摘要：分析了离心泵内流模拟中存在的问题,指出开源CFD软件是提高离心泵内流模拟精度的必然选择.通过在开源计算流体力学软件openfoam的求解器中添加GGI动静耦合处理程序,实现了openfoam在泵内流数值模拟中的应用.应用修改后的openfoam求解程序对一比转数为117.8的离心泵不同工况下的内流场进行数值模拟,并将数值计算结果与试验结果进行了对比,同时分析了叶轮内部流场的分布规律.研究结果表明,设计工况下的计算扬程相对误差最小,约为-3.5%,而小流量工况下误差最大-6.4%;各工况下的计算效率绝对误差范围均在-0.5%以内.这说明设计工况下的模拟结果优于非设计工况下的计算结果.同时,叶轮内部压力分布和相对速度分布规律符合离心泵内部流动的一般规律.

摘要：合理预报船首局部结构砰击载荷是船舶设计和研究者重点关心的问题。文章针对无转角和有转角楔形体舱段入水砰击问题,采用openfoam开源软件,开发了基于两相流求解器InterDyMFOAM数值模拟结构入水砰击的程序包,开展了预报研究工作。数值模拟了入水过程的压力和加速度时域响应历程,与入水砰击模型实验进行了对比分析,吻合很好。同时讨论了网格划分等对结果的影响和砰击的三维效应。结果表明,本文提出的入水砰击载荷预报方法计算效率高,具有推广应用到预报复杂三维船首结构砰击问题的潜力。

摘要：化学危害扩散预测是精确化防护保障的关键基础,解决化学危害扩散预测的关键是如何精确表达下垫面、建筑物、湍流对危害物的扩散影响机理。立足化学危害扩散预测实际需求,在计算流体力学软件openfoam中创新性植入信息融合模块、数据同化模块、源项反演模块和智能寻优算法,设计开发适用于化学危害扩散预测的求解器ChdpFOAM,并对ChdpFOAM求解器的适用性进行实验分析。研究结果表明:ChdpFOAM求解器在下垫面相对平坦、建筑物少的区域预测精度较高,在建筑物密集区域预测精度有所下降;相对于PISOFOAM求解器,ChdpFOAM求解器的计算精度约提升6%,计算效率下降约32.57%,具备良好的可移植性和拓展性,为化学危害扩散预测提供了一种新思路与方法。

摘要：为探究离心泵的空化机理和空化云发展过程,应用openfoam7.0开源软件在流量为0.3 Q_(d)~1.4 Q_(d)(Q_(d)为设计工况下离心泵的流量)工况范围内对IS125-100-200型离心泵进行非稳态空化气液两相流数值模拟。通过后处理得到离心泵内流速、压力及空化云分布,在此基础上分析了设计工况下有效汽蚀余量NPSHa与该离心泵出现空化云的关系;通过监测离心泵内关键点的压力系数,分析了设计工况下空化对离心泵内部流场的影响。基于流场模拟结果预测了离心泵流量与必需汽蚀余量NPSHr之间的关系曲线,并与实测数据进行了对比。结果表明,采用openfoam开源软件对离心泵设计工况下的空化流动进行数值模拟是切实可行的;在设计工况1.0 Q_(d)下,当NPSHa不同时,空化云在各叶片通道的分布不对称,随着NPSHa的减小,空化云在叶轮流道内不断向下游发展,并出现在叶片压力面上;无论离心泵是否发生空化,其压力系数均呈现周期性脉动,且叶轮在一个旋转周期内的脉动次数与叶轮的叶片数相等。研究成果可为离心泵性能预测提供有效的开源软件计算方法。(图9,表1,参24)

摘要：波浪中载液船舶运动激励舱内液体的晃荡,舱内液体晃荡产生的冲击力同时作用在舱壁上,进而影响船舶的运动姿态。波浪中船体水动力和时延函数是在势流理论范畴下采用切片法和脉冲响应函数方法计算获得的,液舱内液体非线性晃荡是基于粘性流理论实时计算模拟,两者耦合建立了波浪中载液船舶与液舱流体晃荡耦合的运动方程。论文基于开源CFD开发平台openfoam,自主开发实现了船体运动与液舱晃荡的耦合计算程序,并进行了相应的数值模拟计算和验证工作。该方法完整地考虑了波浪、船体和液舱晃荡之间的耦合作用,并结合船体内外流场特点分别采用了势流和粘性流理论,具有较高的计算效率。通过数值模拟计算和模型实验研究表明,数值模拟计算能够清晰显现出液舱晃荡对船体全局运动影响,船体运动计算结果与模型实验结果吻合良好。

摘要：针对航天器姿态控制系统的设计需要,利用开源软件openfoam搭建用于充液航天器刚-液耦合计算的仿真软件。在动边界问题中,推导出非惯性系下的N-S方程,避免了传统CFD软件中动网格法所带来的大量网格转换计算,提高软件计算效率。采用PIMPLE(pressure implicit with splitting of operators,semi-implicit method for pressure linked equations)算法搭建了晃动力求解模块,采用变步长龙格库塔法搭建了姿态运动模块,实现航天器的基于CFD方法的刚-液耦合仿真。利用该软件对相关算例进行了数值仿真,其结果与基于等效力学模型的刚-液耦合程序以及商业软件的计算结果吻合良好。

摘要：对于精馏塔内的多相传质过程,计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)不仅可用于模拟流动现象,而且可以用于研究传热传质过程及其与流动的相互作用规律。基于之前精馏塔板气液流动模拟的研究工作,本研究应用openfoam平台的多相流求解器,考虑了能量方程与组分输运方程,构建了精馏体系的传热传质模型,分别对环己烷-正庚烷理想体系与乙醇-水非理想体系进行了模拟,并分析了塔板上气液两相流动、组分浓度及温度等参数的分布规律。对于理想体系,理想溶液传质模型能够较准确地预测多层塔板上的温度及浓度场;对于非理想体系,需要在理想溶液传质模型的基础上引入活度系数模型,为此对比了UNIQUAC与NRTL两种活度系数模型的效果。在当前模拟框架下,引入活度系数模型有助于提升非理想体系温度场与浓度场的模拟精度,两种活度系数模型预测的整体趋势与文献结果基本一致,但在数值上UNIQUAC模型与文献结果吻合更好。此外,气液两相流场与浓度场分布的对比分析表明,液相的循环流动能够提升塔板的局部传质效率,导致液相入口与塔板堰处的效率高于塔板中心,但是循环区域内气液两相无法及时更新,将导致塔板整体传质效率下降。以上研究有望用于精馏塔板的设计与优化,为提高精馏塔传质效率、降低精馏能耗提供指导,对于其他气液两相流的CFD传热传质模拟也具有参考价值。

摘要：为了探究锥形旋塞阀内部流体动态特性,需对旋塞阀结构进行优化设计。本文基于k-ε湍流模型,使用开源软件openfoam、应用PIMPLE算法、以锥形旋塞阀为研究对象,模拟研究了不同开度、不同阀芯圆角时旋塞阀的流动性能;研究了阀芯关闭过程中随着旋转角度的增加,流体流速、压差、流线、流量系数以及阻力系数等参数的变化规律,并绘制了相关曲线;对比分析了不同圆角半径下流体介质的速度、流量系数曲线等参数的变化。结果表明:旋塞阀旋转角度越大,阀门前后压差越大,流量损失也就越大;流量系数随着旋塞阀开度的增加而减小,且在相同开度下随着阀芯圆角半径的增加而增大。

摘要：为实现开源工具openfoam在管束流固耦合行为预测方面的应用,针对openfoam缺乏大涡模拟验证的综合基准案例、缺乏基于openfoam仿真数据的参数辨识方法和数据驱动建模方法问题,首先通过研究基准问题来定量比较openfoam中大涡模拟的性能,重点讨论统计时间长度、计算域大小与形状、网格划分方式、壁面函数对结果的影响规律,并将数值结果与实验数据进行验证,获得了合理的流场分析模型;然后,将运动方程与流场计算相耦合,求解具有移动边界的非定常Navier-Stokes(uRANS)方程,实现管束的流固耦合仿真,成功捕捉到了管束的流固耦合特征,并以流管模型为例,实现了关键参数辨识和数据驱动建模。结果表明,大涡模拟中,达到统计收敛至少需180个漩涡脱落周期;升力、回流长度对网格分辨率较为敏感,漩涡脱落频率、圆柱表面压力对计算域较为敏感;对于尾流区的统计量分布,网格分辨率的影响更为显著;计算域形状的影响可以忽略;通过数据驱动建模方式计算的临界流速与实验值吻合较好。

摘要：水下滑坡是常见的地质灾害之一,为解决离散元PFC难以模拟水下流体环境的问题,提出采用计算流体力学openfoam与离散元PFC耦合的计算方法。针对流固耦合中的尺度相似性问题,提出了适用于该耦合方法的相似性方法并验证了其可行性。通过典型案例分析了基于该耦合方法的水下滑坡动力学特性及堆积形态,并与单向耦合水下滑坡和陆上滑坡结果进行了对比。结果表明该耦合方法能够较好地模拟水下滑坡运动规律,主要表现为滑坡体前端厚度较大并呈椭圆面;水下滑坡运动过程和堆积形态与陆上滑坡差异较大,openfoam-PFC双向耦合与单向耦合方法相比具有优越性。