一、玻尔兹曼网格方程在长输管道瞬变流中的应用（论文文献综述）
董加新[1]（2021）在《波追踪法计算泵站水锤的研究与应用》文中指出泵站工程普遍应用于跨流域调水、城市供水、农业灌溉领域,泵站运行中水力过渡过程频繁发生是泵站安全、输水管路稳定运行的主要威胁。开展水力过渡过程进行精确的模拟预测,并采取有效的防护措施来避免或最大程度的减小水锤带来的不利影响,对泵站工程安全应用具有重要意义。本文建立了波追踪法应用于泵站水锤计算的数学模型,分析了波追踪法和特征线法计算水锤的异同,并以现场实验数据验证了本文模型的准确性,主要成果如下:首先,以波追踪法为理论基础,建立了波追踪法在各种边界条件上的应用模型,推导了波追踪法求解水泵-管道系统水锤方程,将Suter算法与波追踪方程联立求解水泵边界条件,另外,通过断流空腔产生时腔内压强大小与水锤波需在连续介质传播的定律,推导出断流弥合水锤的方程。其次,采用波追踪法及特征线法分别计算无阀管路及存在断流弥合现象的泵站水锤,讨论了波追踪法和特征线法在理论、求解过程和计算精度上的异同。经计算得到的水泵过渡过程参数和断流弥合处参数的变化规律表明,两种算法的理论本质上是一致的,但波追踪法直接计算压力波（与初始值的水头差值）;不考虑管道摩阻损失时,两者的计算结果完全一致;而考虑摩阻时,由于对摩阻项处理方法的差异,导致两者计算结果略有差异,两者相对差值小于0.3%,两种算法具有相同计算精度;计算断流弥合处的瞬变参数变化时,得到的最大值和最小值相同。对于复杂管路或管网系统,波追踪法可直接依据泵站管道的边界条件计算管道内的水力过渡过程,无需采用数值算法,计算效率相较于特征线法提高。最后,采用波追踪法对南乌牛二级泵站的事故停泵水锤、正常停泵水锤、启动水锤进行模拟计算,研究管路中的流量及压力变化情况。波追踪法计算各参数的变化趋势与实验结果一致,计算具有较高的精度,验证了本文计算模型的准确性,为波追踪法应用于泵站水锤计算奠定了基础。
万五一,陈潇逸,张永进[2]（2020）在《基于MacCormack格式的变网格瞬变流模拟》文中认为输水工程中的水锤现象是设计和运行部门极为关注的问题,数值模拟是管路系统中水锤压力预测和控制的重要环节。为了对变特性管路系统的水锤进行数值模拟,建立了基于MacCormack格式的变空间步长的水锤计算模型（V-MCS）。通过与经典的Method of Characteristics（MOC）方法及固定步长的MacCormack（MTMS）方法模拟结果的对比,对V-MCS方法进行了验证。采用V-MCS方法模拟了变特性管路系统中的水锤过程,获得了管道压力与流量波动过程以及全线极值压力分布情况。结果表明,在变特性管路系统中,V-MCS方法可以有效地对复杂管路水锤现象进行模拟。该方法在空间网格划分上更为灵活,可根据计算需求对管道各个区域选取不等的空间步长,能在一定程度上减少计算断面数量,在不改变管路固有波速的情况下可实现对复杂管路系统的同步水锤模拟。
李晓庆[3]（2020）在《原油集输管道中石蜡熔化与流动特性数值研究》文中认为我国原油大多具有高凝高粘高含蜡的“三高”特点,需要加热集输。原油的含蜡量高导致井筒及集输管道壁面结蜡,一般采用停井热洗的方法清除。如何在保证安全生产的前提下,节约加热集输能耗和提高热洗清蜡效率,是油气集输系统运行管理的关键。原油被加热时其相变的组分主要是其中的石蜡,因此掺热水集输原油和热洗清蜡,都涉及石蜡水中熔化问题。对熔化过程进行调控,提高熔化速率,需要揭示这一过程的传热与流动特性。集输管道中胶凝原油及石蜡熔化是相变传热及多相流领域的重要问题,对其开展深入研究不仅具有理论价值,还对石油、石化及建筑等多个领域的节能降耗有重要的指导意义。本文采用实验研究、理论研究及数值研究相结合的方法,开展集输管道中石蜡熔化及流动特性研究。通过宏观和微观尺度实验研究石蜡熔化时的区域划分方法和依据,建立能够描述相变潜热与液相率之间非线性特征的数学模型。在代表单元体积（REV）尺度模拟约束边界内石蜡熔化过程,通过尺度关联在宏观尺度下开展石蜡熔化及流动特性数值研究。通过方腔石蜡熔化可视化实验,确定了石蜡熔化过程中存在固相区、模糊区和液相区,利用数字图片及红外热像图追踪相界面的移动过程;借助显微实验拍摄不同温度下模糊区中孔隙结构的演化过程,揭示了模糊区存在多孔介质区和多相流区两个区域。根据偏光显微（POM）图片捕捉到固态蜡晶与液态石蜡之间连续相与离散相的转变关系,对POM图片进行统计学分析,给出实验条件下多孔介质区向多相流区转变的临界液相率。研究结果表明,按照液相率由高到低的顺序,石蜡熔化过程分为液相区、多相流区、多孔介质区和固相区等四个区域。定义了能够体现熔化潜热与温度之间非线性关系的区间相变热,根据差示量热法的DSC（Differential scanning calorimeter）曲线拟合区间相变热随温度的变化关系;利用气相色谱法确定石蜡的碳数组成,获取液相率随温度演化的函数关系。根据熔化区域划分结果,考虑熔化潜热随液相率的非线性关系,在REV尺度下建立了适用于各区域的相变热-多孔介质模型。建立约束边界内混合物熔化的格子Boltzmann模型（LBM）,研究多孔介质方腔内熔化特性。应用LBM的双分布模型（DDF-LBM）从介观尺度求解相变热-多孔介质模型,依据方腔自然对流的基准解验证DDF-LBM求解的准确性,并结合方腔内石蜡熔化可视化实验结果,验证相变热-多孔介质模型对于移动相界面追踪及液相率预测的正确性。结果表明,可视化实验与数值计算的液相率结果的最大相对误差为8.40%,平均相对误差为3.72%。在此基础上开展不同Pr数、Ra数、相变半径及平均相变温度下的方腔内石蜡熔化的数值研究,结合数值结果分析熔化行为特性关于各影响因素的敏感性。研究结果表明,熔化过程的持续时间关于Pr数最敏感;熔化终态时的平均无量纲温度关于Ra数最敏感;液相分数关于平均相变温度最敏感;模糊区体积分数则关于相变半径最敏感。以物性参数为桥梁,通过尺度关联,建立了流体体积（VOF）耦合相变热-多孔介质模型,通过实验验证模型的准确性,开展集输管道中石蜡熔化及流动特性研究。模拟石蜡在自然对流与强制对流条件下熔化及熔化后的流动过程,分析水温、石蜡球尺寸、石蜡初温及水的流速对石蜡球中心温度和液相率的影响。基于数值研究结果,将熔化阶段划分为非正规熔化阶段和正规熔化阶段,并利用无量纲分析,提出了两种不同流场条件下熔化过程无量纲时间Fo数关于Ste数、Ra数、Rep数及过冷度Ci的关联式。研究胶凝原油在水中的熔化与流动特性,提出了胶凝原油水中熔化无量纲时间的计算关联式,分析不同Bo数和We数对两相流动行为的影响。研究表明,界面张力是影响液滴断裂和形变的关键因素,当界面张力超过临界值后,液滴在连续相流场中不仅变形度明显减小,而且不会发生断裂现象,可以通过表面活性剂在较大范围内有效调控两相流动特性。本文的研究致力于复现和刻画石蜡水中熔化及流动特性,研究方法可为石油、化工及建筑等领域中混合物的相变熔化及流动问题提供借鉴;研究成果可为科学制定原油集输和清蜡方案,保障安全输送提供理论依据及技术支持。
孙鑫南[4]（2020）在《基于Modelica的蒸汽管网系统热工水力动态特性分析》文中研究表明随着我国工业化和城镇化的持续加速发展,我国对供热的需求逐步增长。热电联产机组由于能提高能源利用效率,优化能源结构而成为城市工业主要供热热源,并以大型区域供热锅炉为中心,淘汰附近分散小型锅炉,逐步形成以“燃煤热电联产+大型锅炉房+其它清洁（或可再生）能源供热”的供热格局。为进一步提高热电联产集中供热系统的能源利用率,更好地发挥该系统在提高企业的生产率、降低生产成本的特点,还兼顾热电机组配置蓄热、储能等设施参与电网调峰调频,这需要利用计算机技术对蒸汽供热系统进行建模与仿真,了解管网内蒸汽的运动状态、知道管网的热工水力动态特性。本文提出了一种基于Modelica的蒸汽供热管网动态仿真模型,综合考虑了蒸汽流动过程的蒸汽参数波动、可压缩性、状态变化、摩擦和传热等多种因素的作用,且数学模型更简单、拓扑结构更贴合实际、模型求解速度快。以工程热力学、传热学、流体力学等理论为基础,通过引入水和水蒸汽的热力性质计算公式、蒸汽管网水力和热力计算模型理论,建立了考虑蒸汽介质流动状态的热工水力动态耦合模型。基于网络图论理论、基尔霍夫定律,建立了供热管网的水力计算模型;基于管道的散热过程,建立供热管网的热力计算模型;基于三大守恒方程、阻力损失方程、散热损失方程和介质状态方程,推导出蒸汽供热管道的热工水力耦合动态模型。详细阐述了Modelica语言特色和OpenModelica仿真环境,确定了Modelica在蒸汽供热系统上建模与仿真的优势。针对蒸汽供热系统的建模与仿真,在研究供热系统内各设备设施组件的物理行为后,建立以数学方程来描述动态管道、阀门、泵、热源与热用户、介质、传热过程等模型基础上,从而采用面向对象的陈述式物理建模语言Modelica来尽可能详细的系统的动态行为。基于Modelica语言编写相应的单元设备模型,再与Modelica内的标准库相结合,形成适用于蒸汽管网供热的区域供热系统模型库,建立了一整套统一的区域供热系统Modelica模型库——DistrictHeatingSystem。随后利用该模型库搭建实际的管网系统,在OpenModelica仿真平台下进行仿真验证。将采集来的源端数据作为仿真模型的输入,对该设定工况下的蒸汽供热系统进行了仿真验证,对比末端仿真数据与实测数据,结果与实测数据总体误差小于2%,能够极大的满足工程计算要求。并进一步仿真分析了蒸汽供热管网的热工水力动态响应过程,分析过渡过程及瞬态过程系统的运行状态特征,量化出管网的滞后性和衰减性等动态特性;最后,基于模型对蒸汽管网系统的暖管动态特性与蓄放热动态特性进行了仿真实验,提出了蒸汽管网间歇运行的解决方案,获得了管网的蓄放热储能特性,并给出了相应的蓄放热能力计算公式和蓄、放热评估指标。
姜博浩[5]（2019）在《基于水力瞬变分析的粘弹性管道本构参数辨识》文中提出在我们生活的环境中有各种各样的管道,大到城市供气管道,小到用户输水管道。随着科技的进步,尤其是高分子材料技术的发展,管道的材质也发生了变化,从原来的铸铁管、不锈钢管向塑料管过渡。现阶段对于水力瞬变问题的研究大多集中在传统的弹性管道上,而对于像塑料管这种粘弹性管道的研究还在起步阶段。考虑到输水管道在运行时的安全问题,本文通过建立粘弹性管道瞬变流模型,瞬变流模拟计算,瞬变流实验以及后续的瞬变反问题分析等方法对粘弹性管道在瞬变流情况下的压力波动情况进行了研究并对粘弹性管道的本构参数进行了辨识。首先,从理论的角度出发,结合连续性方程和运动方程推导出粘弹性管道纯液相瞬变流基本微分方程并在此基础上明确粘弹性管道的本构关系,后建立粘弹性管道的力学模型,本文采用的模型为广义Kelvin-Voigt模型;后对建立的基本微分方程进行求解,求解过程用到了有限差分法;建立粘弹性管道瞬变流模拟模型,应用MATLAB进行编程;将文献中已知实验数据代入程序中进行计算,得到管道中压力随时间的变化曲线,分析其中的规律并与实验数据作对比,以此说明所建模型的准确性。然后,设计并搭建实验台。本实验台采用弹性管道和粘弹性管道混合的形式,管道的主体部分为不锈钢管,其余部分为塑料管,其中粘弹性管道两端装有活接头,方便更换不同材质的管道,以此来达到多管材实验的目的;当弹性管道中接入粘弹性管道后,管道系统的固有频率及瞬变流波速将会发生变化,整体性能表现为粘弹性;应用该实验台对HDPE管和MDPE管道进行了瞬变流实验,实验得到了管内压力随时间的变化曲线,分析其变化规律并与前面模拟所得规律进行对比,说明了本实验台的合理性,并为后文反问题分析粘弹性管道的本构参数打下了基础。最后,在粘弹性管道瞬变流模拟程序和本文自主实验数据的基础上,应用反问题分析的方法对实验中的两种粘弹性管道的本构参数进行辨识。以最小二乘法为理论支撑,应用尝试计算的方法对高密度聚乙烯管和中密度聚乙烯管的本构参数进行辨识,并对辨识结果进行了误差分析。综上所述,本文建立了粘弹性管道纯液相瞬变流模型,并应用该模型进行了模拟计算;搭建了粘弹性管道瞬变流实验台并进行了实验研究;以系统辨识理论为基础,应用瞬变反问题分析了粘弹性管道的本构参数,为粘弹性管道的瞬变流研究提供了参考依据。
宋波凯[6]（2019）在《基于压力波法的天然气管道堵塞检测方法研究》文中指出随着我国社会经济的不断发展,人民群众的生活质量和水平不断提高。现如今,我国对天然气的消耗正在不断增加,天然气已成为人们日常工作、生活中不可缺少的消耗能源。管道运输是天然气能源的主要运输方式之一,为实现天然气行业健康可持续发展的战略目标,我国已开始着手建立趋于完善的天然气供输管网系统。然而,随着时间的推移,我国部分天然气管道将进入事故频发的老龄化阶段。另外,因为管道设计缺陷、自然环境条件复杂、管道跨越地区多、流体介质类型多样、管材腐蚀老化、人为因素等原因,在天然气管道运输过程中很可能发生堵塞等事故。管道堵塞是日常维护中难以发现的,不但会影响正常的生产,后期的排堵工作也会消耗大量的人力物力,给人们的生命财产和生存环境造成巨大的威胁。为确保天然气在运输过程的安全性、经济性、环保性,提高天然气管道的使用寿命,需要我们不断加强对天然气管道的建设和维护。所以,对天然气管道堵塞检测方法进行深入研究,探寻一种有效实用的管道堵塞检测方法是非常有必要的。本文对基于压力波法的天然气管道堵塞检测技术进行了研究。根据天然气管道堵塞的类型建立物理模型;基于管道流体力学和热力学的相关理论,建立完整的天然气管道堵塞非稳定流动数学模型;分析总结各种数值计算方法的原理和特点,优选特征线法作为模型求解方法,提出适合管道堵塞的边界条件,通过软件Matlab设计模型验证程序;通过对管道瞬变流过程的分析,介绍基于压力波法的管道堵塞检测与定位方法,推导压力波在管道介质中的传播速度计算公式,提出确定非完全堵塞检测特征的方法;采用小波变换法对压力波信号的处理技术进行研究,模拟小波消噪过程,对比优选小波基函数,提出判断信号在某点是否有奇异的方法,得到压力波法和小波变换法相结合的堵塞定位方法;通过软件Matlab对天然气管道稳定运行、发生完全堵塞及发生非完全堵塞三种情况进行了数值模拟仿真。模拟结果表明,本文建立的天然气管道堵塞瞬变流模型正确性较高;完全堵塞时堵塞点定位相对误差为1.76%;非完全堵塞时堵塞点定位相对误差为0.95%。因此,本文研究的基于压力波法对天然气管道堵塞进行检测是可行的,且精度较高,满足工程要求。
王双强[7]（2019）在《基于浸没式光滑点插值法的流固耦合算法研究》文中提出流体与结构相互作用问题是多分支学科的交叉融合,是船舶与海洋工程中最典型的力学问题之一。在新型船舶与海洋工程装备开发过程中,会涉及到各种各样复杂的流固耦合问题,如水下立管的涡激振动问题、液舱晃荡问题及结构物高速入水砰击问题等等,这些问题都对计算技术和计算方法提出了更高的要求。目前任意拉格朗日欧拉（Arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE）算法是应用较为广泛的流固耦合数值算法,然而在模拟流固耦合问题涉及到固体大变形、旋转运动及接触现象时,需要进行流域网格调整甚至重新生成,这个过程繁琐耗时且网格的频繁变形导致其质量下降结果精度降低。浸没边界法（Immersed Boundary Method,IBM）采用非贴体网格离散固体边界,避免了移动边界带来的流域网格变形问题,为解决复杂流固耦合问题指引了新的方向并促进了浸没方法的发展。在浸没方法框架内,有限元法（Finite Element Method,FEM）是处理固体运动与变形经常采用的求解器,而传统FEM采用低阶单元时兼容应变连续性差、计算精度低,限制了简单三角形或四面体单元的应用。基于广义梯度光滑技术的光滑点插值法（Smoothed Point Interpolation Method,S-PIM）,结合了 FEM 和无网格法的优势,解决了长久困扰FEM的由于模型刚度过硬带来的一系列问题,显着提高了基于非结构化网格的计算性能,在固体力学线性与非线性问题中表现出良好性能。本文基于浸没方法框架下,耦合基于线性背景网格的S-PIM模拟非线性固体大变形,开发出适用于不同流固耦合问题的数值算法。主要研究内容如下:（1）在详细介绍了 S-PIM的不同光滑域构造格式及非线性固体材料模型和详细求解流程基础上,基于浸没方法框架下耦合S-PIM提出了浸没光滑点插值法（Immersed S-PIM,IS-PIM）。方法采用半隐式特征线分裂（Characteristic-Based Splitting,CBS）算法求解不可压缩粘性流体,通过引入虚拟流体计算耦合力,在处理二维问题时流固两相均采用简单的三角形单元离散,同时构造高阶插值格式用以实现流固界面处信息交换,能够发挥浸没方法处理复杂移动边界时无需网格重构的优势。通过数值算例验证了 IS-PIM在模拟大变形流固耦合问题的准确性和有效性。接着将IS-PEM应用于带分流板的圆柱尾流控制问题,考虑了与圆柱不同间距的分流板分别为刚性和柔性及单体和双体时平均阻力系数和斯托哈尔数变化趋势,分析了相应情况下分流板抑制圆柱尾涡的生成和脱落机理,同时比较了不同形式下分流板减阻效果及变化规律。（2）在IS-PIM基础上,通过进一步采用点基局部光滑点插值法（Node-based Partly S-PIM,NPS-PIM）作为固体求解器,提出了浸没点基局部光滑点插值法。NPS-PIM将模型软化程度较高的点基光滑点插值法和模型刚度偏硬的FEM相结合,基于点基局部梯度光滑技术得到适当软化的模型刚度非常接近精确解刚度,进而提高了流固耦合模型模拟大变形固体的准确性。尤其是在模拟固体扭曲变形严重的流固耦合问题时,流固耦合模型中因固体模型刚度不同会导致位移结果的显着差异,而本文提出的浸没点基局部光滑点插值法仍然能够提供与参考解非常接近的数值结果。（3）针对CBS算法作为流体求解器需要求解压力泊松方程、非常耗时并且占用大量计算资源的问题,采用演化方程简单且计算高效的格子玻尔兹曼法（Lattice Boltzmann Method,LBM）作为流体求解器,提出了 LBM与S-PIM耦合算法。在模拟不可压缩粘性流体流动时,LBM计算时间远远小于CBS,同时结果准确性也好于CBS的结果。数值结果显示,本文提出的LBM与S-PIM耦合算法在浸没方法框架下能够有效处理复杂移动边界,在较大的流固网格比范围内能够保持数值稳定性,计算简单效率高,在相同条件下比LBM与FEM耦合算法的结果精度高,具有大规模计算的潜力。（4）为有效模拟自由液面翻卷与破碎等强非线性流固耦合问题,利用光滑粒子水动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）法作为流体求解器,提出了 SPH 与 S-PIM耦合算法。与IS-PIM中虚拟流体引入方式相同,在固体域内引入虚粒子利于施加流固耦合条件,采用改进的耦合动力学边界条件处理固壁,采用密度正则化改进压力结果,提高了压力场求解的稳定性。在溃坝、晃荡和高速入水砰击问题中,验证了 SPH与S-PIM耦合算法能够有效地处理同时涉及自由液面大变形和固体大变形的流固耦合问题。
吴家阳[8]（2018）在《发展浸没边界-格子Boltzmann方法模拟水电工程流场》文中提出在科学研究、工程应用和日常生活中,流固耦合现象随处可见。在这一过程中,流态取决于结构体的形状及其运动,反过来结构体的运动和变形又受制于流体施加的力。科研和工程领域急需能从数学上准确阐明流固耦合过程所有细节的方法。由于流固耦合过程内蕴的非线性和非定常性等原因,使得采用经典方法分析存在诸多困难。与此相反,流固耦合的数值模型在近十年间取得了飞速发展,特别的,作为当下研究的热点,浸没边界-格子Boltzmann（IB-LB）方法被证明是研究流固耦合现象行之有效的途径。浸没边界-格子Boltzmann法的研究已经持续了十多载,在提出该方法之初的许多弊端都已经有效解决,比如速度无滑移边界无法准确模拟等。该方法便于实现,编程简单,健壮性好等优点使之成为时下的研究热点。然而时至今日,在将IB-LB方法应用于工程实际时,暴露出如下三个问题:1.计算大规模复杂流固耦合问题效率低下,计算通常持续数周之久;2.模拟高刚度弹性结构稳定性较差;3.模拟传热流固耦合问题时,在浸没边界处存在温度误差,致使边界模拟精度下降。上述问题限制了 IB-LB方法成功应用于工程实际。为了发展现有IB-LB方法,并将改进后方法推向水电工程应用,本文主要围绕如下几个方面展开工作:1.发展现有IB-LB方法,解决其稳定性差和边界模拟精度低的缺点。采用传统IB-LB方法模拟温度场时,在浸没边界处会出现温度误差。为了消除温度误差、提高温度边界的模拟精度,提出一种基于迭代修正热源的IB-LB方法。本模型基于Cheng的源项引入方式,热源被视为未知量而采用迭代修正迫使温度边界条件精确满足。经算例验证,本方法具有一阶空间收敛性,且当LB松弛时间位于特定范围时,温度误差能得到有效消除。结合二维平板间的热传导算例,通过理论分析,确定了温度误差与LB松弛时间的关系式,揭示了温度误差的来源,且发现当松弛时间ι<1.624时,本方法精度高于直接热源法。此外,显式或半隐式离散的IB-LB方法稳定性较差,特别在计算高刚度弹性结构时问题突出。为了提高IB-LB方法的稳定性,本文针对IB-LB的插值方程提出一种全隐离散格式。其中外力项采用Cheng所提方法引入,且由罚方法来处理边界质量。典型算例显示,相对于传统显格式,本方法能将最大时间步长提高200倍,且弹性体的最大抗弯刚度能提高40-200 倍。2.提出了一种在GPU平台上并行IB-LB方法的策略。在格子Boltzmann（LB）方法中,对于迁移步骤所产生的内存访问的非对齐问题,采用一维线程块和共享存储器解决。在浸没边界（IB）法中,所有子过程,包括速度插值、边界力计算和作用力扩散,采用不同的GPU核函数实现。另外为了充分利用数据并行性和保证数据访问的合并行为,使用一维数组存储浸没边界信息。典型算例显示,所有GPU核函数的带宽利用率均达到60%以上,且相对于CPU串行程序取得百倍加速比。3.在前述GPU并行基础上,提出一维-三维耦合的IB-LB河库瞬变流模拟方法,克服了传统断波法和数值解一维/二维浅水方程难以考虑涌浪横/垂向运动、机组进水口三维流动和实际三维地形的缺点。其中,狭长河道由一维浅水LB模型模拟,而三维流动显着区域则用三维自由液面LB方法模拟。实际河床地形从GIS软件提取,且地形边界条件由IB方法实现。模拟了某水利枢纽大江机组甩负荷、二江机组等流量运行时上水库的涌浪过程。得到了水库水面线、各部位水位的历时过程,确定了最大、最小涌浪高度及其衰减规律。由频谱分析得到的水位波动各主频成分与由物理规律的分析结果一致,说明本模型计算实际河床式电站瞬变流效果较好。4.为了将经GPU加速的IB-LB方法应用于水力机械瞬变领域,提出了一种动边界处理方法,并实现了贯流式水轮机甩负荷过渡过程的模拟。其中,水轮机和活动导叶由基于刚体欧拉角的IB方法处理,而蜗壳和尾水管则由LB高效的曲面边界格式实现。计算得到了转轮转速、力矩、轴向水推力和管道内压力的历时曲线,并由此确定了最大转速上升率和最大转速上升时间等参数,证明了本方法在水力机械数值仿真领域有较好的应用前景,为今后计算实际工况过渡过程奠定基础。本文从稳定性、边界模拟精度和计算效率三个方面发展现有IB-LB方法,突破IB-LB方法的应用瓶颈,并将改进后方法首次应用于水电工程流场的计算。在现有成果基础上,今后的研究重点可以从高雷诺数湍流模型入手,解决采用浸没边界法模拟湍流问题的难题,推进IB-LB广泛服务于实际工程问题。
耿晓茹[9]（2018）在《障碍物对天然气管道喷射火影响的实验及数值模拟研究》文中研究说明天然气管道在储存运输的过程中,由于各种原因会发生泄漏。如果遇到明火往往会形成喷射火灾、爆炸等严重事故,造成巨大的经济损失,其中喷射火灾发生频率高且造成的破坏也非常大。火灾燃烧现场通常存在大量建筑和机械设备,障碍物的位置会使火焰燃烧特性发生变化。因此研究障碍物与火焰的相互作用,对降低火灾造成的后果有重要的意义。基于理论研究,本文设计并搭建了小尺寸喷射火实验平台,制作出不同尺寸大小的障碍物,开展了一系列小尺寸的模型实验。根据实验研究的目的,详细探讨了不同工况下障碍物与火焰作用的抑制效果。研究发现,火焰与障碍物作用过程中,会出现不同程度的形变,减小火焰的燃烧面积,有效阻挡火焰在水平方向的传播;障碍物高度越高,对控制火焰传播的效果越好,但随着障碍物高度的增加,后方温度和辐射下降幅度减小;障碍物宽度越小,可燃气体扩散到障碍物后方的涡团浓度越大,容易在后方加剧燃烧使温度升高,而障碍物后方温度较低,并且小于没有障碍物的情况;随着障碍物与泄漏孔间距的增加,在轴线方向的温度变化呈先增大后减小的规律,最高温度分布区域约为火焰长度的40%50%。障碍物交错布置时,障碍物前方所产生的温度比平行放置时增加40%,障碍物后方温度增加53.2%,交错障碍物大大提高了火焰湍流强度,并且增加了周围火焰的温度和辐射,所以在实际环境中,应该避免环境中的障碍物交错布置。其次采用数值模拟方法,模拟采用PDF非预混燃烧模型和κ-ε湍流模型。对实验工况进行了有效性验证,得到模拟结果与实验结果吻合较好。并采用数值模拟对障碍物条件下火焰的传播特性进行了深入研究,定性研究了障碍物的高度、宽度、与泄漏孔间距对火焰燃烧特性的影响规律,为量化分析障碍物对喷射火的控制效果奠定了理论基础。此外,本文得到了在无障碍条件下火焰长度与佛罗德数的修正公式,并对辐射计算模型进行了公式验证,得到线源模型与实验值能够有很好的吻合,最后对有障碍物时火焰长度进行讨论,得到有障碍条件下火焰的长度公式。
朱炎[10]（2018）在《基于气液两相流的输水管道稳态振动及瞬变过程研究》文中研究指明输水工程是城市的生命线工程,输水管道安全运行直接影响到居民与企业的正常用水,保障输水管道安全对维护社会稳定及促进经济发展来讲意义重大。由于泵等机械设备卷入空气、水中溶解空气的释放以及气阀排气不畅等原因,输水管道中实际上是气液两相共同流动的状态。输水管道的安全隐患在稳态流动下主要表现为气液两相流引起的管道振动,在瞬态过程中主要体现于瞬变流升压有可能造成爆管,因此,本文主要针对气液两相流作用下输水管道稳态振动特性以及瞬态过程中的气液两相瞬变流进行研究,并基于气液两相流型分类对管道含气状态识别进行研究,为今后排气阀的维护提供指导。本文共选取144组气水工况对不同布置形式下输水管道中的气液两相流型进行研究,并通过对气泡运动进行受力分析得知,水平管中管道压力越高,气泡运动速度越快;水温升高会使气泡平均直径变大及运动速度变慢。气液两相流作用下水平管的振动强度一般会随着水流速度增大而加剧,但其受含气率的影响更大,气体存在会使水平管振动频峰往低频方向偏移,且会导致低频峰处的振动加强。管道轴向振动加速度的幅值随着含气率的增加而增大,在弯头处表现的更为剧烈。蝶阀造成的管道振动在低含气率下与球阀相当,而在高含气率下,蝶阀造成的管道振动明显更加剧烈。通过对简支管道系统固有频率分析发现,系统固有频率随着管径增加而增大,弹性模量大的管材能提高管道系统固有频率,而材料密度增大会降低固有频率。通过对埋地管道振动数值模拟发现,当管道约束一致、内壁加载相同且管道规格相同时,管材弹性模量越大,管道振动越小;同种管材的管道,管径越大,管道振动越小。在正常输水管道的埋深范围内,埋深增加并不能减小管道振动。当管道底部形成弱约束环境时,管道振动会导致管底位移变大并影响到底部土壤,从而削弱了管顶振动,使得管顶位移变小。本文在装置试验的基础上,基于离散蒸汽空腔模型（DVCM）和离散气体空腔模型（DGCM）建立了两个将非稳态摩阻和管材黏弹性考虑在内一维气液两相瞬变流模型。通过实验数据和模拟结果发现,DVCM能够准确模拟低含气率下的气液两相瞬变流,而DGCM更适合对可能发生气液两相瞬变流的管线进行安全设计。基于DVCM数值模拟的结果表明,气体存在会导致黏弹性效应（VE）对瞬变流压力的衰减作用大为削弱,非稳态摩阻（UF）和VE对瞬变流压力衰减作用的相对重要性会随着含气率增大而呈现变大趋势。在黏弹性输水管道中,含气率（?）对瞬变流频率的影响比黏弹性效应大得多,因此,在黏弹性管道中应用瞬变流模型时,建议当?（27）1%时,不仅要对波速和稳态摩阻进行校核,还要对黏弹性参数进行校核;当1%???2.37%时,只需对波速和稳态摩阻进行校核。通过对下降管压力信号时频特征分析得知,下降管中泡状流的压力波动比较平稳,随着含气率的增大,压力信号的波动也越来越剧烈,总体上不同流型压力信号的波动幅度按从大到小排列分别为:层状流、回流流、段塞流、泡状流。不同流型压力信号在频域的分布主要集中在10 Hz以内,泡状流压力信号在频域内没有明显的主频,而段塞流、回流流和层状流压力信号在频域的主频（接近0 Hz）则是逐渐明显。本文基于压力信号构造了两个支持向量机（SVM-1和SVM-2）来识别下降管中的含气状态,SVM-1用于将泡状流从其他三种流型中分离出来,SVM-2则是用于将段塞流与回流流、层状流分离出来。数值实验结果表明,功率谱密度（PSD）特征最适合SVM-1,而短时过零率（SZR）特征最适合SVM-2。压力信号预处理采用简单平滑滤波方式比小波滤波效果更好,且压力信号采样率越高识别精度越高。通过实验数据验证,当采样率为1 k Hz,采样时间为8 s时,SVM-1和SVM-2都达到了最佳识别精度,分别为94.3%和93.9%。
二、玻尔兹曼网格方程在长输管道瞬变流中的应用（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、玻尔兹曼网格方程在长输管道瞬变流中的应用（论文提纲范文）
（1）波追踪法计算泵站水锤的研究与应用（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 基本理论的研究现状 |
| 1.2.2 水锤的计算方法 |
| 1.2.3 水锤的防护进展 |
| 1.2.4 断流弥合水锤的研究进展 |
| 1.3 现阶段计算方法存在的不足 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 技术路线图 |
| 第二章 波追踪法的基本理论模型 |
| 2.1 泵站水锤 |
| 2.1.1 泵站水锤的分类 |
| 2.1.2 水击的传播过程 |
| 2.2 水锤的基本原理 |
| 2.2.1 运动方程 |
| 2.2.2 连续性方程 |
| 2.2.3 波追踪方程 |
| 2.3 边界条件 |
| 2.3.1 波守恒定律 |
| 2.3.2 水库处 |
| 2.3.3 串联管道变径处 |
| 2.3.4 管道死堵头处 |
| 2.3.5 T-型管道处(A_2=A_1+A_3) |
| 2.3.6 枝状管网连接点处 |
| 2.3.7 水泵处的边界条件 |
| 2.3.8 断流弥合水锤处的边界处理 |
| 2.3.9 下游阀门处的边界条件 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 波追踪法与特征线法对比分析 |
| 3.1 无阀管路停泵水锤计算 |
| 3.1.1 计算结果分析 |
| 3.1.2 波追踪法和特征线法的理论分析 |
| 3.2 存在断流弥合的停泵水锤计算 |
| 3.3 小结 |
| 第四章 波追踪法计算泵站水锤的实验验证及分析 |
| 4.1 南乌牛二级泵站概况 |
| 4.1.1 基本参数 |
| 4.1.2 计算确定的参数 |
| 4.2 正常关泵水锤计算 |
| 4.3 事故停泵水锤计算 |
| 4.4 淹没管道启动水锤计算 |
| 4.5 空管启动水锤计算 |
| 4.5.1 计算模型 |
| 4.5.2 空管启动水锤计算 |
| 4.6 现场实验 |
| 4.6.1 实验过程及结果分析 |
| 4.6.2 理论计算及试验结果分析 |
| 4.7 小结 |
| 第五章 结论与展望 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 展望 |
| 参考文献 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
（3）原油集输管道中石蜡熔化与流动特性数值研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 创新点摘要 |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 原油与石蜡熔化研究 |
| 1.2.2 固液相变问题的数学模型 |
| 1.2.3 固液相变及多相流问题求解方法 |
| 1.3 本文主要研究内容 |
| 第二章 石蜡熔化区域划分实验研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 方腔内石蜡熔化可视化实验 |
| 2.2.1 可视化实验装置设计 |
| 2.2.2 可视化实验结果 |
| 2.3 固液相变模糊区液相率演化实验 |
| 2.3.1 液相率演化实验设备及方法 |
| 2.3.2 液相率演化实验结果 |
| 2.4 石蜡熔化过程的区域划分 |
| 2.5 本章小结 |
| 第三章 石蜡熔化问题数学模型建立 |
| 3.1 相变热-多孔介质模型基本思想 |
| 3.2 区间相变热的确定 |
| 3.3 液相率与温度间函数关系的确定 |
| 3.4 相变热-多孔介质数学模型建立 |
| 3.4.1 相变热-多孔介质模型的基本构架 |
| 3.4.2 各区域的相变热-多孔介质数学模型建立 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 基于格子Boltzmann方法的石蜡熔化模型 |
| 4.1 格子Boltzmann方法的基本理论 |
| 4.1.1 从连续Boltzmann方程到格子Boltzmann方程 |
| 4.1.2 单松弛(LBGK)模型 |
| 4.1.3 基本模型的宏观方程 |
| 4.1.4 格子Boltzmann方法的边界条件 |
| 4.2 石蜡熔化问题的格子Boltzmann模型建立 |
| 4.2.1 热多组分格子Boltzmann模型 |
| 4.2.2 石蜡熔化的DDF-LBM模型建立 |
| 4.3 石蜡熔化模型验证 |
| 4.3.1 格子无关性验证 |
| 4.3.2 DDF-LB模型验证 |
| 4.3.3 相变热-多孔介质模型的验证 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 约束边界内石蜡熔化LBM数值研究 |
| 5.1 表征熔化过程的无量纲数 |
| 5.2 Ra数的影响 |
| 5.3 Pr数的影响 |
| 5.4 相变半径的影响 |
| 5.5 平均相变温度的影响 |
| 5.6 敏感性分析 |
| 5.7 本章小结 |
| 第六章 石蜡及凝油水中熔化与流动特性数值模拟 |
| 6.1 石蜡水中熔化与流动数学模型建立及验证 |
| 6.1.1 石蜡水中熔化与流动数学模型建立 |
| 6.1.2 模型验证 |
| 6.2 石蜡在水中自然对流熔化与流动规律数值模拟 |
| 6.2.1 过余温度的影响 |
| 6.2.2 石蜡球尺寸的影响 |
| 6.2.3 石蜡过冷温度的影响 |
| 6.2.4 无量纲化分析 |
| 6.3 石蜡在水中强制对流熔化与流动规律数值模拟 |
| 6.3.1 连续相流速的影响 |
| 6.3.2 过余温度的影响 |
| 6.3.3 石蜡球尺寸的影响 |
| 6.3.4 石蜡过冷温度的影响 |
| 6.3.5 无量纲化分析 |
| 6.4 原油水中熔化与流动规律数值模拟 |
| 6.4.1 原油水中熔化及流动过程数值模拟 |
| 6.4.2 原油熔化后形变及破碎过程数值模拟 |
| 6.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其他成果 |
| 致谢 |
（4）基于Modelica的蒸汽管网系统热工水力动态特性分析（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 符号含义表 |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 供热管网热工水力建模 |
| 1.2.2 供热管网可视化建模软件 |
| 1.2.3 Modelica及其应用 |
| 1.2.4 供热系统热动态特性研究 |
| 1.3 本文研究目标与意义 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 工业蒸汽管网热工水力计算模型 |
| 2.1 工业热网水力工况计算模型 |
| 2.1.1 图论基础 |
| 2.1.2 基尔霍夫定律 |
| 2.2 工业热网热力工况计算模型 |
| 2.3 工业热网热工水力耦合计算模型 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 基于Modelica的动态特性建模仿真 |
| 3.1 Modelica建模语言与OpenModelica仿真平台 |
| 3.1.1 Modelica语言 |
| 3.1.2 OpenModelica仿真平台 |
| 3.2 蒸汽管网系统典型单元设备建模 |
| 3.2.1 动态管道模型 |
| 3.2.2 阀门模型 |
| 3.2.3 泵模型 |
| 3.2.4 热源和热用户模型 |
| 3.2.5 介质模型 |
| 3.2.6 传热模型 |
| 3.3 蒸汽管网系统Modelica模型库 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于Modelica的蒸汽管道热工水力动态特性研究 |
| 4.1 蒸汽管网Modelica模型仿真与分析 |
| 4.2 蒸汽管道热工水力动态特性分析 |
| 4.2.1 末端温度随源端流量变化的响应 |
| 4.2.2 末端温度随源端温度变化的响应 |
| 4.2.3 末端压力随阀门开度变化的响应 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 基于Modelica的蒸汽管网暖管与储能特性研究 |
| 5.1 蒸汽管网暖管过程动态特性研究 |
| 5.2 蒸汽管网蓄放热过程动态特性研究 |
| 5.3 小结 |
| 第6章 总结与展望 |
| 6.1 总结 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
（5）基于水力瞬变分析的粘弹性管道本构参数辨识（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 粘弹性管道瞬变流研究现状 |
| 1.2.2 反问题研究现状 |
| 1.2.3 国内外研究现状综述分析 |
| 1.3 主要研究内容 |
| 第2章 粘弹性管道瞬变流数值模拟 |
| 2.1 粘弹性管道瞬变流基本微分方程 |
| 2.1.1 连续性方程 |
| 2.1.2 运动方程 |
| 2.2 粘弹性管道本构关系 |
| 2.2.1 粘弹性材料总应变 |
| 2.2.2 粘弹性管道力学模型 |
| 2.3 特征线法 |
| 2.3.1 特征线方程 |
| 2.3.2 有限差分方程 |
| 2.4 边界条件 |
| 2.4.1 水库边界 |
| 2.4.2 水泵边界 |
| 2.4.3 阀门边界 |
| 2.5 数值计算及结果分析 |
| 2.5.1 水力瞬变分析程序 |
| 2.5.2 模拟算例分析 |
| 2.6 本章小结 |
| 第3章 粘弹性管路系统的瞬变流实验 |
| 3.1 实验台的设计 |
| 3.1.1 实验的目的 |
| 3.1.2 实验台工作的原理 |
| 3.2 实验台的构成 |
| 3.2.1 实验装置系统 |
| 3.2.2 管材材料特性 |
| 3.2.3 管道及阀门的阻力系数 |
| 3.3 实验方法 |
| 3.3.1 实验前的准备 |
| 3.3.2 实验方案 |
| 3.4 实验结果分析 |
| 3.4.1 方案一的实验结果分析 |
| 3.4.2 方案二的实验结果分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 第4章 粘弹性管道本构参数辨识的实例分析 |
| 4.1 反问题的发展 |
| 4.1.1 定向设计 |
| 4.1.2 扫描探测 |
| 4.2 瞬变反问题的分类 |
| 4.2.1 限压控制反问题 |
| 4.2.2 限时控制反问题 |
| 4.2.3 系统辨识反问题 |
| 4.2.4 系统整体可控性 |
| 4.2.5 水力共振反问题 |
| 4.3 反问题分析数学模型的建立 |
| 4.4 瞬变反问题的求解方法 |
| 4.4.1 阀门程控算法 |
| 4.4.2 最优化算法 |
| 4.4.3 现代控制方法 |
| 4.4.4 尝试计算 |
| 4.5 粘弹性管道本构参数辨识 |
| 4.5.1 粘弹性管道本构参数辨识方法 |
| 4.5.2 实验管道瞬变流数值计算 |
| 4.5.3 实验管道本构参数辨识结果分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
（6）基于压力波法的天然气管道堵塞检测方法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究目的及意义 |
| 1.2 国内外研究现状及趋势 |
| 1.3 国内外管道堵塞检测方法概述 |
| 1.4 主要研究内容 |
| 1.5 技术路线 |
| 第2章 天然气管道堵塞特征研究 |
| 2.1 管道堵塞的原因及危害 |
| 2.2 管道堵塞的类型 |
| 2.3 本章小结 |
| 第3章 天然气管道堵塞瞬变流流动研究 |
| 3.1 管道堵塞瞬变流模型的建立 |
| 3.2 基于特征线法的模型数值计算 |
| 3.3 计算方法的程序设计及模型的验证 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于压力波法的天然气管道堵塞检测方法研究 |
| 4.1 管道堵塞的瞬变流分析 |
| 4.2 基于压力波法的管道堵塞检测 |
| 4.3 检测特征参数的确定 |
| 4.4 基于小波变换的时间差信号处理 |
| 4.5 管道堵塞的数值模拟仿真 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 结论与建议 |
| 5.1 结论 |
| 5.2 建议 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 个人简介 |
（7）基于浸没式光滑点插值法的流固耦合算法研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 主要符号表 |
| 英文简写及中英文全称 |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 流固耦合算法研究进展和现状 |
| 1.2.1 流固耦合问题分类 |
| 1.2.2 单向耦合和双向耦合 |
| 1.2.3 统一方式和分区方式求解 |
| 1.2.4 相容性网格、非相容性网格(浸没边界法)、重叠网格和粒子法 |
| 1.3 空间离散算法研究进展和现状 |
| 1.3.1 有限差分法的应用 |
| 1.3.2 有限体积法的应用 |
| 1.3.3 有限元法的应用 |
| 1.3.4 格子玻尔兹曼法的应用 |
| 1.3.5 光滑粒子水动力法的应用 |
| 1.3.6 光滑有限元法的应用 |
| 1.3.7 光滑点插值法的应用 |
| 1.4 本文主要研究思路与内容 |
| 2 光滑点插值法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光滑域构造格式 |
| 2.2.1 点基光滑域构造 |
| 2.2.2 边基光滑域构造 |
| 2.2.3 面基光滑域构造 |
| 2.3 点插值法选点方案 |
| 2.4 梯度光滑技术 |
| 2.5 几何非线性固体材料模型 |
| 2.5.1 格林应变 |
| 2.5.2 Saint Venant-Kirchhoff模型 |
| 2.5.3 Mooney-Rivlin模型 |
| 2.6 固体求解流程 |
| 2.7 本章小结 |
| 3 浸没光滑点插值法及应用 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 浸没方法框架 |
| 3.2.1 虚拟流体引入 |
| 3.2.2 控制方程分解 |
| 3.3 不可压缩粘性流体求解 |
| 3.4 流固耦合条件施加 |
| 3.4.1 流固耦合速度条件 |
| 3.4.2 计算流固耦合力 |
| 3.5 IS-PIM程序求解流程 |
| 3.6 数值算例 |
| 3.6.1 流域中自由下落的圆盘 |
| 3.6.2 流域中变形梁问题 |
| 3.6.3 圆柱后接弹性板的涡激振动问题 |
| 3.7 带分流板的圆柱尾流控制问题 |
| 3.7.1 计算模型 |
| 3.7.2 结果分析 |
| 3.7.3 减阻效果比较 |
| 3.8 本章小结 |
| 4 浸没点基局部光滑点插值法及应用 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 点基局部光滑点插值法 |
| 4.2.1 点基局部光滑域构造 |
| 4.2.2 点基局部光滑点插值法特性 |
| 4.3 数值算例 |
| 4.3.1 流域内变形梁问题 |
| 4.3.2 周期性流动驱动弹性梁问题 |
| 4.3.3 圆柱后接弹性板的涡激振动问题 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 格子玻尔兹曼法与光滑点插值法耦合算法及应用 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 格子玻尔兹曼法 |
| 5.2.1 格子玻尔兹曼方程 |
| 5.2.2 格子速度模型 |
| 5.2.3 固壁边界条件施加 |
| 5.3 流固耦合力求解 |
| 5.4 LBM与S-PIM耦合算法程序求解流程 |
| 5.5 数值算例 |
| 5.5.1 流体求解器LBM与CBS计算对比 |
| 5.5.2 顶腔驱动流体作用于超弹性墙问题 |
| 5.5.3 流域内弹性梁问题 |
| 5.5.4 圆柱后接弹性板的涡激振动问题 |
| 5.5.5 三维流域内球体沉降问题 |
| 5.6 本章小结 |
| 6 光滑粒子水动力法与光滑点插值法耦合算法及应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 弱可压SPH算法 |
| 6.2.1 控制方程 |
| 6.2.2 SPH离散公式 |
| 6.2.3 控制方程离散 |
| 6.2.4 密度正则化 |
| 6.2.5 自由液面判断条件 |
| 6.2.6 固壁边界条件 |
| 6.2.7 时间积分方案 |
| 6.3 WCSPH与S-PIM耦合算法程序求解流程 |
| 6.4 数值算例 |
| 6.4.1 溃坝流作用于弹性挡板问题 |
| 6.4.2 坍塌的水柱冲击挡板问题 |
| 6.4.3 横摇舱中液体晃荡问题 |
| 6.4.4 高速入水砰击问题 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 结论与展望 |
| 7.1 结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间科研项目及科研成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（8）发展浸没边界-格子Boltzmann方法模拟水电工程流场（论文提纲范文）
| 论文创新点 |
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 引言 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.1.1 计算流固耦合的研究现状 |
| 1.1.2 高性能并行计算研究现状 |
| 1.2 IB-LB耦合方法 |
| 1.3 基于图形显卡的并行计算 |
| 1.4 问题的提出 |
| 1.5 本文的主要工作和章节安排 |
| 2 浸没边界-格子Boltzmann方法的基本理论 |
| 2.1 控制方程及无量纲参数 |
| 2.1.1 流体控制方程 |
| 2.1.2 结构体控制方程 |
| 2.2 LB方法基本模型 |
| 2.3 IB方程的显式离散 |
| 2.4 基于LB方法的大涡模拟湍流模型 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 隐式离散提高浸没边界-格子Boltzmann法稳定性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 一种IB-LB方法的隐式离散方法 |
| 3.3 隐式IB-LB方法的耦合步骤 |
| 3.4 隐式IB-LB方法的验证 |
| 3.4.1 横向振动的圆柱绕流 |
| 3.4.2 均匀流中的弹性细丝 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 迭代源项提高浸没边界-格子Boltzmann边界模拟精度 |
| 4.1 问题的提出和研究目的 |
| 4.2 基本思想和方法 |
| 4.2.1 双分布函数传热LB模型 |
| 4.2.2 基于迭代修正热源的IB方法 |
| 4.3 典型算例验证 |
| 4.3.1 两块平行平板间的热传导 |
| 4.3.2 同心圆环间的自然对流 |
| 4.3.3 无限长管道内的颗粒沉降 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 GPU并行提高浸没边界-格子Boltzmann计算效率 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 GPU存储器模型简介 |
| 5.3 LB方法的GPU并行设计 |
| 5.4 IB方法的GPU并行设计 |
| 5.4.1 IB扩散函数的并行设计 |
| 5.4.2 IB插值和边界力计算函数的并行设计 |
| 5.5 并行算法加速效率验证 |
| 5.5.1 LB方法的GPU并行效率 |
| 5.5.2 IB扩散函数的GPU并行效率 |
| 5.5.3 插值和边界力计算函数的GPU并行效率 |
| 5.6 三维气球的膨胀和破裂过程 |
| 5.7 鱼类的摆动推进模拟 |
| 5.7.1 引言 |
| 5.7.2 模拟条件的设置 |
| 5.7.3 模拟结果和讨论 |
| 5.8 本章小结 |
| 6 一维-三维耦合的IB-LB河库瞬变流模拟方法与应用 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 一维-三维耦合的IB-LB河库瞬变流模拟方法 |
| 6.2.1 三维自由液面LB模型 |
| 6.2.2 地形边界条件的实现 |
| 6.2.3 一维-三维耦合方法 |
| 6.3 典型算例验证 |
| 6.3.1 潮汐波浪运动 |
| 6.3.2 局部溃坝波 |
| 6.3.3 明渠瞬变流 |
| 6.4 某河床式水利枢纽上水库涌浪特性模拟 |
| 6.4.1 瞬变流计算条件 |
| 6.4.2 大江机组甩负荷涌浪模拟结果 |
| 6.5 本章小结 |
| 7 发展IB-LB动边界处理技术模拟贯流式水轮机甩负荷过程 |
| 7.1 引言 |
| 7.2 关键技术点介绍 |
| 7.2.1 蜗壳、尾水管边界条件的实现 |
| 7.2.2 导叶、转轮旋转的实现 |
| 7.3 甩负荷模拟条件 |
| 7.4 计算结果 |
| 7.5 本章小结 |
| 8 结论与展望 |
| 8.1 全文总结 |
| 8.2 未来研究展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士期间发表论文情况 |
| 致谢 |
（9）障碍物对天然气管道喷射火影响的实验及数值模拟研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景 |
| 1.2 课题国内外研究现状 |
| 1.2.1 实验研究国内外研究现状 |
| 1.2.2 数值模拟国内外研究现状 |
| 1.2.3 火灾燃烧伤害准则 |
| 1.3 本文研究目的及意义 |
| 1.4 本文主要研究内容以及技术路线 |
| 1.4.1 研究内容 |
| 1.4.2 技术路线 |
| 第二章 天然气管道燃烧研究基础 |
| 2.1 天然气燃烧机理 |
| 2.2 天然气管道火灾燃烧分类及影响因素 |
| 2.2.1 天然气火灾燃烧的基本形式 |
| 2.2.2 天然气管道喷射火燃烧的基本特征参数 |
| 2.2.3 天然气管道喷射火燃烧的影响因素以及影响范围 |
| 2.3 障碍物下喷射火灾研究 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 实验研究系统搭建与研究方法 |
| 3.1 实验系统 |
| 3.1.1 天然气供给及计量系统 |
| 3.1.2 燃烧系统 |
| 3.1.3 测量装置 |
| 3.1.4 数据采集系统 |
| 3.1.5 障碍物 |
| 3.2 实验方法 |
| 3.2.0 实验步骤 |
| 3.2.1 障碍物设计 |
| 3.2.2 监测点的位置的选取 |
| 3.3 实验数据的不确定性分析 |
| 3.4 实验数据的可靠性验证 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 障碍物对天然气喷射火的实验研究 |
| 4.1 单个障碍物实验结果与讨论 |
| 4.1.1 障碍物高度的影响 |
| 4.1.2 障碍物宽度的影响 |
| 4.1.3 障碍物距泄漏孔的间距影响 |
| 4.2 平行及交错障碍物实验结果与讨论 |
| 4.2.1 火焰的几何尺寸 |
| 4.2.2 温度分析 |
| 4.2.3 热辐射分析 |
| 4.3 本章小节 |
| 第五章 障碍物对天然气喷射火特性影响的模拟分析 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 数值模拟控制方程与方法 |
| 5.2.1 控制方程 |
| 5.2.2 湍流模型和燃烧模型 |
| 5.3 数值分析模型 |
| 5.3.1 模拟区域 |
| 5.3.2 网格划分 |
| 5.3.3 初始条件与边界条件 |
| 5.3.4 收敛结果的判定方法 |
| 5.4 实验验证与分析 |
| 5.4.1 有障碍物下模拟结果与实验验证分析 |
| 5.5 计算结果分析与讨论 |
| 5.5.1 障碍物高度的影响 |
| 5.5.2 障碍物宽度的影响 |
| 5.5.3 障碍物与泄漏孔间距的影响 |
| 5.6 火焰长度和辐射强度有效性验证 |
| 5.6.1 无障碍物条件下火焰长度的拟合公式 |
| 5.6.2 无障碍物条件下辐射强度模型的有效性验证 |
| 5.6.3 有障碍物条件下火焰长度的拟合公式 |
| 5.7 本章小结 |
| 结论与建议 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士期间取得的学术成果 |
| 致谢 |
（10）基于气液两相流的输水管道稳态振动及瞬变过程研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题背景及研究的目的和意义 |
| 1.1.1 课题背景 |
| 1.1.2 研究的目的和意义 |
| 1.2 国内外相关领域研究现状 |
| 1.2.1 管道气液两相流型及气泡运动研究进展 |
| 1.2.2 气液两相流型识别研究现状 |
| 1.2.3 输流管道振动研究现状 |
| 1.2.4 输水管道瞬变流研究进展 |
| 1.3 课题研究的主要内容 |
| 1.3.1 课题来源 |
| 1.3.2 主要研究内容及技术路线 |
| 第2章 试验装置与方法 |
| 2.1 试验装置 |
| 2.1.1 试验装置系统 |
| 2.1.2 数据采集系统 |
| 2.2 试验基础数据 |
| 2.2.1 管材材料特性 |
| 2.2.2 管道及阀门阻力系数 |
| 2.3 试验方法 |
| 2.3.1 气液两相流管道振动特性试验 |
| 2.3.2 输水管道气液两相瞬变流试验 |
| 2.3.3 输水管道下降管含气状态识别试验 |
| 第3章 气液两相流作用下输水管道稳态振动特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 输水管道流速和气量对流型的影响 |
| 3.2.1 水平管气液两相流流型 |
| 3.2.2 上升管气液两相流流型 |
| 3.2.3 下降管气液两相流流型 |
| 3.3 气液两相流作用下输水管道振动特性 |
| 3.3.1 水平管振动特性 |
| 3.3.2 上升管振动特性 |
| 3.3.3 下降管振动特性 |
| 3.3.4 阀门上游管道振动特性 |
| 3.4 简支管道系统固有频率理论分析 |
| 3.4.1 气液两相流管道流固耦合振动模型 |
| 3.4.2 流固耦合对固有频率的影响 |
| 3.4.3 管道参数对固有频率的影响 |
| 3.4.4 含气率对固有频率的影响 |
| 3.5 埋地管道振动数值模拟 |
| 3.5.1 埋地管道振动模型建立 |
| 3.5.2 埋地管道振动的影响因素研究 |
| 3.6 本章小结 |
| 第4章 输水管道气液两相瞬变流模型及数值模拟 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 气液两相瞬变流模型 |
| 4.2.1 瞬变流模型建立 |
| 4.2.2 瞬变流模型求解 |
| 4.3 气液两相瞬变流模型校核及对比 |
| 4.3.1 瞬变流模型参数校核 |
| 4.3.2 瞬变流模型验证及对比 |
| 4.4 气液两相瞬变流压力衰减研究 |
| 4.4.1 瞬变流压力衰减因素研究 |
| 4.4.2 瞬变流压力衰减能量分析 |
| 4.4.3 瞬变流压力衰减速率研究 |
| 4.5 气液两相瞬变流模型应用解析 |
| 4.5.1 瞬变流频率偏移分析 |
| 4.5.2 瞬变流模型参数优化 |
| 4.6 本章小结 |
| 第5章 基于气液两相流型分类的管道含气状态识别 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 不同流型压力信号的时频特征 |
| 5.2.1 压力信号的时域特征 |
| 5.2.2 压力信号的频域特征 |
| 5.3 管道含气状态识别模型的构建 |
| 5.3.1 压力信号特征选取 |
| 5.3.2 分类器的选择 |
| 5.3.3 基于SVM的含气状态识别模型 |
| 5.4 含气状态识别精度影响因素研究 |
| 5.4.1 压力信号特征对识别精度的影响 |
| 5.4.2 滤波方式对识别精度的影响 |
| 5.4.3 采样参数对识别精度的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及其它成果 |
| 致谢 |
| 个人简历 |
四、玻尔兹曼网格方程在长输管道瞬变流中的应用（论文参考文献）
- [1]波追踪法计算泵站水锤的研究与应用[D]. 董加新. 西北农林科技大学, 2021(01)
- [2]基于MacCormack格式的变网格瞬变流模拟[J]. 万五一,陈潇逸,张永进. 水利学报, 2020(11)
- [3]原油集输管道中石蜡熔化与流动特性数值研究[D]. 李晓庆. 东北石油大学, 2020(03)
- [4]基于Modelica的蒸汽管网系统热工水力动态特性分析[D]. 孙鑫南. 浙江大学, 2020(08)
- [5]基于水力瞬变分析的粘弹性管道本构参数辨识[D]. 姜博浩. 哈尔滨工业大学, 2019(02)
- [6]基于压力波法的天然气管道堵塞检测方法研究[D]. 宋波凯. 长江大学, 2019(11)
- [7]基于浸没式光滑点插值法的流固耦合算法研究[D]. 王双强. 大连理工大学, 2019(01)
- [8]发展浸没边界-格子Boltzmann方法模拟水电工程流场[D]. 吴家阳. 武汉大学, 2018(06)
- [9]障碍物对天然气管道喷射火影响的实验及数值模拟研究[D]. 耿晓茹. 中国石油大学(华东), 2018(07)
- [10]基于气液两相流的输水管道稳态振动及瞬变过程研究[D]. 朱炎. 哈尔滨工业大学, 2018(01)