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农业工程领域耦合仿真技术应用现状与展望
1
作者 张青松 郑中原 +3 位作者 廖庆喜 于良航 廖宜涛 万星宇 《农业机械学报》 北大核心 2025年第7期20-37,149,共19页
耦合仿真技术作为一种先进的数值仿真方法,能将多个独立的物理场或物理现象的仿真模型结合,实现不同领域或不同物理学模型的数值仿真方法相互结合,彼此交换信息并相互影响,在农业工程领域展现出广阔的应用前景,为现代农业装备的数字化... 耦合仿真技术作为一种先进的数值仿真方法,能将多个独立的物理场或物理现象的仿真模型结合,实现不同领域或不同物理学模型的数值仿真方法相互结合,彼此交换信息并相互影响,在农业工程领域展现出广阔的应用前景,为现代农业装备的数字化与智能化设计提供了新途径。为了系统总结耦合仿真技术在农业工程领域的应用现状和分析该技术的未来发展趋势,概述了耦合仿真技术的基本原理、仿真流程与类型以及相关数值模拟技术与软件,梳理了离散元-结构有限元耦合、离散元-计算流体力学耦合、离散元-多体动力学耦合、连续介质流固耦合以及刚柔耦合在农业工程领域的应用实例。同时,结合耦合仿真技术的应用现状,分析了目前该技术在模型构建与精确性、算法与计算资源、数据集成与处理、仿真软件设计和标准化等方面存在的问题,提出了耦合仿真技术应用发展趋势:多尺度建模与智能验证体系、高性能算法与算力、数据治理与交互模式智能化、标准化建设以及智能融合与场景扩展等,为耦合仿真技术在农业工程领域进一步应用发展提供参考。 展开更多
关键词 耦合仿真 离散元 结构有限元 计算流体力学 计算固体力学 多体动力学
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页岩弹性参数测量方法及影响因素综述 被引量：1
2
作者 杨晓斌 陈君青 +6 位作者 张潇 王玉莹 火勋港 姜福杰 庞宏 施砍园 冉钧 《石油与天然气地质》 北大核心 2025年第2期630-653,共24页
页岩油气作为非常规油气资源的一种重要类型,蕴藏着巨大的勘探潜力。可压性对页岩油气勘探开发具有至关重要的影响,弹性参数是衡量页岩可压性的核心参数。综述了国内外页岩弹性参数研究取得的进展,分析了面临的诸多问题和挑战。研究表明... 页岩油气作为非常规油气资源的一种重要类型,蕴藏着巨大的勘探潜力。可压性对页岩油气勘探开发具有至关重要的影响,弹性参数是衡量页岩可压性的核心参数。综述了国内外页岩弹性参数研究取得的进展,分析了面临的诸多问题和挑战。研究表明:①弹性参数的测量方法多样,有压缩法、超声波测量法、纳米压痕法和声波测井法等实验测量法,及数字岩心计算法、等效介质理论法和分子动力学模拟法等理论计算法。每种方法都有各自的优缺点和使用条件,需要根据实际情况来优选。②实验测量法精度较高,但受采样率和实验条件的影响。声波测井法求取的弹性参数是连续动态的,可以反映瞬时加载下的力学性质,但与真实地层长时间静载荷有一定的差别。物理模型理论计算法虽然模型具有明确的物理意义,但需要输入参数较多,方程复杂,实用性较差,且对非主要因素有过多的忽略或假定。分子动力学模拟虽然能够简单、方便地模拟多种矿物组成复合材料的弹性参数,但与实际的地质模型仍有差别,由于实际地下环境复杂多变、难以模拟,模拟结果与实际值有一定的区别。③页岩弹性参数主要受到矿物组分、天然裂缝、围压、孔隙结构、成岩作用和温度等因素的影响,但有机质特征、赋存流体性质、试样尺寸、层理和地应力差异等也都会产生不同程度的影响。未来研究需要在定量关系、多尺度和复杂地质环境方面开发先进技术。 展开更多
关键词 声波测井法 物理模型理论计算法 分子动力学模拟法 测量方法 弹性参数 页岩储层
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一种适用于低压涡轮叶片转捩-分离流预测的极大涡模拟方法
3
作者 穆宇旸 徐家宽 +3 位作者 李艺 郑国雨 乔磊 白俊强 《推进技术》 北大核心 2025年第5期44-55,共12页
在航空发动机领域中,大负荷低压涡轮叶片表面的流动受强逆压梯度影响,易产生具有高度非定常特性的转捩-分离流。而基于雷诺平均方法(Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS)的转捩模型难以对该现象进行精确模拟。为了提升预测精度,本研... 在航空发动机领域中,大负荷低压涡轮叶片表面的流动受强逆压梯度影响,易产生具有高度非定常特性的转捩-分离流。而基于雷诺平均方法(Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS)的转捩模型难以对该现象进行精确模拟。为了提升预测精度,本研究在改进的极大涡模拟方法(Very Large Eddy Simulation,VLES)基础上耦合适用于叶轮机械流动的γ转捩模型,从而形成了γ-VLES混合预测模型。本研究采用该模型对Pak-B低压涡轮叶片表面的层流分离泡诱导转捩及分离流演化现象进行预测。研究结果表明:γ-VLES模型能够准确计算叶片表面的时均压力系数和速度型,并展现了长分离泡内部瞬态流场中周期性涡的演化脱落过程。模拟结果与实验结果高度吻合,有效克服了RANS框架下γ-Re_(θt)和γ转捩模型在转捩-分离流预测方面的局限。 展开更多
关键词 计算流体力学 RANS/LES混合方法 极大涡模拟 低压涡轮叶片 层流分离泡诱导转捩
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基于全纯嵌入的电热综合能源系统动态能流计算方法 被引量：2
4
作者 李宏仲 滕佳伦 《电工技术学报》 北大核心 2025年第4期1254-1267,共14页
为实现多种能源互补共济与高效利用,集多种异质能源于一体的综合能源系统受到了广泛的关注。而综合能源系统的动态能流计算对后续的优化控制与能源调度研究起着重要作用。为了精准地描述热力网络的动态特性,实现对综合能源系统的连续动... 为实现多种能源互补共济与高效利用,集多种异质能源于一体的综合能源系统受到了广泛的关注。而综合能源系统的动态能流计算对后续的优化控制与能源调度研究起着重要作用。为了精准地描述热力网络的动态特性,实现对综合能源系统的连续动态能流计算,该文提出一种基于全纯嵌入的电热综合能源系统动态能流联合计算方法。首先,对热网动态模型做空间离散化处理,保留温度对时间的微分,将热力网络的偏微分动态方程转化常微分方程。其次,利用时变的全纯函数对电-热能流方程进行重构,构建全纯嵌入的电-热动态能流模型,并递归求解全纯函数的系数,得到能流的解析表达式。最后,先用单个热力管道算例验证模型的有效性和准确性,而后用IEEE14节点标准算例和51节点热力网络耦合成的电热互联系统算例进行仿真分析,设置热负荷、电负荷和发电机出力发生波动的场景,并将仿真结果与分解求解法、快速灵活全纯嵌入法、龙格库塔法进行对比。仿真结果表明,该文所提方法可获得准确、连续的动态能流解,同时能够精准地描述能流响应扰动的过程。 展开更多
关键词 全纯嵌入法 能流计算 动态仿真 递归计算
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基于SPH粒子法的巷道掘进爆破掏槽方式对比性研究
5
作者 何德福 张智宇 +3 位作者 王凯 李卓 张帅 罗毅 《工程爆破》 北大核心 2025年第4期85-92,共8页
掏槽爆破是巷道掘进最重要的环节之一,掏槽方式对于地下工程的施工效率和经济效益具有重要意义。针对直孔掏槽和楔形掏槽2种布置方式问题,基于光滑粒子流体动力学方法(SPH粒子法)进行研究,对比分析2种掏槽方式对爆破扩腔面积与碎块“抛... 掏槽爆破是巷道掘进最重要的环节之一,掏槽方式对于地下工程的施工效率和经济效益具有重要意义。针对直孔掏槽和楔形掏槽2种布置方式问题,基于光滑粒子流体动力学方法(SPH粒子法)进行研究,对比分析2种掏槽方式对爆破扩腔面积与碎块“抛掷”等方面的差异性,最后进行了现场试验。研究结果表明:2种方案得出的爆破扩腔面积均随时间的推移逐渐增大,且楔形掏槽爆破扩腔面积大于直孔掏槽;对比2种方式的爆破抛掷效果,楔形掏槽方案数值模拟爆出的粒子数较直孔掏槽方案增加了256.15%,对应现场试验楔形掏槽方案爆破块度适中;对比爆破抛掷距离和最大峰值速度,发现楔形掏槽方式抛掷效果优于直孔掏槽。 展开更多
关键词 巷道掘进 光滑粒子流体动力学 数值模拟 掏槽方式
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电力电缆修复液的相对扩散系数计算方法
6
作者 陈俊豪 陶霰韬 +2 位作者 叶刚 常航瑞 黄浩 《中国电机工程学报》 北大核心 2025年第1期388-395,I0032,共9页
该文提出并推导电力电缆修复液的相对扩散系数计算方法。采用预测模型法,分别选用Helmroth模型、Piringer模型、Brandsch模型和Limm-Hollifield模型对相对扩散系数的计算模型进行推导和简化,并选择3种最常用的修复液主成分甲基苯基二甲... 该文提出并推导电力电缆修复液的相对扩散系数计算方法。采用预测模型法,分别选用Helmroth模型、Piringer模型、Brandsch模型和Limm-Hollifield模型对相对扩散系数的计算模型进行推导和简化,并选择3种最常用的修复液主成分甲基苯基二甲氧基硅烷(phenyl-methyldimethoxysilane,PMDMS)、三甲基甲氧基硅烷(trimethyl-methoxysilane,TMMS)和二甲基二丁氧基硅烷(dimethyl-dibutoxysilane,DMDB)作为研究对象,计算其在聚乙烯中相对扩散系数的计算值。同时,使用分子动力学法得到各成分相对扩散系数的模拟值,并将计算值分别与模拟值以及文献中的实验值进行对比分析。结果表明:在4种模型中,选用LimmHollifield模型用于计算相对扩散系数时具有更好的准确性和一致性,且与扩散系数相比,相对扩散系数的计算更简便且结果取值更直观。因此,选用Limm-Hollifeld模型计算的相对扩散系数作为修复液选型的指标更为准确而便捷。 展开更多
关键词 电力电缆 修复液 相对扩散系数 预测模型法 分子动力学模拟
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考虑粒子间碰撞的超音速火焰喷涂粒子飞行与沉积行为的数值分析
7
作者 林国锭 丁坤英 +1 位作者 樊金虎 姬赟 《表面技术》 北大核心 2025年第19期225-235,共11页
目的考虑粒子间碰撞对粒子飞行行为的影响,研究超音速火焰喷涂过程中粒子飞行行为。方法建立超音速火焰喷涂流场中WC-10Co4Cr粒子飞行的CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)模型,通过实验和有限元分析,研究... 目的考虑粒子间碰撞对粒子飞行行为的影响,研究超音速火焰喷涂过程中粒子飞行行为。方法建立超音速火焰喷涂流场中WC-10Co4Cr粒子飞行的CFD-DEM(Computational Fluid Dynamics-Discrete Element Method)模型,通过实验和有限元分析,研究粒子飞行速度和温度特征以及撞击基板时的沉积行为。随后应用该模型研究不同粒径粒子的飞行行为,并结合热喷涂粒子状态和涂层高度分布,测量分析粒径分布对飞行和沉积行为的影响。结果利用考虑粒子间碰撞的DEM模型计算粒子沉积时的平均速度为658 m/s(误差为3.9%),平均温度为1697 K(误差为3.3%)。DEM模型对小粒径粒子平均速度的计算结果更精确,其中,小、中、大粒径粒子在撞击基体时的平均速度分别为683、630、587 m/s,误差分别为3.8%、6.7%、8.0%。DEM模型对于大粒径粒子的速度预测结果相对较差,小、中、大粒径粒子平均温度分别为1659、1720、1666 K,误差分别为6.5%、0.9%、0.5%。粒子间的相互碰撞使撞击基板的粒子分布更均匀,其中,小粒径粒子受粒子间相互作用的影响更大,沉积涂层相比粗粒子更平坦,更利于涂层沉积。结论CFD-DEM模型可以有效地计算WC-10Co4Cr粒子在超音速火焰流场中的飞行行为,分析粒子在撞击基板时的速度、温度和撞击位置,预测粒子的沉积状态。 展开更多
关键词 超音速火焰喷涂 碳化钨 计算流体动力学 离散元模型 多粒子 数值模拟
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基于CFD-FEM耦合方法的冰柱碰撞响应研究
8
作者 宋英龙 杨博睿 +3 位作者 赵禹 杨碧野 郑瑜娜 张桂勇 《振动与冲击》 北大核心 2025年第15期67-74,共8页
碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析... 碰撞冰载荷是影响极地海洋结构物作业安全的重要因素。基于CFD(computational fluid dynamics)软件STAR-CCM+和FEM软件Abaqus协同仿真,构建了计算结构物-浮冰-水相互作用的数值模型,开展了圆柱形结构物与方形浮冰的碰撞响应研究并分析了不同因素对碰撞响应的影响。进一步从能量转换的角度,提出了一种考虑浮冰初始旋转的碰撞力修正模型。分析了碰撞前、碰撞中和碰撞后阶段对碰撞力峰值的影响,实现了对带有初始旋转的浮冰碰撞载荷的快速估算。研究发现,碰撞前浮冰速度衰减、碰撞持续时间和碰撞后浮冰的转动对碰撞力均有较大影响,碰撞力随浮冰旋转角度增大呈现出先增大后减小的变化趋势。 展开更多
关键词 CFD-FEM耦合 协同仿真 浮冰 结构物 碰撞响应
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超临界二氧化碳输送管道关阀水击过程动态仿真及影响因素分析
9
作者 陈潜 焦健 +2 位作者 邢晓凯 盛绪飞 李欣泽 《西安石油大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第3期133-142,共10页
超临界二氧化碳输送管道在关阀等流速急剧变化的工况下会产生水击现象,导致管道超压和发生相变,需对管道水击工况进行仿真和分析。构建了超临界二氧化碳管道关阀水击动态过程非等温仿真数学模型,基于初始条件和内外边界条件确定动态仿... 超临界二氧化碳输送管道在关阀等流速急剧变化的工况下会产生水击现象,导致管道超压和发生相变,需对管道水击工况进行仿真和分析。构建了超临界二氧化碳管道关阀水击动态过程非等温仿真数学模型,基于初始条件和内外边界条件确定动态仿真模型的定解条件,采用时间递推法和Newton-Rapshan算法求解模型。以某超临界二氧化碳管道系统为例,模拟了关阀前后管道运行参数的时空变化情况,分析了压力、输量、关阀位置、时间、地形起伏、温度对超临界二氧化碳管道水击过程的影响。将所构建水击动态模型的仿真结果与OLGA软件仿真结果相比,管道压力和温度最大绝对偏差为0.27 MPa和1.51 K;管道运行压力、运行输量、关阀位置和地形起伏对水击过程管道参数变化及安全性的影响较大。 展开更多
关键词 水击过程 二氧化碳管道 关阀过程 动态仿真 数值计算方法
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气体密度对高压流态化影响的CFD-DEM模拟
10
作者 贾志勇 沈宪琨 +1 位作者 蓝晓程 王铁峰 《化工学报》 北大核心 2025年第9期4383-4397,F0004,共16页
高压流化床工业应用广泛。利用计算流体力学-离散元耦合模型(CFD-DEM)在1.15~92.0 kg/m^(3)范围内考察了气体密度对A、B类颗粒最小流化速度、最小鼓泡速度、气泡和压降等流体力学行为的影响规律。模拟结果表明,不同压力下A类颗粒均存在... 高压流化床工业应用广泛。利用计算流体力学-离散元耦合模型(CFD-DEM)在1.15~92.0 kg/m^(3)范围内考察了气体密度对A、B类颗粒最小流化速度、最小鼓泡速度、气泡和压降等流体力学行为的影响规律。模拟结果表明,不同压力下A类颗粒均存在散式流化区,流化因子随压力提高而略有增加,B类颗粒的流化因子始终小于1.1。此外,随气体密度增加,B类颗粒中气泡尺寸显著减小、数量显著增加。当气体密度由1.15增加到92.0 kg/m^(3)时,粒径为300μm的B类颗粒中的气泡尺寸减小了约60%,气泡数量增加了2.5倍。典型A类颗粒中的气泡尺寸与数量几乎不受气体密度影响。床层压降标准差和压力脉动振幅均随气体密度增加而降低,B类颗粒降低更显著。最后,通过对颗粒碰撞力和曳力系数的分析,探讨了气固、固固相互作用的竞争对高压流态化稳定性的影响机制。 展开更多
关键词 高压流态化 气体密度 气泡 离散元 两相流 数值模拟 计算流体力学
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基于田口方法的对转式水平轴潮流能水轮机水动力性能优化
11
作者 孔铭 纪仁玮 +3 位作者 朱仁庆 吴绵奎 殷苠蔚 孙科 《振动与冲击》 北大核心 2025年第18期131-139,167,共10页
为提高对转式水平轴潮流能水轮机(counter-rotating horizontal-axis tidal turbine,CRHATT)的获能效率,揭示不同设计参数对其输出功率的影响规律,首先基于改进延迟分离涡模型与滑移网格技术相结合的方法,建立了CRHATT水动力分析模型;... 为提高对转式水平轴潮流能水轮机(counter-rotating horizontal-axis tidal turbine,CRHATT)的获能效率,揭示不同设计参数对其输出功率的影响规律,首先基于改进延迟分离涡模型与滑移网格技术相结合的方法,建立了CRHATT水动力分析模型;其次采用田口方法,提出了针对水轮机模型的参数化优化方案;最后探究了前后叶轮间距(L)、前叶轮叶尖速比(λ_(F))、后叶轮叶尖速比(λ_(R))、直径比(D_(R)/D_(F))和初始位置相位差(θ)对CRHATT水动力性能的影响。结果表明:CRHATT的设计因素对其性能具有显著影响,优化后的CRHATT的获能效率比基础设计提高了28.3%。各因素对水轮机获能效率影响程度依次为:λ_(R)>λ_(F)>L>D_(R)/D_(F)>θ。通过对不同因素组合下水轮机尾流场的分析发现,优化后的水轮机前叶轮尾流发展充分,后叶轮对其吸收较好,从而提高水轮机的获能效率。研究结果为对转式水平轴潮流能水轮机性能优化提供工程参考意义。 展开更多
关键词 对转式水平轴潮流能水轮机(CRHATT) 改进延迟分离涡 计算流体动力学(CFD) 田口方法 水动力特性 性能优化
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球形颗粒附近空化泡的动力学分析
12
作者 杨涵硕 王德喜 +3 位作者 陈功 杨亚丽 姜久闯 于红蕾 《沈阳工业大学学报》 北大核心 2025年第1期67-72,共6页
【目的】空化是一种自然界存在的物理现象,空化的产生出现在多个领域,包括材料学、地质学和生物学等。早期空化研究是为了避免其带来的不利影响,比如细胞功能下降、岩石破裂、水力机械的材料空蚀损坏和动力性能恶化等。然而人们逐渐发... 【目的】空化是一种自然界存在的物理现象,空化的产生出现在多个领域,包括材料学、地质学和生物学等。早期空化研究是为了避免其带来的不利影响,比如细胞功能下降、岩石破裂、水力机械的材料空蚀损坏和动力性能恶化等。然而人们逐渐发现空化在多个领域中具有积极应用,比如强化材料、促进化学反应合成、去除难降解有机污染物等。研究空化泡在近壁面附近的溃灭过程,可以更好地了解空化泡溃灭对壁面的作用机制,从而在多领域应用中更好地利用空化效应。壁面包括凹面、凸面、锥面、不规则面等,球形颗粒表面属于凸面的一种。采用空化技术处理含油污泥,可以显著提高回油率,实现油泥资源化处理。空化破解油泥的机理是空化泡在油泥颗粒表面溃灭时,产生高温高压及高速射流,有利于油与固体颗粒的分离,实现油的回收再利用。【方法】研究球形颗粒附近空化泡溃灭的动力学行为,探究空化泡溃灭的演化过程,进而分析颗粒与空化泡之间的距离和颗粒尺寸对颗粒-空化泡相互作用的影响机制。利用质量、动量和能量守恒原理描述空化泡动力学行为,采用流体体积法对泡壁拓扑结构的变化进行精确界面捕捉,利用ANSYS软件数值模拟了空化泡在球形颗粒附近的溃灭过程。【结果】空化泡在球形颗粒附近随着时间变化逐渐发生溃灭,其溃灭形态受到距离参数和尺寸参数的影响。空化泡坍塌瞬间会形成指向颗粒的微射流与高温高压极端环境。【结论】当球形颗粒距离空化泡距离较近时,空化泡呈现梨形坍塌;当距离较远时,空化泡呈现球形坍塌。当距离参数减小或颗粒尺寸增大时,球形颗粒边壁受到的最大压力增大;当距离参数减小或尺寸参数减小时,空化泡形成的最大射流速度增大,颗粒边壁处最大温度增大。较大尺寸颗粒附近空化泡溃灭时间更长,且受距离参数影响较大。空化泡距离越远,溃灭时间越长。 展开更多
关键词 空化 空化泡 球形颗粒 流体体积法 动力学 数值模拟 射流速度 溃灭时间
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临近空间飞行器再入DSMC方法表面催化反应模型
13
作者 胡佳志 蒋新宇 +1 位作者 李凡 李志辉 《化工进展》 北大核心 2025年第8期4478-4487,共10页
随着国家载人航天的不断发展,临近空间飞行器对极高速度和长航时的需求日益增长,如何准确模拟航天器再入过程中热化学非平衡气动加热对热防护系统的影响,一直是航天再入空气动力学前沿难题。本文根据宏观表面催化反应理论,在直接模拟蒙... 随着国家载人航天的不断发展,临近空间飞行器对极高速度和长航时的需求日益增长,如何准确模拟航天器再入过程中热化学非平衡气动加热对热防护系统的影响,一直是航天再入空气动力学前沿难题。本文根据宏观表面催化反应理论,在直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法架构的基础上构建有限速率表面催化反应模型。考虑五组元混合气体气相反应、表面催化反应的耦合作用,通过典型算例分析表面催化反应对飞行器再入大气层飞行器表面的影响,其表面热流相比未考虑表面催化反应的结果提高近30%。表面催化反应模型的加入为热化学非平衡表面效应难表征问题提供了新的手段,进一步提升了飞行器再入环境下高超声速气动加热预测能力,支撑飞行器热防护设计向高热载荷、轻量化方向发展。 展开更多
关键词 表面催化反应 直接模拟蒙特卡罗方法 耦合计算 稀薄气体动力学 飞行器再入
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高旋弹二维修正引信双旋结构气动特性及气动力表征 被引量：4
14
作者 申强 仇李良 +1 位作者 蒲文洋 李红云 《北京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期359-368,共10页
针对配二维弹道修正引信高旋弹具有弹体气动参数非对称、纵向和横向修正紧密耦合等问题,为了准确表征高旋弹气动参数、明确修正弹丸气动特性和产生机理,提出了基于CFD(computational fluid dynamics)仿真的双旋结构气动力计算分析方法.... 针对配二维弹道修正引信高旋弹具有弹体气动参数非对称、纵向和横向修正紧密耦合等问题,为了准确表征高旋弹气动参数、明确修正弹丸气动特性和产生机理,提出了基于CFD(computational fluid dynamics)仿真的双旋结构气动力计算分析方法.在构建双滚转域流场仿真模型的基础上,对比了二维修正引信不同控制状态下的弹丸受力情况;明确了高旋弹固有气动力和二维修正引信所引起的气动力;建立并推导了攻角与滚转角耦合情况下的舵片受力模型.研究表明:针对二维修正组件,需要考虑合攻角与舵滚转角的相对位置关系以计算诱导阻力;受迎背风和舵片绕流影响,舵片受力模型和弹体的横、纵向气动力均随攻角、滚转角及马赫数变化. 展开更多
关键词 高旋弹 二维弹道修正 CDF仿真计算 固定舵 双旋体
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嫦娥五号发动机降落羽流扬尘特性研究 被引量：3
15
作者 张海燕 李思新 +3 位作者 王鹢 李存惠 张小平 王卫东 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1251-1261,共11页
在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD)两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管1∶1模型和真空羽流扩散侵蚀模... 在月球探测器着陆过程中,发动机羽流与月面相互作用后溅起的月尘是月面环境危害的主要来源。本文以嫦娥五号任务测试数据作为仿真入口条件,采用计算流体动力学(CFD)两阶段法建立了嫦娥五号任务中使用的喷管1∶1模型和真空羽流扩散侵蚀模型,研究了喷管在不同降落高度下的侵蚀速率,并计算了发动机距离月面高度为0.5~2.0 m范围时月尘颗粒的运动轨迹、扬尘角和速度特性。结果表明,基于剪切应力得到的最大侵蚀速率为8.83 kg/m^(2)s,随着高度增加,侵蚀速率降低,与嫦娥五号降落相机相同高度下的分析结果一致。粒径为1、70ìm的月尘颗粒最大扬尘高度分别为0.72、0.36 m,最大速度分别为2520、1010 m/s。不同粒径月尘的扬尘角范围为1.44°~2.27°,计算的扬尘角与Apollo探月任务中的结果相近。 展开更多
关键词 月尘 羽流扬尘 嫦娥五号 计算流体动力学仿真 欧拉-拉格朗日方法
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综合能源系统建模与仿真:综述、思考与展望 被引量：5
16
作者 张苏涵 顾伟 +3 位作者 俞睿智 陆帅 姚帅 庄文楠 《电力系统自动化》 EI CSCD 北大核心 2024年第17期1-21,共21页
建模和仿真将真实系统及其物理性质抽象化为适当的数学形式,并采用数学方法求解以模拟真实系统行为或性能。为综合能源系统在各时间尺度的物理过程建立恰当的数学模型并进行仿真验证,是分析系统运行规律、优化运行策略以及评估运行性能... 建模和仿真将真实系统及其物理性质抽象化为适当的数学形式,并采用数学方法求解以模拟真实系统行为或性能。为综合能源系统在各时间尺度的物理过程建立恰当的数学模型并进行仿真验证,是分析系统运行规律、优化运行策略以及评估运行性能的基础。文中围绕电气热综合能源系统建模和仿真问题,首先介绍了电、气、热子系统和耦合设备的机理模型,总结了建模的研究进展与技术难点。进一步,从仿真框架、算法以及改进策略3个方面介绍了综合能源系统仿真技术所取得的研究进展。特别地,总结了仿真算法中数值法、半解析法、解析法的原理、应用现状及其难点。最后,围绕现存技术难点,从建模和仿真算法2个方面对未来研究进行了展望。 展开更多
关键词 综合能源系统 建模 能流计算 动态仿真 微分方程 数值方法
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叶片不同切割形状对离心泵各项性能的影响 被引量：3
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作者 颜林 宋文武 《机电工程》 CAS 北大核心 2024年第11期2106-2118,共13页
离心泵叶片直接影响离心泵的效率与使用寿命,因此,对叶片形状进行研究具有重要意义。对离心泵叶片出口边进行单一切割以改变离心泵性能,在此基础上,对叶片前缘、尾缘进行了双向切割,研究了不同切割形状对离心泵各项性能的影响。首先,以... 离心泵叶片直接影响离心泵的效率与使用寿命,因此,对叶片形状进行研究具有重要意义。对离心泵叶片出口边进行单一切割以改变离心泵性能,在此基础上,对叶片前缘、尾缘进行了双向切割,研究了不同切割形状对离心泵各项性能的影响。首先,以一台n_(s)=73的离心泵作为研究对象,使用UG软件进行了离心泵三维建模与叶片切割(切割出了24种叶片模型);然后,使用ICEM软件划分了网格,选用标准k-ε湍流模型作为计算模型,在离心泵叶片与蜗壳隔舌处设置了监测点;最后,采用ANSYS CFX软件,对无切割和切割后的模型进行了离心泵数值模拟计算,得到了离心泵在0.6Q_(d)~1.4Q_(d)工况下的外特性曲线;在外特性良好的前提下,研究了其内部流动结构、压力脉动特性,以及湍动能分布。研究结果表明:在1.0Q_(d)设计工况下,切割后的模型较无切割模型的效率均提升了4%左右,对称切割的模型中前缘为椭圆、尾缘为钝形的模型7的效率提升最高,提升了4.8%,非对称切割前缘为圆形、尾缘为背面半切割的模型14效率提升了5.4%;无切割模型内部流线紊乱且内部相对速度高的区域较多,非对称切割的模型14叶轮内部流线分布均匀且相对速度值和分布区域减小;相对于无切割模型,切割后的模型内部压力升高,对称切割的模型7压力脉动减小了10%,而非对称切割的模型14压力脉动强度增加了近30%;切割后的模型湍动能分布明显改善,尾缘处湍动能值减小,对称切割的模型7湍动能随时间变化而变化不大,表现更稳定。综合不同切割模型的外特性及稳定性表现可知,将前缘切割为椭圆、尾缘切割为钝形,能有效提升离心泵的性能。 展开更多
关键词 离心泵叶片形状 叶片前缘、尾缘双向切割 外特性分析 内部流动结构 压力脉动规律 湍动能分布 计算流体力学数值模拟计算
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第一性原理计算约束宏观地质现象的微观机制
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作者 高子越 邱昆峰 +5 位作者 罗炳程 刘鑫 龙政宇 于皓丞 张靖源 邓军 《岩石学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期1972-1996,共25页
微观尺度物理化学机制随着时间推移和空间尺度放大,逐步累积形成在地球系统中能够被直观观测到的大规模地质过程。揭示地质作用过程中隐藏在宏观表象下的微观机制一直是地球科学研究的重要内容。近年来,随着计算能力的提高和计算方法的... 微观尺度物理化学机制随着时间推移和空间尺度放大,逐步累积形成在地球系统中能够被直观观测到的大规模地质过程。揭示地质作用过程中隐藏在宏观表象下的微观机制一直是地球科学研究的重要内容。近年来,随着计算能力的提高和计算方法的进步,基于量子力学原理的理论计算方法——第一性原理计算,以精度高、效率高、应用灵活且所得结果可以媲美实验等优势,为构建宏观与微观之间的桥梁提供了一个有力途径。本文归纳总结了第一性原理计算的基本原理,梳理了使用第一性原理计算在研究宏观地质现象的微观机制领域取得的新认识,侧重论述了第一性原理计算在研究矿物物理化学性质、深部熔体性质、同位素分馏机理、元素地球化学行为等方面的应用,并展望了第一性原理计算在未来可能遇到的挑战和发展趋势,为微观机制的计算模拟研究提供帮助。第一性原理计算的发展和应用,增强了人们对地球系统微观机制的理解,为未来地球科学的研究提供了新思路。 展开更多
关键词 第一性原理计算 晶格振动频率计算 分子动力学模拟 深部地球 矿物结构 流/熔体
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不同叶高水平的透平叶片气动特性分析
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作者 杨长柱 范立云 +3 位作者 张瀚文 陈硕 陈阳 钟主海 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第8期1552-1558,共7页
为了能够通过CFD手段优化透平叶片气动性能,本文使用雷诺平均方法针对工程上应用的66、44以及22 mm共3种典型叶高水平的透平模型进行了数值模拟,并将计算结果同实验测量结果进行了对比。同时,使用大涡模拟数值方法对22 mm叶高的模型进... 为了能够通过CFD手段优化透平叶片气动性能,本文使用雷诺平均方法针对工程上应用的66、44以及22 mm共3种典型叶高水平的透平模型进行了数值模拟,并将计算结果同实验测量结果进行了对比。同时,使用大涡模拟数值方法对22 mm叶高的模型进行非定常计算,得到了与实验结果吻合更好的等熵效率、质量流量等流场宏观参数,在三维流场上透平叶片的叶根与叶顶处的流动更为复杂。研究结果表明:雷诺平均方法可以对66和44 mm叶高的透平模型进行较准确的评估,对于22 mm叶高的透平,只有大涡模拟方法才能够清晰地捕捉到端壁区域紊乱的流动细节。叶片端部区域损失较大,雷诺平均方法处理得到的短叶片端壁区域丢失了流动的脉动细节,导致无法进行准确计算其端壁区域的流动。 展开更多
关键词 旋转机械 透平叶片 不同叶片高度 大涡模拟 雷诺时均纳维斯托克斯方法 计算流体力学 叶片损失
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后坐载荷施加方式对火炮动力学仿真影响研究
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作者 单春来 任灿 +3 位作者 高华 杨华实 张鹏飞 石春明 《兵器装备工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第10期232-239,共8页
在火炮研发的初期阶段,进行总体方案论证对于确保设计的可靠性和安全性至关重要。考虑到研究条件的不同,利用动力学仿真软件对某大口径履带式自行火炮的发射过程稳定性进行了精确分析,在0°射角的标准射击姿态下模拟了无驻锄支撑2... 在火炮研发的初期阶段,进行总体方案论证对于确保设计的可靠性和安全性至关重要。考虑到研究条件的不同,利用动力学仿真软件对某大口径履带式自行火炮的发射过程稳定性进行了精确分析,在0°射角的标准射击姿态下模拟了无驻锄支撑2种情形,探讨了基于理论设计公式加载、基于解算曲线的载荷加载以及基于后坐制动图的载荷加载等3种不同后坐载荷施加方式对火炮动力学仿真影响。此外,还对未配备反后坐装置的火炮模型进行了仿真分析。研究通过将仿真结果与高速摄像捕获的实际射击试验数据对比,深入分析了不同模型的误差幅度及其成因。研究成果可以有效提升设计人员对动力学仿真结果误差范围的预测精度,为大口径火炮设计提供了重要的参考依据。 展开更多
关键词 大口径火炮 动态仿真分析 反后坐载荷模拟 后坐载荷施加方式 预测精度
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