温加热方法。基于有限容积法,建立了二维沥青路面瞬态导热模型,利用MATLAB软件获得了维持路面表层平均温度稳定在180°C的热风变温加热曲线,比较了变温加热和恒温加热方式下的沥青路面及4 cm处平均温度变化曲线,计算了两种加热方式下加热器的能量损耗。结果表明:两种加热方式的能耗相差很小,且都可通过增大初始加热温度进而提高加热效率,但利用所得的变温加热曲线进行沥青路面加热,可有效防止路面发生焦化现象,有利于改善路面再生质量。

摘要： 针对含湿多孔型石英复合材料受热脱水影响透波性能的问题,建立了热湿耦合传递高温脱水数值模型,开展了关键参数对脱水过程影响的分析,获得了受热脱水过程中材料温度、湿分及介电损耗的分布。建立了多孔型石英复合材料热湿耦合传递高温脱水数值模型,为获得模型的关键参数水蒸气阻力系数,按照2016年ISO12572标准规定的杯法开展了实验测试;同时,设计并开展了多孔型石英复合材料高温加热实验,验证了数值模型的可靠性。依据建立的数值模型,探究了实际应用过程中,受热温度、材料初始含湿量、水蒸气阻力系数对多孔型石英复合材料热湿传递及透波性能的影响,并分析了不同工况下材料内部温度、体积含湿量及介电损耗随加热时间的变化规律。研究表明,较高的受热温度及较低的初始含湿量有利于多孔型石英复合材料中湿分的脱除,水蒸气阻力系数的增大会明显抑制气态水逃逸,材料在523 K受热下的脱水速度约为423 K下的3倍;303 K、90%相对湿度饱和吸湿工况脱水时间约为303 K、30%相对湿度工况的2倍;水蒸气阻力系数小于200时,对材料的高温脱水过程影响有限。因此,考虑到飞行器在实际存储过程中应采取隔湿外涂层处理减少其吸潮,并在低空飞行阶段充分加速提高气动加热的温度及时间以快速脱除湿分,减小高空飞行中湿分对无线电通信的影响。

摘要： 天然气管存量直接影响着管网运行安全,同时管存计算偏差会造成输差问题,给管输企业带来经济损失。针对现行的稳态管存计算方法在非稳定运行工况下计算误差较大的问题,基于有限容积法,建立了天然气管道瞬态流动仿真模型,并提出了动态管存计算方法。通过稳态管存与动态管存计算原理分析,动态管存计算方法在时间更新频率及空间步长划分上均具有显著优势;基于有限容积法,在交错网格下形成一套具有自主知识产权的天然气管道流动仿真算法,并通过与现场实测数据对比验证了该算法的准确性;通过分析在入口压力阶跃、周期性变化的情况下动态管存计算方法与传统稳态管存计算方法的差别,体现了该方法在管存计算实时性与精确度上的优势;根据分析结果,进行现行稳态管存适用性分析并提出改用动态管存计算方法以适应精细化管理要求的建议。

摘要： 本文结合集中参数法和有限容积法,对空调机环境实验室升温过程中的动态热负荷曲线和温度曲线进行了数值模拟和软件开发。在此基础上分析了动态热负荷曲线和温度曲线的变化趋势,并与实验结果对比,发现:升温过程的平均热负荷和温度变化总时间的计算误差较小,基本控制在15%以内;温度变化范围大,实验室内部结构复杂,会导致计算误差偏大。

摘要： 高效可靠的数值模拟技术对于深入理解干热岩储层的流动与换热过程、制订合理的开发方案至关重要.为了解决传统的高保真有限容积法在求解裂缝型储层复杂流动与换热问题时计算耗时的问题,基于嵌入式离散裂缝模型,提出了流动和换热一体化多尺度有限容积求解方法.其主要过程为:①通过雅克比光顺求得基岩和裂缝粗网格支撑区域上的压力与温度基函数,上述基函数不仅可以反映基岩细尺度区域的非均质性,还能够映射出裂缝分布的特征;②利用压力、温度基函数及预先定义的粗尺度限定算子构建瞬态粗网格离散系统;③采用两步迭代多尺度求解的策略,使得多尺度误差余量能够先后在粗、细尺度上耗散,进而达到所需要的求解精度.借助于2个裂缝型地热藏开采的算例,对所提出的多尺度有限容积法的计算精度和计算效率进行了评价.研究结果表明:①多尺度有限容积法的压力场和温度场求解精度会随着模拟时间的增长而略有降低,增加多尺度循环次数可以提高计算精度,但循环次数过多则会降低多尺度的加速效果;②多尺度循环次数介于50～100时,多尺度解与细尺度解间的二范数相对偏差为10-3～10-4.结论 认为,较之于传统的有限容积法,多尺度有限容积法在保证计算精度的同时,计算效率可以提高4～5倍.

摘要： 油罐气体空间的温度分布及其昼夜间变化对油品蒸发损耗有着重要影响,有必要研究罐内气体温度分布及其变化规律.根据传热学和地理气象学等理论,建立了气体空间二维稳态传热数学模型.采用有限容积法对数学模型进行离散处理,使用当量温度将复杂的第三类边界条件问题转化为第一类边界条件问题.针对实际案例进行数值计算,得到不同时间罐内气体温度分布,发现环境温度、油面温度和太阳辐射是影响气体空间温度分布的主要因素,太阳辐射的时变性对温度分布的影响最为明显.深化对静止储存或生产作业时罐内气体温度分布规律的研究,为进一步探究油品蒸发损耗机理奠定了基础.

摘要： 采用简易粒子成像测速仪(PIV)装置测量入口流速为14.3cm/s时圆柱绕流的速度场,运用有限容积法和直接积分法重构压力场.对比Fluent模拟速度场结果,分析简易PIV的速度场测量误差;对比Fluent模拟压力场结果,分析基于Fluent模拟速度场以及PIV实测速度场的不同算法重构压力场误差.结果 表明:在简易PIV系统中,摄像机采用适合的空间分辨率与时间分辨率能有效减小速度场测量误差.基于Fluent模拟速度场数据,当给定第一边界条件时,有限容积法的压力场重构误差小于直接积分法,均方根误差分别为1.73％,8.99％;基于PIV实测速度场,有限容积法的压力场重构误差大于直接积分法,均方根误差分别为26.58％,12.72％;降低速度场误差与获取准确的边界条件均能有效提高压力场重构精度.通过采用低成本的PIV装置,探究获取流体的瞬态压力场重构方法,降低了PIV中重构压力场的成本.

摘要： 针对高温作业专用服装最优化设计问题,通过分析服装材料的密度、热传导率及厚度等数据,运用了一维定常态热传导、一维非定常态热传导、偏微分方程及离散方程等理论,构建了一维定常态的有限容积模型、一维非定常态的有限容积模型等模型,综合运用了EXCEL、MATLAB、STATA等软件编程、绘图、计算求解,描述出热防护服的温度分布并解决了热防护服设计的最优厚度问题.

摘要： 空调列车室内空气的速度场、温度场是研究空调列车室内气流组织设计及空调列车室内舒适环境评价的基础.运用 k-ε 紊流模型对空调硬座列车室内气流组织,主要是速度场和温度场进行了数值模拟.将人体散热和太阳辐射作为能量方程的附加源项,采用有限容积法和交错网格将计算区域进行离散,用SIMPLE算法计算了空调硬座列车室内流动与传热问题,为空调列车室内气流组织优化设计及舒适性研究奠定了基础.%The velocity and temperature fields in the air conditioning compartment were the basis of studying the air distribution design and comfortable environment evaluation in air conditioning train. By k-ε turbulence model, the indoor air fluid flow and heat transfer problems were resolved by finite volume method in interlacing grid with SIMPLE algorithmic, and the 3-D distributions of the airflow field and temperature field in the chamber were numerically simulated. The effect of solar radiation and body heat was taken into account and these auxiliary heat flows were the source term of the energy equation. It gave a basis for the optimized design of air distribution and comfortable study in the air conditioning compartment.

摘要： 脉冲激光辐照靶材作用机理的研究在激光加工等领域具有重要的科学意义和应用潜力.为了直观体现脉冲制式强激光对靶材的破坏优势,考虑靶材本身、入射激光因素对激光辐照靶材的破坏作用的影响,利用有限容积法对激光辐照靶材的作用过程进行模拟,重点研究了脉冲激光与靶材相互作用的机理,建立了数学模型,得到了三种不同形式的脉冲激光辐照靶材的温度场及作用过程.实验结果表明,脉冲激光辐照靶材可分为升温、熔孔和熔孔深径比增加三个阶段,且重复频率脉冲激光对靶材的破坏效果大于间歇脉冲激光.

摘要： 本文介绍了一种基于有限容积法计算的10kV开关柜三维流体-温度场耦合分析方法.通过建立10kV高压开关柜三维模型、划分网格、计算发热功率、采用有限容积法计算出开关柜内各部件的温度以及柜内气流分布.对10kV KYN-28A高压开关柜进行三维流体-温度场分析,研究强迫风冷、自然对流状态时开关柜内温度场和气流场的分布规律,并提出一些降温改造措施.计算结果表明,相比自然对流状态强迫风冷能够取得良好的降温效果;强迫风冷状态时开关柜的温升与开关柜通风设计密切相关;针对计算所分析的开关柜,提出相应的通风结构优化设计建议.进行了相关的温升实验,温度的数值计算结果与实验结果相吻合。

摘要： 本文通过坐标变换的方法,将球坐标系下扩散型方程转化为类似直角坐标系下方程的形式,并在转化后的坐标中采用二阶中心差分有限容积法离散求解.考虑不同边界条件、有无源项、不同的计算区间范围等因素的影响,计算了六组算例.将本文方法计算所得的结果与由未进行坐标处理的扩散型方程采用二阶中心差分有限容积法计算所得的结果进行对比.计算结果表明本文所提出的方程坐标转化方法是有效可行的;且在相同的计算条件和离散格式下,本文提出新形式的扩散方程较未进行坐标变换的原始扩散型方程可得到更高精度的数值解。

摘要： 中空纤维膜组件的传热传质性能一直是研究的热点，组件被设计成壳侧-管侧换热器的形式，其中空气通过壳侧，充当干燥剂的溶剂流经管侧。由于壳侧中空纤维管数目庞大，壳侧流场的直接模拟很困难。本研究采用Voronoi模型对流场截面进行划分，在组件填充率一定、没有假设流场分布的情况下，对位置随机的5-7根管生成的"unitcell"用有限容积法进行离散，通过计算（fRe）从而揭示壳侧流场特性。

摘要： 微生物燃料电池对阳极溶液中可溶性有机物的氧化降解是通过附着在电极上的生物膜进行的。本文建立了微生物燃料电池阳极生物膜一维数学模型，采用有限容积法对控制方程进行离散，对组分方程和电势方程进行耦合求解，计算了微生物膜内的底物浓度分布、局部电势以及电子的生成速率，研究了生物膜的孔隙率、弯曲因子、液相主体浓度和电导率对产电性能的影响。计算结果表明孔隙的存在可以增加生物膜内部的电子生成速率；弯曲因子对生物膜的产电性能影响不大；底物主体浓度较低时，底物浓度是限制电子产生的主要因素，随着底物主体浓度的升高，电导率是限制微生物电子生成的主要因素，提高电导率可以改善生物膜上的电子产生速率。高电导率不仅降低了生物膜内电子传递的阻力，而且也间接的提高了靠近液相主体的生物膜区域的电子生成速率。

摘要： 本文基于顺序函数法（Sequential Function Specification Method,SFSM），通过求解二维非稳态导热反问题建立了预测钢坯加热过程中边界热流的热模型。利用有限容积法获得加热过程钢坯表面和中心温度分布。利用仿真试验验证本文所提出的模型，并讨论了测量误差对反演结果的影响。结果表明，本文方法可以准确预测钢坯上表面和侧面随时间变化的热流分布。当测量误差较大时，可利用残差原理确定SFSM中未来时间步的最优值ropt,以抑制反问题的不适定性，改善反演效果。

摘要： 本文发展了一种基于PISO 算法的非结构网格VOF 算法。该方法采用有限容积法离散动量方程，速度与压力的耦合采用PISO 算法求解，通过动量插值方法来消除不合理的压力场。采用基于非结构化网格的PLIC-VOF 算法实现两相流体界面重构，考虑了不同相间的表面张力。使用本文算法模拟了椭圆液体在自身表面张力作用下的变形过程，验证了该方法的可行性。

摘要： 采用非结构化网格有限容积法求解了不可压N-S 方程组，对流项采用GAMMA 格式，扩散项采用二阶中心差分格式离散，用SOAR算法处理压力与速度的耦合关系，得到了一种求解不可压N-S 方程的非结构网格耦合求解器。通过方腔顶盖驱动流、后台阶绕流以及方腔自然对流等几个典型的算例，考察了本文求解器的计算精度及收敛特性，并与SIMPLE算法进行了比较，结果表明该求解器是有效可行的。

摘要： 本文针对能源与动力工程领域广泛存在的多尺度现象,介绍了多尺度模拟的理论与应用.首先介绍了单一尺度数值方法在模拟多尺度问题时的不足,进而划分了多尺度系统和多尺度过程两类多尺度问题,总结了相应的多尺度数值方法.对过程多尺度问题提出"分区建模、界面耦合"的新方法,指出了不同数值方法间的信息传递是耦合模拟的关键.接着,介绍了多尺度耦合模拟的计算框架,以及状态耦合、通量耦合两类信息传递技术;并通过4个具体的实例,展示了多尺度数值方法在能源与动力工程领域的应用.最后,展望了多尺度模拟的发展前景,给出了进一步的研究方向.

摘要： 本文针对能源与动力工程领域广泛存在的多尺度现象,介绍了多尺度模拟的理论与应用.首先介绍了单一尺度数值方法在模拟多尺度问题时的不足,进而划分了多尺度系统和多尺度过程两类多尺度问题,总结了相应的多尺度数值方法.对过程多尺度问题提出"分区建模、界面耦合"的新方法,指出了不同数值方法间的信息传递是耦合模拟的关键.接着,介绍了多尺度耦合模拟的计算框架,以及状态耦合、通量耦合两类信息传递技术;并通过4个具体的实例,展示了多尺度数值方法在能源与动力工程领域的应用.最后,展望了多尺度模拟的发展前景,给出了进一步的研究方向.

摘要： 本文针对能源与动力工程领域广泛存在的多尺度现象,介绍了多尺度模拟的理论与应用.首先介绍了单一尺度数值方法在模拟多尺度问题时的不足,进而划分了多尺度系统和多尺度过程两类多尺度问题,总结了相应的多尺度数值方法.对过程多尺度问题提出"分区建模、界面耦合"的新方法,指出了不同数值方法间的信息传递是耦合模拟的关键.接着,介绍了多尺度耦合模拟的计算框架,以及状态耦合、通量耦合两类信息传递技术;并通过4个具体的实例,展示了多尺度数值方法在能源与动力工程领域的应用.最后,展望了多尺度模拟的发展前景,给出了进一步的研究方向.

摘要： 本发明公开了一种模拟地下水流运动的有限体积Yeh多尺度有限元法，包括：确定粗、细单元的尺度；将研究区剖分为粗单元；将每一粗单元剖分为细单元；以粗网格上的每一未知节点为中心，连接与该节点相关粗单元的中心，将研究区剖分为互不重叠的体积元；在每一粗单元上构造基函数，构造x和y方向速度矩阵；在每一体积元上将水流方程积分，应用散度定理进行变换，通过速度矩阵将达西速度项应用水头的粗尺度解线性表示，获得该体积元粗尺度水头解的方程，结合差分格式，相加水头的总方程；采用有效的计算方法求解总方程，同时通过速度矩阵获得达西速度值。与多种经典方法相比，本发明的有限体积Yeh多尺度有限元法具有更高的计算效率。

摘要： 一种基于有限差分法与有限体积法耦合的多维水力系统瞬变模拟方法，属于管网系统水力瞬变数值模拟领域。本发明利用一维有压管道非恒定流控制方程方程，一维明渠浅水方程，二维明渠浅水方程，三维流动方程，并基于有限差分法与有限体积法耦合的思想，采用相同的耦合方法，将一维有压管道非恒定有限差分法，分别与一维有压管道非恒定流有限体积法，一维明渠非恒定流有限体积法，二维明渠非恒定流有限体积法，三维复杂流动有限体积法耦合。该耦合模型一方面利用了一维有限差分法在复杂水力系统模拟方面的计算速度快，边界条件处理简单的优势，另一方面利用了多维有限体积法在复杂流动计算时精度高的特点，实现了效率与精度优化组合。

摘要： 本发明公开了一种模拟地下水流运动的有限体积Yeh多尺度有限元法，包括：确定粗、细单元的尺度；将研究区剖分为粗单元；将每一粗单元剖分为细单元；以粗网格上的每一未知节点为中心，连接与该节点相关粗单元的中心，将研究区剖分为互不重叠的体积元；在每一粗单元上构造基函数，构造x和y方向速度矩阵；在每一体积元上将水流方程积分，应用散度定理进行变换，通过速度矩阵将达西速度项应用水头的粗尺度解线性表示，获得该体积元粗尺度水头解的方程，结合差分格式，相加水头的总方程；采用有效的计算方法求解总方程，同时通过速度矩阵获得达西速度值。与多种经典方法相比，本发明的有限体积Yeh多尺度有限元法具有更高的计算效率。

摘要： 一种基于有限差分法与有限体积法耦合的多维水力系统瞬变模拟方法，属于管网系统水力瞬变数值模拟领域。本发明利用一维有压管道非恒定流控制方程方程，一维明渠浅水方程，二维明渠浅水方程，三维流动方程，并基于有限差分法与有限体积法耦合的思想，采用相同的耦合方法，将一维有压管道非恒定有限差分法，分别与一维有压管道非恒定流有限体积法，一维明渠非恒定流有限体积法，二维明渠非恒定流有限体积法，三维复杂流动有限体积法耦合。该耦合模型一方面利用了一维有限差分法在复杂水力系统模拟方面的计算速度快，边界条件处理简单的优势，另一方面利用了多维有限体积法在复杂流动计算时精度高的特点，实现了效率与精度优化组合。

摘要： 本发明涉及有限容积工质全运行段高负荷率的透平系统及运行方法。本发明的透平系统，包括主轴，转轴上分别安装有高压缸、中压缸；所述高压缸的进汽端连接有第一管路，第一管路上安装有第一加热器；所述高压缸的排汽端与中压缸的进汽端之间连接有第二管路，第二管路上安装有第二加热器；所述第一管路上连接有调节阀，高压缸设置调节级；所述第一管路与中压缸的进汽端之间连接有调节旁路，调节旁路上连接有旁路阀；所述高压缸的排汽端与中压缸的排汽端之间连接有用于切换第二管路的切换管路，切换管路上连接有切换阀。本发明提供了一种满足发电时间段内全时间段都处于高负荷率运行的有限容积工质透平系统及运行方法。

摘要： 一种用于化学品容器的紧凑阀体，其中该同轴阀体具有可适应于三个阀控制机构的壳体，因此允许无需额外的外导管、阀和同轴注射器而实现快速、高效的吹扫。其优点在于极大减少阀体内的润湿表面积的量，使得吹扫系统所花费的时间显著减少，从而允许更快地更换化学品容器。

摘要： 一种进行应力计算的方法，适用于建模油藏中的一组应力和位移，包括：(a)通过将所关心的区域网格化建立所关心区域上的油藏模型，该网格包括一个或多个单元并具有节点，每一单元具有单元中心；(b)内插所关心区域中从单元中心到网格节点的未知岩石位移；(c)在每一单元上积分以形成方程的离散系统；和(d)使用该方程的离散系统来建模该油藏中的应力和位移。

摘要： 本发明涉及地下洞室围岩块体稳定分析领域，具体涉及一种融合刚体极限平衡法和有限元法的地下洞室块体稳定分析方法，极大地提高了对地下洞室块体稳定分析的准确性。技术方案包括：建立块体三维几何模型，采用刚体极限平衡法计算块体的安全系数，获得第一安全系数；建立块体三维有限元模型，在块体三维有限元模型上，考虑块体滑面的黏聚力和摩擦系数，以及重力、预应力合支护力、非预应力合支护力、地下水以及地震力，对各滑面上的单元节点的应力，再根据刚体极限平衡法计算块体安全系数，获得第二安全系数；比较第一安全系数与第二安全系数的大小，取较小值作为块体稳定安全系数。本发明适用于对地下洞室围岩块体的稳定性分析。

摘要： 一种利用移动粒子有限容积法研究高瑞利数熔融池换热特性的方法，主要步骤如下：1、针对具体问题进行粒子建模，设定粒子初始布置；2、根据各粒子位置划分网格；3、在时间步长Δt之后，使用有限容积法求解能量方程；4、粒子法处理显式计算动量方程中的粘性项和源项，估算粒子速度及位置；5、计算粒子数密度，求解压力Poisson方程；6、计算速度的修正值，并计算各粒子在下一时层的速度及位置；7、输出计算结果，并根据求解的具体问题输出壁面热流密度和熔融池内物质的相态。本方法具有粒子法精确捕捉自由液面及模拟相变问题的优点，又具有较高的计算精度，能够通过此方法来研究高瑞利数熔融池换热特性，为核电厂反应堆严重事故安全特性研究提供重要依据。

摘要： 一种利用移动粒子有限容积法研究高瑞利数熔融池换热特性的方法，主要步骤如下：1、针对具体问题进行粒子建模，设定粒子初始布置；2、根据各粒子位置划分网格；3、在时间步长Δt之后，使用有限容积法求解能量方程；4、粒子法处理显式计算动量方程中的粘性项和源项，估算粒子速度及位置；5、计算粒子数密度，求解压力Poisson方程；6、计算速度的修正值，并计算各粒子在下一时层的速度及位置；7、输出计算结果，并根据求解的具体问题输出壁面热流密度和熔融池内物质的相态。本方法具有粒子法精确捕捉自由液面及模拟相变问题的优点，又具有较高的计算精度，能够通过此方法来研究高瑞利数熔融池换热特性，为核电厂反应堆严重事故安全特性研究提供重要依据。