标准高层建筑三维钝体绕流风场数值模拟

本文从建筑绕流风场数值模拟问题的功能并行性出发，依据重新排序的并行化原则。建立了三处理机ｔｒａｎｓｐｕｔｅｒ并行系统基于ｓｉｍｐｌｅｃ算法的一种所谓方程分离并行策略，对该策略的求解步骤，数据通讯并行效率等进行了分析，并与区域分裂并行策略作了比较。文末给出了计算实例，计算结果表明方程分离策略的并行粒度大，数据通讯简单，收敛性较好，采用该策略可获得较高的并行效率。

本文以fluent软件和高性能集群作为数值模拟平台,通过改变高层建筑物高度进行了并行数值模拟。并对并行数值模拟结果和集群并行计算效率进行了分析,分析结果表明：随着建筑物高度的增加,建筑物周围最大风速和最大风速比增大,建筑物对其周围空气流动的影响增强。在并行计算中,当cpu个数相同时,随着网格数量的增加,并行效率呈增加趋势但增大的幅度越来越小;当网格数相同时,随着cpu个数增加,并行计算效率呈减小趋势。

采用ｋ－ε双方程湍流模型和ｓｉｍｐｌｅ算法，对风作用下高层建筑周围的空气绕流流动进行数值模拟，从而得到高层建筑外表面上的风压分布及其他流场信息。

运用cfx流动软件的滑移网格和标准的k-ε湍流模型对工业中常用的dl型多级冲压离心泵整级进行了全三维瞬态流场的数值模拟,分析泵内叶轮与导叶间的动静干扰问题。滑移网格分别设置在多级离心泵叶轮出口、固定导叶入口与泵内流体之间的交互界面,对每个时间步求解流动方程。在任一个叶轮旋转周期内,分析叶轮入口和出口的总压值出现脉动信号频率与叶轮叶片数的关系。分析了叶轮入口和出口处总压波动的幅度。该三维非稳态模拟结果为多级冲压离心泵的水力优化设计提供了依据。

潜水搅拌机是污水处理的专用设备,目前对该搅拌器的检验、性能比较、优化设计等方面的研究,采用的是试验的方法,而应用数值模拟软件优化潜水搅拌的研究很少。应用cfd软件,利用多重参考系法(mrf),对潜水搅拌机的三维流场进行了数值模拟计算,分析并研究了潜水搅拌机的流态特性,计算了湍流状态下潜水搅拌机的功率准数,并得到了功率曲线,为潜水搅拌机的实际工程应用提供了参考依据。

给出了一种适用于计算建筑结构非定常绕流风场的大涡数值模拟算法.该算法基于有限差分法,采用曲线坐标结构网格,能精确描述形状复杂的物面边界,为下一步准确模拟含有因结构受风变形所致运动边界的绕流场奠定了基础.该算法采用投影法解耦纳维-斯托克斯方程中的压力和速度,对非定常流场的时间步进采用二阶adams-bashforth方法.采用同位网格以减少计算所需内存,为了平抑同位网格下中心差分格式导致的固有压力波动现象,计算对流速度时采用rhie-chow动量插值方法,利用编制的曲线坐标系下大涡模拟数值计算程序,对德州理工大学(ttu)建筑足尺模型绕流风场进行了模拟,所得结果与现场实测和风洞试验结果进行了比较.结果表明,本文算法是建筑结构非定常绕流风场数值模拟的有效方法.

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ｓｉｍｐｌｅｃ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测。

本文采用数值模拟方法预测由近地三维流动风引起的建筑物的表面风压。文中运用一种扩展的ｋ－ε紊流封闭模型，导得了稳态流动风的统一形式的控制微分方程。采用控制容积法对微分方程作了离散，ｓｉｍｐｌｅｃ压力校正迭代算法实现了非线性离散化方程的求解。实例计算与分析比较表明，本文的模拟方法改善了对建筑物侧风面和顶面风压值的预测。

基于fluent6软件平台,对上海市某住宅小区多个高层建筑的风场进行三维数值模拟研究.首先采用英联邦航空咨询理事会(caarc)标准模型进行可行性验证,然后对该小区风场及建筑物的风场进行了数值模拟,发现并分析了该实际建筑规划中的"喇叭口"风效应.最后,讨论了街区群楼间高度、风向、风速及建筑布局等因素的改变对风场和荷载的影响.研究表明,合适改变建筑布局、增大间距以及高度差能有效减小风荷载.

针对同一叶轮配不同导流器,通过试验分析,探索提高潜水泵效率的途径。以250qj125型潜水泵配两种导流器为例,通过cfd数值计算,预测出潜水泵的性能,将解析法求得的潜水泵最佳工况点与模拟试验结果进行了比较,其结果较为吻合。经对两种导流器内部的速度场和压力场分析,提出了增加导流器长度、增大导叶片进口冲角和壁角等方法可提高潜水泵的效率。

利用cfd软件fluent对多级导叶式清水离心泵的内部流场进行了数值模拟,得出了叶轮及导叶内部流道的速度和压力分布规律,并发现了叶轮进口回流,出口的二次流动特征等叶轮内部流动的细节,导叶出口区产生了一个低压区等流动特征。然后根据自编计算软件利用计算得到的速度场数据计算出泵的扬程、功率、效率和流量之间的关系曲线,并与试验数据进行了比较。结果表明:在设计工况附近,预测值与试验值吻合较好,在其它工况点,特别是小流量工况点,误差较大。

应用商业软件fluent6.2对600mw超临界汽轮机组的调节阀流场进行了全三维流动分析。利用ug实体建模软件对调节阀进行三维成型,通过gambit网格划分软件对区域进行非结构化网格划分。在三维数值计算中,模拟分析了调节阀在100%、50%和30%三个工况开度下的流场特性。计算结果表明,由阀碟与阀座组成的环型通道是决定调节阀的主控通流能力、流场特性和稳定性三项气动性能的关键部位。文中所研究的调节阀的阀碟采用了内凹型设计,汽流自喉部喷射后,迅速脱离阀碟,并在阀座的曲线收敛段形成附着流,避免了流经阀碟表面的周向流体的过早掺混带来的能量损失。阀碟独特的结构设计使得调节阀在各种工况开度下有着较稳定的流动状态。

采用计算流体力学的方法,对双层六直叶涡轮桨、双层六斜叶涡轮桨以及双层六直斜叶交替涡轮桨搅拌槽流场进行研究。利用laminar层流模型对其在甘油与水的混合物中产生的流场进行数值计算,得到三种不同结构形式的双层桨以恒转速200r/min在搅拌槽内转动时所产生的流场结构,对比分析轴向、径向和周向的速度矢量图、速度云图以及速度分布曲线,为层流搅拌槽的设计和实际应用提供了理论依据。

利用标准k-ε双方程湍流模型,采用vof法追踪自由水面,应用瞬态piso算法求解压力速度耦合的方法,采用结构化网格并在溢流坝顶进行网格加密,模拟计算了七孔溢洪道流场的三维水力特性,得到了设计工况的泄流能力、水面曲线、速度场。通过物理模型试验验证,两者结果吻合较好。

运用fluent软件,采取多重参考系法(mrf)和标准k-ε紊流模型对搅拌槽在水中产生的流场进行数值模拟,分析了桨叶高度和转速对三维流场的影响,并对其宏观流动特性和时均速度分布进行详细对比分析。结果表明,当上桨叶高度为1200mm、转速为1909r/min(200rad/s)时,搅拌效果最佳。

研究了高层建筑结构横风向的弯曲和扭转的耦合弛振。通过微元法建立了高耸结构的横向弯曲和扭转耦合弛振的方程式,并进行了解耦和分析。基于气流与结构间夹角的关系,对引起结构弯曲和扭转的气动力进行了分析。对固结于地面或是基岩之上的高耸结构弯扭耦合弛振的稳定性条件进行了研究。提出了一个新的求弛振的临界风速计算的简便公式,并给出了算例。算例表明:所提出的公式和对结果的分析是有效的,可以很方便地应用到工程实际中。

为深入理解和分析高温高压工况条件下某主冷却剂泵性能,采用计算流体力学方法(cfd)对其内部复杂的三维流场进行了数值模拟与分析.建立了某主冷却剂泵各部件几何模型,并对其进行网格划分.通过求解rans方程对主冷却剂泵内部三维流场进行数值求解,湍流流动采用sst模型进行模拟.计算得到该泵在高、低设计转速时的扬程、功率和效率等性能参数.计算结果与试验数据相比较,误差在4%以内.分析表明采用cfd方法模拟结构复杂的主冷却剂泵内部流动是可行的.

针对城市建筑物分布对人类活动风环境评价困难问题,引入数值模拟方法。对某大学校园局部建筑物群建立三维分析模型,分别应用三维湍流κ-ε方程中standard湍流模型、kng湍流模型和realizable湍流模型,计算了2m以下人类活动环境的风场,并与实际测量的建筑物风环境数值相比较,最终得到三种模型类型,均能满足工程计算精度要求;但相对而言,在建筑物拐角之处,由realizable湍流模型计算出来的风场更能接近实际。

为优化电磁搅拌工艺,建立了电磁搅拌过程的电磁-热-流体耦合场数学模型,并用ansys软件进行了三维数值模拟。结果表明,电磁搅拌时坩埚内浆料中磁感应强度、速度场以及温度场均呈三维分布,浆料顶部中心区域的速度分布揭示了增强颗粒进入浆料的动力学条件,而浆料内的循环流以及坩埚壁附近的剪切流可使初生相、增强颗粒与流体之间产生摩擦、剪切和碰撞,为得到球状晶和实现增强颗粒的复合创造了条件。温度场计算结果表明,在制定搅拌工艺时,应根据合金的两相区大小和增强颗粒加入量等,使冷却速度和搅拌时间相匹配。电磁搅拌可使温度分布均匀,扩大等温区,有利于晶核的形成及按等轴晶方式长大,为得到半固态组织创造了条件.

含闸墩溢流坝三维过坝水流数值模拟——利用有限体积方法对含闸墩溢流坝过坝水流三维流场进行数值模拟，采用k-ε两方程模型模拟湍流，利用流体体积（vof）法确定自由水面线，分别对两种墩型过坝水流进行计算，给出了3种水头下的水面线及坝面压力，通过与实验结果...

为了防止和消除双向流道泵装置进水流道内的漩涡和涡带,确保水泵机组的安全运行,在双向进水流道底部泵进口下方加设曲线导流墩。通过cfd软件对设导流墩的双向流道泵装置内部流动进行数值模拟,获得泵装置内部的三维流动速度场,并预测了泵装置的性能。结合模型泵装置试验的内外特性,着重研究了双向进水流道的出口流速分布及其对泵装置性能的影响。计算结果表明加设导流墩的双向进水流道出口断面流速分布较为均匀,流速均匀度达到93%,满足水泵运行的需要;装置性能良好,最优工况点的装置效率为68.89%。模型试验观测显示导流墩的设置有效地防止水泵进口下方涡带的产生,在各种试验工况下进水流道内均未发现涡带,水泵运转平稳无振动,可保证机组安全可靠运行。比较进水流道出口流速分布的计算结果与模型试验结果,二者在总体结构上相近,数值模拟对泵装置性能预测结果在最优工况点与试验结果基本吻合。

高层建筑结构风荷载数值模拟研究