摘要：研究基于openfoam开源平台,自主开发了三维气体扩散层的重构方法,并基于动网格技术建立了探究振动对气体扩散层内部液态水传输行为影响的数值模型。对不同振动方向、幅度及频率对液态水传输的过程进行了分析。研究发现相比于水平方向,垂直方向上的振动对于液态水的传输影响更明显。液态水的饱和度在高频振动时呈现出较为规则的正弦振动特点,但在低频振动时液态水饱和度的周期性特点不规则或不显著,整体上接近于正弦变化。研究结论对于燃料电池堆的布置方案及减振思路设计具备一定的指导意义。

摘要：潮流能导流增效装置能够大幅提升潮流能水轮机的能量提取效率,应用前景广阔。以openfoam开源代码作为数值模拟平台,开展了垂直轴水轮机导流增效装置性能的模拟研究。针对典型垂直轴潮流能水轮机设计了多种导流增效装置,通过系统的模拟分析,总结了导流增效装置相关参数对其水动力学性能的影响,深入分析了速度场、压力场的变化规律,研究了入口段线型对水轮机导流增效装置的影响,并得到了能量提取效果最优的线型,为导流增效装置的设计提供了技术参考。

摘要：针对翼型后缘连续变弯度运动中后缘边界精确数值模拟的问题,提出了基于二维多项式的时空曲面拟合方法,实现了对后缘边界时空位置的精确模拟。在此基础上,基于openfoam发展了翼型后缘连续变弯度与大幅度俯仰运动耦合的运动边界数值模拟,并计算了翼型耦合运动的气动力,讨论了后缘线性/非线性变形对翼型大迎角动态气动特性的影响规律。结果表明:后缘运动对翼型俯仰运动的升阻特性影响显著,特别在翼型大幅度俯仰时后缘非线性变形对升阻特性改善效果比线性变形大6%~10%。同时还研究了翼型俯仰与后缘变形运动相位差对气动特性的影响。特别地,当相位差为180°时,后缘运动使动态失速时的最大升力提高50.3%,平均升力提高34.6%;当2种运动相位差为0°时,后缘运动使动态失速时的最大阻力降低39.7%,平均阻力降低30.2%,最大升阻比提高22.3%,平均升阻比提高16.8%;同时,翼型在动态俯仰过程中出现负阻力现象,对产生负阻力的原因进行了分析。这些结果可用于指导连续变弯度后缘控制律的设计。

摘要：珊瑚礁地形的波浪非常复杂,礁坪破碎后的波浪对礁体、防波堤等影响很大。为了更好地了解珊瑚礁地形下规则波的传播变形特征,文中基于雷诺平均的纳维埃-斯托克斯方程建立了珊瑚礁地形上的波浪数学模型,其中湍流模型采用两相的k-ωSST方程,数值模拟在openfoam开源工具中进行。本模型通过文献中的物理实验数据进行验证,分析了珊瑚礁地形上的波高、增水和波面形态变化,并与标准k-ωSST模型的结果进行比较,结果表明:文中模型能有效减轻自由表面附近过度产生的湍流动能,波高和增水的模拟结果相比标准k-ωSST模型的更加准确;波浪在珊瑚礁地形上破碎时破波区的湍流动能主要集中在波峰附近,波谷的湍流动能则很小;在湍流动能的影响下,模型在破碎点处的波高减小、减水增大,破碎后的波能耗散增大。文中波浪数学模型可应用于珊瑚礁工程设计的波浪计算中。

摘要：为准确获得山区峡谷桥址处的风场特性,以一座在建的山区峡谷大跨度桥梁为工程背景,基于开源的计算流体动力学(CFD)软件openfoam平台,提出了一种山区峡谷桥址处风场特性的数值模拟方法,改进了计算域形态,设置了地形过渡段,并利用“虚拟标准气象站”法获得了计算域入口风速条件,从而实现了高质量的山区风场数值模拟,解决了数值计算雷诺数与实际不符的难题。在此基础上,分析了大桥主梁上横桥向和顺桥向的风速及放大系数、风攻角、风向角和不同跨度处的风剖面。同时结合流线显示方法,研究了桥址处主梁风场流动机理。结果表明:该桥址处的基本风速为24.75 m/s;河道岸边的陡峭山体对气流的干扰作用很大,使风攻角、风向角和风速放大系数在桥位处发生较剧烈变化;部分来流下的风剖面形态受地形影响较大,底部出现急加速现象,风速呈现显著的剪切特性。该研究提出的数值模拟方法丰富了山区峡谷桥址处风场特性分析手段,对山区桥梁抗风设计有一定的指导作用。

摘要：板状燃料因其功率密度高、燃耗较深的特点,在诸多测试堆与实验堆中得到广泛应用。受堆内辐照、流致振动等常见预期瞬态影响,其狭长的冷却剂流道极易受压而发生弯曲变形,进一步影响堆芯换热并对反应堆安全造成威胁。本文依托openfoam平台开发了板状燃料堆芯三维通道级热工水力分析程序CorTAF-PT,在数组矩形窄缝通道流动换热实验对比验证的基础上,针对IAEA 10 MW材料测试堆开展了弯曲变形工况下三维数值模拟,获得了全堆芯关键热工水力参数的多尺度分布特性,并对堆芯出口处热点偏移现象进行了分析。本研究对自主可控堆芯级高精度三维热工水力分析技术开发具有参考价值,同时也可为后续板状燃料堆芯事故安全分析的开展提供了基础。

摘要：大坝泄水会导致下游水体出现总溶解气体(total dissolved gas,TDG)过饱和。过饱和TDG可能导致鱼类患气泡病甚至死亡。受模拟方法的局限,Eulerian法和Lagrangian法均不能同时模拟TDG的分布和持续滞留时间,因而制约了对鱼类受过饱和TDG影响程度的定量判别。基于此,该文开发建立了鱼类受过饱和TDG影响的三维Eulerian-Lagrangian模型,其中Eulerian模型考虑了过饱和TDG在水体内部的释放与在自由表面的传质;Lagrangian模型在Eulerian模型基础上引入粒子追踪方法,模拟得到各个粒子在不同TDG饱和度下的滞留时间,即TDG持续滞留时间,并以TDG的持续滞留时间为参考因子以分析TDG对鱼类的影响。本研究以大渡河铜街子电站库区为例,开展了过饱和TDG输移释放及其滞留时间的数值模拟,并基于已有的典型鱼类对过饱和TDG耐受性实验成果,定量分析得到了过饱和TDG对鱼类的影响程度。为研究过饱和TDG对鱼类影响提供了一种方法和思路,为泄洪方案的优化研究提供了科学依据和技术支撑。

摘要：基于开源计算流体动力学软件openfoam中的工具箱waves2Foam,通过在双垂板透空系统下方布置不同尺寸的台阶式地形(潜堤),对规则波-双垂板-地形耦合系统的水动力学特性进行数值分析.在不同入射波况作用下,研究双垂板的间距和台阶式地形的尺寸对结构系统前/后的反/透射系数、波能的黏性耗散率及双垂板间的液面相对振动幅值等水动力参数的影响.此外,探究波浪非线性对相关水动力参数的影响.结果表明:合理布置台阶式地形尺寸,如令地形的长度与波长的比值约为1.0,能够有效减小双垂板系统的波能反射和透射,并可获得适中的黏性耗散率;地形的存在会加剧双垂板间的液面振动幅度,有效提升两板间的波能捕获能力;波高的增大会造成反射和透射系数的减小,增大黏性耗散率,降低板间液面振动幅值.

摘要：现代战争要求战斗机能够在大迎角(AOA)状态下进行过失速飞行,对飞机大迎角绕流流场的研究主要的方法有风洞试验和数值模拟。在大迎角风洞试验中,常用的是尾支撑方法,支架的存在会对模型的试验结果产生一定的影响,本文通过数值模拟来对这个影响进行研究。以开源计算流体力学软件openfoam 2.3为平台,采用PIMPLE算法求解Navier-Stokes(N-S)方程,PIMPLE算法是SIMPLE(Semi-Implicit Method for Pressure-linked Equations)算法和PISO(Pressure Implicit with Splitting of Operator)算法的结合体;采用基于有限体积的空间离散方法和空间二阶精度的线性插值方法,时间离散采用后向差分方法,湍流模型采用SA-DDES(Spalart-Allmaras-Delayed Detached Eddy Simulation)模型。为了验证方法的可靠性,首先对0°、10°、30°、50°、70°以及90°迎角下的有支架三角翼绕流流场进行计算,并将计算结果与试验结果进行对比,两者吻合较好。在此基础上,数值模拟了无支架的三角翼绕流流场,对比有/无支架情况下数值模拟结果,得到支架对三角翼绕流流场、背风面压强分布和气动力的影响。计算结果表明:大迎角情况下,有支架与无支架时相比,支架的存在会影响三角翼附近的流场(但是不会改变涡系等流动结构)、改变翼表面压强分布,从而导致三角翼的法向力系数和俯仰力矩系数发生明显变化。

摘要：我国海上稠油资源比较丰富,但由于受到海上条件等因素限制,聚合物驱成为提高海上稠油采收率的主要方法.因此深化聚合物溶液驱稠油微观渗流机理对于进一步提高采收率具有十分重要的意义.目前关于粘弹性聚合物渗流机理的理论研究主要局限于弹性聚合物溶液的单相流体在微观孔道内流动特征研究,而针对粘弹性聚合物、油两相流体渗流机理的研究甚少,特别是针对稠油聚合物驱的相关研究未见报道.为此,借助于计算方法较为成熟的openfoam开源平台开展了聚合物驱稠油两相流体渗流机理的研究;以收缩孔道为微观物理模型,建立了粘弹性聚合物溶液、普通稠油两相渗流连续性方程、运动方程及本构方程,并采用VOF(volume of fluid)界面追踪方法建立两相界面相方程;以openfoam开源平台为基础,开发了粘弹性流体、幂律流体两相流体求解器;绘制了不同弹性聚合物溶液在微观孔道内驱油的饱和度分布、速度分布及应力分布特征.结果表明,相对于水驱,纯粘性聚合物溶液前缘突破时间慢,波及面积大,驱油效率高.相比于同等粘度的纯粘性聚合物溶液,粘弹性聚合物的弹性有助于挖潜凸角内的残余油,聚合物溶液的弹性越大,稠油驱油效率越高.随着聚合物溶液弹性的增强,第一法向应力增大,当聚合物溶液进入到孔道突变处时,其弹性发挥的作用最大,法向应力的值最大.研究结果可为矿场实施聚合物驱设计、筛选聚合物溶液提供重要的理论支持.