CFD方法

摘要： 本文基于计算流体动力学(CFD)方法,将气囊—导管架作为整体结构系统,建立数字水池及气囊—导管架系统模型,计算不同拖带速度下的拖航阻力。将计算结果与基于海上钻井装置的拖航阻力估算结果进行对比,得到了两种方法计算的拖航阻力,以及不同拖航速度下的气囊—导管架结构周围的涡量分布。研究发现,由于气囊—导管架系统为杆状结构组合体,外伸导管架引起非线性拖航阻力,此外气囊组合体构成的非光滑船型曲面,也引起拖航阻力增加,在水下湿表面积相等的情况下,气囊—导管架系统拖航阻力远大于船型结构拖航阻力。研究结果表明:基于CFD方法计算气囊—导管架系统的拖航阻力是一种有效方法,建立的分析模型可以很好地模拟气囊—导管架系统的水阻力特性。

摘要： 为了有效控制半潜浮式风机垂荡运动,本文研究了浮式风机的阻尼结构,可提升浮体垂荡运动阻尼性能。以10 MW浮式风机为例,通过计算流体力学(CFD)的方法,计算分析不同型式阻尼结构的阻尼性能,探讨阻尼结构不同方案对于浮式风机基础阻尼性能的影响,通过涡量图分析阻尼特性的变化规律。计算结果表明:增加边锋、U型及倒U型结构、开孔等方案都能在一定程度上提升阻尼性能,阻尼结构的顶板外伸可以有效增大垂荡阻尼,阻尼增大的机理是阻尼结构边缘漩涡的泄放,阻尼结构边缘漩涡越多,则阻尼结构的提供的阻尼越大。本文对于阻尼结构研究的结论可以应用设计开发阻尼结构,减小海上浮式风机的运动响应。

摘要： 滑行艇高速航行时,流体不平衡动压力分布会引起明显的升沉和纵倾变化,航行姿态的变化同时也影响着滑行艇的阻力。本文基于Morabito压力分布公式,提出了一种新的数学模型用于计算滑行艇在静水中的航行姿态与阻力;通过与试验结果的比较,验证了该方法的可靠性;并基于该方法研究了航速、底部斜升角与纵倾角参数对滑行艇中心线纵向压力分布的影响;同时采用Savitsky方法与CFD方法计算比较了滑行艇在不同航速下的航行姿态、阻力、升力与方尾后尾流分布。结果表明,本方法计算结果与试验结果和CFD方法模拟结果吻合良好,相比于Savitsky方法具有较高的准确性。

摘要： 随着运输船舶的大型化,船舶操纵性越来越受到重视,而槽道侧推器发出的推力既可为船舶转向提供侧向力又可在动力定位系统中保持船舶稳定,提高了船舶的操纵性和稳定性。加之无轴推进技术的发展,将无轴推进器应用于槽道侧推,使用CFD软件对无轴侧推进行数值模拟,得到了一套适用于槽道侧推水动力计算的CFD方法,并将计算结果与试验数据对比,验证了其方法的可靠性。对船身推力产生原因和各部分推力大小进行研究,船身推力主要是因为螺旋桨抽吸作用在槽道进出口附近形成压力差而产生和螺旋桨推力同方向的轴向力。通过系列半径槽道进出口圆弧水动力计算,得到了进口不分离最小圆弧半径。

摘要： 为了在不同环境条件下对建筑能耗进行较为准确的预测,文中提出一种基于计算流体动力学(CFD)仿真和支持向量机(SVM)算法的建筑能耗预测系统。首先利用CFD方法建立三维建筑模型并进行仿真,获得若干输入输出样本;然后将得到的样本按3∶1的比例分为训练集和测试集,利用SVM算法对训练集样本进行学习训练,获得一个能耗预测模型;最后将测试集样本放入该模型中,对模型的准确性进行验证。结果表明:SVM能耗预测模型的结果与仿真结果相比,误差百分比在[-1.133%,1.132%];经过实际建筑模型测试,实物测试能耗值与预测能耗值误差百分比在[-6.211%,8.118%]。当环境条件改变时实物测试能耗值和预测能耗值变化趋势一致。与现有一些预测模型相比,文中预测模型使用的SVM算法不需要太多的训练样本,且结合CFD仿真方法,能够使建筑能耗预测结果具有较高的准确性。

摘要： 栅元型格架是一种应用于环形燃料的新型定位格架,对环形燃料外部子通道的流动传热特性具有重要影响。本文针对直通型和外扩型两种栅元格架建立13×13环形燃料多跨格架计算流体力学(CFD)计算模型,通过计算速度场分布均匀性、搅混特性、阻力特性及努塞尔数(Nu)分布,对比分析了两种格架的流动传热特性。结果表明,外扩型格架能提高子通道流场参数分布的均匀性,同时具有更优异的搅混性能。

摘要： 三体船的水动力性能是目前水动力学研究的热门。对于中高速三体船来说,其静水阻力的很大一部分由兴波阻力构成,而对于兴波最大的影响因素就是片体位置的布局。以一艘圆舭型三体船为研究对象,运用黏流计算流体力学(CFD)方法模拟分析4种不同片体位置对三体船静水阻力和兴波干扰的影响。数值计算采用自主研发的黏流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU。数值预报得到三体船静水阻力结果与模型试验结果吻合较好,验证了当前CFD方法预报三体船阻力的可靠性。通过不同片体位置三体船阻力计算发现,方案4的船型方案阻力最优,且通过细节的主片体间兴波干扰流场的结果给出了不同片体布置方案对三体船阻力和兴波的影响。

摘要： 为了对倾转旋翼机全机干扰规律及机理进行研究,对某倾转旋翼机的孤立机身流场特性、悬停及巡航状态下全机干扰流场特性进行模拟分析.首先,分别生成围绕机身和旋翼桨叶的贴体网格,然后通过网格搭接得到全机干扰流场计算网格;基于滑移网格方法,建立一套适用于倾转旋翼机全机气动干扰特性分析的数值方法,并以有试验结果对比的ROBIN机身进行了算例验证;采用建立的数值模拟方法对倾转旋翼机的孤立机身流场、悬停及巡航状态下全机干扰流场进行细致的模拟,重点分析了旋翼/机身间的气动干扰特性.研究发现,悬停时,倾转旋翼机会出现特有的"喷泉效应"现象,并导致机翼出现周期性下洗载荷,下洗载荷平均值约为旋翼总拉力的12.19％.巡航时,旋翼桨尖涡会向后脱落与机翼相互作用,导致倾转旋翼机机身阻力出现周期性变化,同时机身阻力平均值也有所增加.

摘要： 以不同容积拱顶储罐为研究对象,分别基于CFD方法和TNT当量法建立储罐内爆模型,研究二者在不同爆心距、不同容积下的结构破坏规律.研究结果表明:使用CFD方法时,可燃气云爆炸压力随着爆心距的增大而增大,使用TNT当量法时爆炸压力变化规律则相反;采用CFD方法得到的储罐破坏时间差别不大,不同工况下最大时长与最小时长相差25％,采用TNT当量法时这一数据超过72％;在密闭空间下爆源距罐壁1m时,CFD方法模拟的爆炸强度相对较低,此时TNT当量法模拟爆炸超压峰值是CFD方法的6.3倍,而当结构与爆源相距较远时,两种方法模拟出的结构破坏规律趋于一致.

摘要： 采用计算流体力学方法对溢洪道的水流进行数值模拟.计算四种不同流速下溢洪道的流速、压力和深度等流量特性.由于实际流动是湍流,因此采用RNG湍流模型进行模拟.将溢洪道测压管压力和流速的数值计算结果与水工模型试验结果进行比较.平均速度值的计算结果与实验结果之间的最大差异为5.47％,测压压力值的最大差异为7.97％.数值结果与实验符合良好.

摘要： 恶劣海况下,船舶航行过程中容易遭遇上浪砰击事件,巨大的瞬时砰击载荷可能导致船艏结构破坏,严重威胁船舶的航行安全.因此,准确预报上浪砰击载荷成为船舶结构优化设计的关键技术之一.本研究拟开发一种可准确预报上浪砰击载荷的直角网格CFD方法.该方法中,基于直角笛卡尔坐标系统,利用有限差分法进行Navier-Stokes方程的空间离散;基于分步法将求解过程划分三个阶段,从而实现速度压力解耦计算,其中对流项求解采用具备三阶精度的紧致型CIP方法(约束插值方法),可有效抑制数值耗散;通过引入THINC/SW算法,有效模拟波浪传播、爬升、翻卷、破碎等自由面剧烈运动;基于重叠网格思想及浸入边界法原理开发物体边界处理算法,准确模拟船舶大幅运动.为验证本文算法,同模型试验结果进行对比分析,结果表明:开发的直角网格CFD方法在预报甲板上浪砰击载荷方面具有较好的精度,可为船舶结构设计提供算法基础.

摘要： 恶劣海况下,船舶航行过程中容易遭遇上浪砰击事件,巨大的瞬时砰击载荷可能导致船艏结构破坏,严重威胁船舶的航行安全.因此,准确预报上浪砰击载荷成为船舶结构优化设计的关键技术之一.本研究拟开发一种可准确预报上浪砰击载荷的直角网格CFD方法.该方法中,基于直角笛卡尔坐标系统,利用有限差分法进行Navier-Stokes方程的空间离散;基于分步法将求解过程划分三个阶段,从而实现速度压力解耦计算,其中对流项求解采用具备三阶精度的紧致型CIP方法(约束插值方法),可有效抑制数值耗散;通过引入THINC/SW算法,有效模拟波浪传播、爬升、翻卷、破碎等自由面剧烈运动;基于重叠网格思想及浸入边界法原理开发物体边界处理算法,准确模拟船舶大幅运动.为验证本文算法,同模型试验结果进行对比分析,结果表明:开发的直角网格CFD方法在预报甲板上浪砰击载荷方面具有较好的精度,可为船舶结构设计提供算法基础.

摘要： 恶劣海况下,船舶航行过程中容易遭遇上浪砰击事件,巨大的瞬时砰击载荷可能导致船艏结构破坏,严重威胁船舶的航行安全.因此,准确预报上浪砰击载荷成为船舶结构优化设计的关键技术之一.本研究拟开发一种可准确预报上浪砰击载荷的直角网格CFD方法.该方法中,基于直角笛卡尔坐标系统,利用有限差分法进行Navier-Stokes方程的空间离散;基于分步法将求解过程划分三个阶段,从而实现速度压力解耦计算,其中对流项求解采用具备三阶精度的紧致型CIP方法(约束插值方法),可有效抑制数值耗散;通过引入THINC/SW算法,有效模拟波浪传播、爬升、翻卷、破碎等自由面剧烈运动;基于重叠网格思想及浸入边界法原理开发物体边界处理算法,准确模拟船舶大幅运动.为验证本文算法,同模型试验结果进行对比分析,结果表明:开发的直角网格CFD方法在预报甲板上浪砰击载荷方面具有较好的精度,可为船舶结构设计提供算法基础.

摘要： 恶劣海况下,船舶航行过程中容易遭遇上浪砰击事件,巨大的瞬时砰击载荷可能导致船艏结构破坏,严重威胁船舶的航行安全.因此,准确预报上浪砰击载荷成为船舶结构优化设计的关键技术之一.本研究拟开发一种可准确预报上浪砰击载荷的直角网格CFD方法.该方法中,基于直角笛卡尔坐标系统,利用有限差分法进行Navier-Stokes方程的空间离散;基于分步法将求解过程划分三个阶段,从而实现速度压力解耦计算,其中对流项求解采用具备三阶精度的紧致型CIP方法(约束插值方法),可有效抑制数值耗散;通过引入THINC/SW算法,有效模拟波浪传播、爬升、翻卷、破碎等自由面剧烈运动;基于重叠网格思想及浸入边界法原理开发物体边界处理算法,准确模拟船舶大幅运动.为验证本文算法,同模型试验结果进行对比分析,结果表明:开发的直角网格CFD方法在预报甲板上浪砰击载荷方面具有较好的精度,可为船舶结构设计提供算法基础.

摘要： 应用基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器—naoe-FOAM-SJTU,对一座浅水工况下带锚泊系统的浮式平台在规则波作用下的运动性能以及相应地形下波浪演化特性进行了数值模拟.首先对于该地形下不同周期的波浪进行了空场造波演化研究,发现所有波浪除了达到计算要求的工况外,都发生了不同程度的演化现象,呈现出明显的高阶特性.其次对于平台在规则波中运动性能进行了计算,RAO的计算结果与实验结果吻合良好,同时计算中还发现了运动的多种频率特性,并对运动曲线进行频谱分析,进一步探索各频率对应的分量.同时计算中还给出了次生波浪及爬高的强非线性现象,从而进一步阐释了近岛礁平台的非线性性能原因.

摘要： 应用基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器—naoe-FOAM-SJTU,对一座浅水工况下带锚泊系统的浮式平台在规则波作用下的运动性能以及相应地形下波浪演化特性进行了数值模拟.首先对于该地形下不同周期的波浪进行了空场造波演化研究,发现所有波浪除了达到计算要求的工况外,都发生了不同程度的演化现象,呈现出明显的高阶特性.其次对于平台在规则波中运动性能进行了计算,RAO的计算结果与实验结果吻合良好,同时计算中还发现了运动的多种频率特性,并对运动曲线进行频谱分析,进一步探索各频率对应的分量.同时计算中还给出了次生波浪及爬高的强非线性现象,从而进一步阐释了近岛礁平台的非线性性能原因.

摘要： 应用基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器—naoe-FOAM-SJTU,对一座浅水工况下带锚泊系统的浮式平台在规则波作用下的运动性能以及相应地形下波浪演化特性进行了数值模拟.首先对于该地形下不同周期的波浪进行了空场造波演化研究,发现所有波浪除了达到计算要求的工况外,都发生了不同程度的演化现象,呈现出明显的高阶特性.其次对于平台在规则波中运动性能进行了计算,RAO的计算结果与实验结果吻合良好,同时计算中还发现了运动的多种频率特性,并对运动曲线进行频谱分析,进一步探索各频率对应的分量.同时计算中还给出了次生波浪及爬高的强非线性现象,从而进一步阐释了近岛礁平台的非线性性能原因.

摘要： 应用基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器—naoe-FOAM-SJTU,对一座浅水工况下带锚泊系统的浮式平台在规则波作用下的运动性能以及相应地形下波浪演化特性进行了数值模拟.首先对于该地形下不同周期的波浪进行了空场造波演化研究,发现所有波浪除了达到计算要求的工况外,都发生了不同程度的演化现象,呈现出明显的高阶特性.其次对于平台在规则波中运动性能进行了计算,RAO的计算结果与实验结果吻合良好,同时计算中还发现了运动的多种频率特性,并对运动曲线进行频谱分析,进一步探索各频率对应的分量.同时计算中还给出了次生波浪及爬高的强非线性现象,从而进一步阐释了近岛礁平台的非线性性能原因.

摘要： 应用基于开源平台OpenFOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器—naoe-FOAM-SJTU,对一座浅水工况下带锚泊系统的浮式平台在规则波作用下的运动性能以及相应地形下波浪演化特性进行了数值模拟.首先对于该地形下不同周期的波浪进行了空场造波演化研究,发现所有波浪除了达到计算要求的工况外,都发生了不同程度的演化现象,呈现出明显的高阶特性.其次对于平台在规则波中运动性能进行了计算,RAO的计算结果与实验结果吻合良好,同时计算中还发现了运动的多种频率特性,并对运动曲线进行频谱分析,进一步探索各频率对应的分量.同时计算中还给出了次生波浪及爬高的强非线性现象,从而进一步阐释了近岛礁平台的非线性性能原因.

摘要： 在普通电机中有一种典型的通风结构,即两边进风的径向通风结构.冷风进入电机经风扇鼓风后,一路进入气隙后即向定子径向风沟流动,另一路进入转子轴向风道,经转子径向风沟流向定子.本文运用CFD方法对电机内部的流场进行数值模拟,详细研究了电机冷却风扇、定转子内部流场结构特征,做出风扇的流量——静压特性曲线,计算出定转子结构风阻值,比较了有、无风扇结构电机的内风路流量,并与试验结果进行了对比验证.本文进行数值模拟的基本控制方程为考虑了旋转效应的三维不可压缩雷诺时均Navier-Stokes(RNS)方程.本文使用Fluent商用软件进行求解.风扇附近流体区域采用多参考坐标系(MRF)技术.通过对比数值模拟结果与试验结果表明,仿真结果较为合理,具有参考价值.该方法今后可用于指导风扇及风路设计,以改进电机内部的通风结构,提高冷却效率.

摘要： 本发明实施例提供了一种用于CFD仿真计算的异构集群系统及CFD计算方法，其中所述用于CFD仿真计算的异构集群系统包括：中央处理器(CPU)和硬件加速器，其中：所述CPU，用于将接收到的CFD任务划分为任务块，根据所述CFD任务的属性、CFD边界条件以及所述硬件加速器的性能参数确定计算所述任务块的硬件加速器，并将所述任务块发送给所述硬件加速器；所述硬件加速器，用于接收并计算所述CPU发送的任务块，并将计算结果发送给所述CPU。通过构建集成CPU、GPU和FPGA的异构集群系统，根据CFD任务的属性智能化的调配计算资源，解决了目前CFD仿真的运算瓶颈问题，提高了CFD应用的运行效率。

摘要： 本发明公开了一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，首先建立了具有高调阀、导管、喷嘴进汽室、全尺寸三维整圈调节级喷嘴及动叶的实体仿真模型。求解三维粘性可压缩非定常控制方程组及湍流模型方程组，获取已知边界条件下的流体研究区域的性能参数。基于流体域计算模型，针对每个高调阀开展了阀门流量特性曲线及设计阀序下的各阀点实际通流能力的校核分析。在所优选的阀门流量重叠度基础上生成了汽轮机阀门配汽管理函数。本发明可以准确计算不同开度工况下高调阀流量特性规律，评估获取不同阀点工况下的机组通流能力，有效校核给定重叠度条件下的阀门升呈与总流量总体线性度，对改善火电机组调节品质及安全经济运行具有重要意义。

摘要： 本发明提供一种基于CFD方法的弹性气动数据精确获取方法，方法包括：1、建立飞行器的风洞模型和真实模型；2、针对风洞模型和真实模型开展气动弹性性能评估，当判定基于风洞模型和真实模型的弹性气动数据均需要修正时，则进入步骤3；3、进行第一次弹性修正：利用风洞试验测量得到风洞模型的气动力系数；采用CFD方法计算风洞模型变形前后的气动力系数变化量；将风洞变形数据与气动力系数变化量相减，得到第一气动数据；4、进行第二次弹性修正：采用CFD方法计算真实模型变形前后的气动力系数变化量，并与第一气动数据叠加即得。本发明建立了两步走的弹性气动数据精确修正方法，得到的飞行弹性气动数据的精度得以大幅度提升。

摘要： 本发明公开了一种基于格子Boltzmann方法的并行CFD方法。该方法能针对各种复杂的物体并行地进行流体力学的计算与分析，其特点在于引入了适合于格子Boltzmann方法的并行分布式网格剖分方法，使得网格剖分时间大大缩短，同时根据的分布式计算机体系结构，构建了减少格子Boltzmann方法在并行迭代计算中的通信量算法，加速了迭代的速度，提高了算法的可扩展性，使得格子Boltzmann方法适用于大规模计算。大量的数值实验证明了该并行计算方法具有良好的可扩展性，并且更加适合于超大规模的计算系统。

摘要： 本发明实施例提供了一种用于CFD仿真计算的异构集群系统及CFD计算方法，其中所述用于CFD仿真计算的异构集群系统包括：中央处理器(CPU)和硬件加速器，其中：所述CPU，用于将接收到的CFD任务划分为任务块，根据所述CFD任务的属性、CFD边界条件以及所述硬件加速器的性能参数确定计算所述任务块的硬件加速器，并将所述任务块发送给所述硬件加速器；所述硬件加速器，用于接收并计算所述CPU发送的任务块，并将计算结果发送给所述CPU。通过构建集成CPU、GPU和FPGA的异构集群系统，根据CFD任务的属性智能化的调配计算资源，解决了目前CFD仿真的运算瓶颈问题，提高了CFD应用的运行效率。

摘要： 本发明提供了一种基于多可信度深度神经网络的CFD模型确认方法及其应用，利用多可信度深度神经网络对关键参数不确定性进行量化从而降低计算量。本发明利用多可信度深度神经网络对关键参数不确定性进行量化从而降低计算量，基于距离法的模型度量方法对CFD结果进行多工况下的度量，可快速评估不确定性对CFD输出的影响，从而实现快速的模型确认，突破目前CFD不确定性量化计算量大的技术瓶颈。本发明建立了一种基于优质小样本的参数校核策略，快速有效地修正CFD模型中具有认知不确定性的参数，能够快速有效地修正具有认知不确定性的关键参数，从而构建高保真度的CFD仿真模型。

摘要： 本发明提供了一种基于CFD方法的细胞分离旋流器数值模拟方法，其包括如下步骤：构建旋流器模型；对旋流器模型进行网格划分；对网格划分后的旋流器模型进行边界条件以及离散相颗粒设定；对设定边界条件以及离散相颗粒的旋流器模型进行求解以及后处理。本发明解决了目前对细胞在旋流器的分离过程研究方法对于设备条件要求较高，需要花费大量资金和精力的问题，对于研究分析细胞在旋流器内的分离过程以及分离效率有很好的参考意义。

摘要： 一种CFD‑ASM耦合模拟模型、其建立方法及污水处理系统优化方法，改CFD‑ASM耦合模拟模型的建立方法包括建立待优化污水生物处理系统的三维几何模型，确定计算域；将根据计算域将建立的三维几何模型网格化处理，得到第一模型；设置第一模型的边界条件且满足收敛标准残差后得到第二模型；利用第二模型进行流态数值模拟且流态数值模拟结果满足流态要求后得到第三模型；将第三模型进行生物反应动力学优化，满足出水水质排放标准，形成所述的CFD‑ASM耦合模拟模型。本发明能预测工艺处理效能；根据模拟平台，可以计算出一定水质和计算条件下出水水质情况，包括进出水、去除率等，这对于选择工艺类型和设计工艺参数具有很强的指导意义。

摘要： 本发明公开了一种基于CFD方法的汽轮机阀门配汽管理函数生成方法，首先建立了具有高调阀、导管、喷嘴进汽室、全尺寸三维整圈调节级喷嘴及动叶的实体仿真模型。求解三维粘性可压缩非定常控制方程组及湍流模型方程组，获取已知边界条件下的流体研究区域的性能参数。基于流体域计算模型，针对每个高调阀开展了阀门流量特性曲线及设计阀序下的各阀点实际通流能力的校核分析。在所优选的阀门流量重叠度基础上生成了汽轮机阀门配汽管理函数。本发明可以准确计算不同开度工况下高调阀流量特性规律，评估获取不同阀点工况下的机组通流能力，有效校核给定重叠度条件下的阀门升呈与总流量总体线性度，对改善火电机组调节品质及安全经济运行具有重要意义。

摘要： 本发明提供一种基于CFD方法的弹性气动数据精确获取方法，方法包括：1、建立飞行器的风洞模型和真实模型；2、针对风洞模型和真实模型开展气动弹性性能评估，当判定基于风洞模型和真实模型的弹性气动数据均需要修正时，则进入步骤3；3、进行第一次弹性修正：利用风洞试验测量得到风洞模型的气动力系数；采用CFD方法计算风洞模型变形前后的气动力系数变化量；将风洞变形数据与气动力系数变化量相减，得到第一气动数据；4、进行第二次弹性修正：采用CFD方法计算真实模型变形前后的气动力系数变化量，并与第一气动数据叠加即得。本发明建立了两步走的弹性气动数据精确修正方法，得到的飞行弹性气动数据的精度得以大幅度提升。