利用CUDA加速流体计算

计算流体力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）是利用计算机和离散化的数值方法对流体力学问题进行数值模拟和分析。CFD是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术,     

CFD技术在流动相似性原理教学中的应用

流动相似性原理是流体力学教学的重要内容。对流动控制方程进行无量纲化,从理论上推导出动力学相似条件,再用CFD技术对简单流动问题进行数值模拟,以对动力相似条件进行验证。从理论和实践两方面帮助学生学习较为抽象的动力学相似条件,以期取得良好的课堂教学效果,提高学生解决实际问题的能力。     

基于CFD的FSAE赛车操纵性数值模拟及验证

利用CFD技术进行赛车设计,对中国大学生方程式汽车大赛(FSAE)赛车的车身及空气动力学套件(主要是尾翼)进行数值模拟分析,根据数值模拟结果优化赛车的操纵性。根据现场试验与模拟结果进行的对比,验证了数值模拟分析结果的准确性,为赛车和汽车的开发设计提供了依据。     

基于OpenFOAM的燃烧数值模拟研究

〖JP2〗现有商业计算软件对燃烧室内的燃烧流场进行计算时存在精度不高、非开源、不可扩展等问题,难以满足工程设计需要。在前期完成冷态雾化模拟基础上,开发了基于开源计算平台OpenFOAM的燃油雾化燃烧求解系统,构建〖JP〗大涡求解器,对加州大学伯克利分校测量的液雾两相燃烧实验进行了数值模拟。通过计算得出液滴温度维持在350K左右,表明模拟效果较符合燃烧流场温度变化,系统能较好地展示湍流燃烧流动的反应特性,符合工程研究需要。     

数值模拟质子交换膜燃料电池的方法

从CFD流体计算软件Fluent的求解机理、燃料电池问题基本设置、编写用户UDF、程序调试等方面,详细研究了如何利用Fluent软件来数值模拟质子交换膜燃料电池的流场、电流密度场及质量组分分布。     

流体数值实验系统的构建及在教学中的应用

针对流体力学课程概念抽象、流动现象复杂和理论理解困难等特点,利用高性能集群,探讨了基于源程序及商业软件的CFD数值实验系统的构建及在教学中的应用,与传统的物理实验互补。通过利用数值模拟系统进行数值实验这一环节,变枯燥的理论公式计算为生动且可视化的计算机数值模拟,虚拟现实中的典型流动,增强学生的感性认识、理性认识和解决实际问题的能力。实践表明,数值实验系统的构建可提高学生的动手能力、实践创新能力、科研能力。     

工业热交换水塔的数值模拟与分析

介绍CFD软件特点和传热与流动数值模拟的理论基础,并以工业热交换水塔为例,讲述在建模过程中应该注意的问题及参数设定的技巧。通过模拟分析,得出较好的结果,克服了试验测量和理论分析中的不足,也为工业热交换水塔的设计和生产工艺可靠性评估提供了技术支持。     

开缝翅片管式换热器的换热与流动特性数值模拟

翅片管换热器是一种高效换热器,为了进一步强化换热,对翅片换热器进行不同形式的开缝。采用CFD模拟方法对七种不同开缝形式的翅片管换热器流动和换热进行了数值模拟。根据计算结果分析了不同开缝形式换热器的压降和温度分布,经过比较分析,最终确定了最佳的开缝形式。     

一维燃气流特性的理论分析与数值计算

为了使筒形炉的结构设计和运行管理更趋于完善合理,以及进一步研究燃烧特征的需要,本文用一元流动的热力学和气体动力学理论分析的结果,对一维燃烧气流各特性进行了数值求解,得出了其温度、流速、压力等变化关系,其结果对于改进筒形炉的设计和完善运行管理具有重要意义.     

甲烷爆炸实验教学的数值模拟设计与实践

该文基于CFD代码GASFLOW-MPI建立了20 L球型爆炸罐的数值模型,以一步甲烷燃烧反应化学模型为基础,考虑换热对爆炸的影响,研究了6%～15%不同浓度下甲烷爆炸的压力特性曲线及温度场变化,定量分析了热损失对甲烷爆炸特征参数的影响。将数值模拟结果与实验结果进行的对比验证表明,基于CFD代码GASFLOW-MPI的数值模拟结果能够准确复现甲烷爆炸实验过程,证明了甲烷爆炸过程中热量传递对爆炸过程产生的重要影响。     

基于数值模拟的柴油-天然气RCCI发动机不同预喷时刻下燃烧与排放特性研究

随着计算机技术的不断发展,数值模拟方法变得更加成熟,并成为现今内燃机研究的主要手段。文章运用CONVERGE软件,采用数值模拟方法,对柴油-天然气双燃料反应活性控制压燃发动机燃烧与排放性能进行研究。根据研究机型参数,进行三维几何模型的构建,优化仿真模型并实施数值计算模拟,建立了满足实际要求的发动机燃烧模型。采用数值模拟方法,得出二次喷射下不同预喷时刻缸内主要参数变化曲线及相关云图,找出最有利的预喷时刻段,对研究其他因素对双燃料发动机燃烧与排放特性的影响具有重要的指导意义和参考价值。     

超声速燃烧室内凹腔点火过程的数值研究（英文）

目的:超燃冲压发动机的点火过程是超声速燃烧领域的重要课题之一。目前,针对超燃冲压发动机燃烧室点火过程的研究以实验研究为主,数值研究则相对较少。本文旨在基于大涡模拟研究点火位置对点火过程的影响,并在此基础上分析导致点火失败的原因。创新点:1.基于大涡模拟,研究点火位置对点火过程建立的影响;2.发现了流动耗散和直接吹熄两种熄火模式。方法:1.基于CHEMKIN,选择合适的化学反应机理;2.在简化化学反应机理的基础上,利用大涡模拟研究不同点火位置对点火过程的影响;3.分析数值仿真数据,寻找能成功实现点火的点火位置,并探讨导致点火失败的因素。结论:1.在凹腔后缘处点火可以成功实现发动机点火;2.发现了两种点火失败的模式,即流动耗散模式和直接吹熄模式;3.流动耗散模式主要发生在凹腔前缘和凹腔中部,而直接吹熄模式主要发生在剪切层中。     

传热与流体流动的数值计算课程教学的几点思考

传热与流体流动的数值计算是目前高校能源动力工程、航空航天工程、核能科学与工程等学科硕士研究生普遍开设的课程。本门课程的特点是,经典流体力学和传热学与数值计算方法相结合,是解决各种传热和流体流动问题强有力的工具。本文针对这一特点就本门课程的教师队伍组的配备、教学内容规划和本课程学习方法三方面提出了一些自己的看法。特别是建议将以有限差分法为主的计算流体力学(CFD)和以有限体积法为主的计算传热学(NHT)二者相结合起来,不要独立割离开来,侧重一方而偏废另一方,实际教学中的合理做法是根据学生专业不同而有所侧重。     

CFD数值模拟在计算流体力学项目驱动实践教学中的应用

计算流体力学是热能动力工程等相关专业的学科基础课。结合计算流体力学课程的教学内容与特点,探讨了将CFD数值模拟技术引入到项目驱动实践教学中的教学方法,并以Fluent仿真软件为例,描述了CFD数值模拟技术在计算流体力学项目驱动实践教学中的具体应用案例。     

地铁区间隧道火灾情况下的烟气扩散研究

针对地铁区间隧道火灾烟气扩散技术研究难点,利用CFD软件STAR-CCM对郑州地铁一号线某区间隧道进行火灾数值模拟,确定火灾强度为7.5 MW,保证烟气单向扩散临界风速不小于2.0 m/s。实验表明,在隧道火灾发生后,向火源下游逃生的人员应尽量降低自己的高度（比如弯腰前进或匍匐逃离等）沿隧道中线逃离。通过现场试验,将在同种工况下测得的烟气流动状况与数值模拟结果对比,运用更可靠的数值模拟方法模拟火灾烟气流动,其研究结果可为研究烟气流动情况和制定疏散方案提供重要参考依据。     

数值模拟应用于地下水动力学课程教学的研究与实践

水文过程常因其抽象性和复杂性使课堂教学难以取得良好的效果。地下水动力学中的利用高阶微分方程的计算问题是该课程的重点和难点,针对地下水动力学课程的高阶计算问题,把数值模拟方法引入到教学,以对实际的区域性地下水计算问题的求解,将地下水动力学的基本概念、基础公式、数值模拟、以及实际问题的求解完整的过程应用于教学实践,探索将数值模拟服务于教学的新方法。对课堂教学效果的调查表明,数值模拟的引入,不但增强了课堂教学表现力和教学效果,同时,有利于促进科学研究的方法和成果与教学实践的相结合。本次教学研究及实践活动所采取的方法和模式,期待为水文专业有关课程教学改革的深入进行和创新性教学研究的开展提供参考和借鉴。     

基于CFD的双导轮液力变矩器流场模拟与试验研究

目的:针对双导轮液力变矩器两个导轮依次空转的仿真难点,提出一种导轮无叶片处理的CFD数值模拟方法,以便正确获取双导轮液力变矩器内部流场。方法:借助Solidworks对自行设计的双导轮液力变矩器进行流道模型抽取,采用导轮无叶片法模拟导轮变相点后的空转工况,利用ANSYS Meshing进行网格划分,得到3种全流道网格模型。运用ANSYS Fluent进行CFD数值计算,模拟转速比i=0.6中速工况下的流场特征。在液力变矩器试验台上进行样机的台架试验,得到其原始特性曲线。结果:CFD数值模拟能够准确预测双导轮液力变矩器的原始特性,仿真结果与试验结果较为吻合。泵轮与涡轮入口到出口的速度与压力变化趋势相反,两个导轮的速度与压力变化相对较小。结论:采用CFD数值计算并结合导轮空转无叶片法能够较好地预测双导轮液力变矩器的流场特性,为进一步优化设计提供理论参考。     

燃烧室声学特性模拟实验及应用

介绍了补燃循环液体火箭发动机燃烧室声学特性模拟实验原理、方法和在发动机高频燃烧不稳定性研究中的应用。模拟实验系统包括激励源、模拟燃烧室和声学特性测量系统等。激励源为扬声器或者喷嘴气流。模拟燃烧室是依据高频燃烧不稳定性特征设计、与实际燃烧室有相同固有频率的缩尺件。声学特性测量系统包括麦克风、频谱分析仪和示波器等。模拟实验主要用于研究特定燃烧室的声学特性，研究给定燃烧室结构下喷嘴和隔板的优化设计，研究高频燃烧不稳定性的机理。     

数值计算方法在《传热学》课程教学中的应用

为加深学生对《传热学》课程中热传导的数值解法以及对流传热知识的理解,本文选取二维平板导热问题以及典型对流传热问题的数值计算案例,采用Excel软件迭代计算以及CFD仿真软件的模拟分析,并结合多媒体技术进行现场操作和演示,在提高学生学习积极性的同时,帮助学生理解数值计算方法在复杂传热问题中的应用以及不同类型对流传热问题的特点和演变规律。     

基于CFD的空气动力学教学模式改革探索与研究

依托导弹飞行原理课程,针对相关课程中空气动力学部分开展教学模式改革的探索与研究.空气动力学部分内容与生活实际和工程应用联系紧密,但概念较为抽象,理论较难理解,教学效果欠佳.通过利用CFD手段,结合数值实验、计算机模拟和分析研究,将相关概念、现象以及规律直观地展示给学生,提升教学效果.