基于Level Set方法对油水和气水两相界面的数值模拟

为研究两相界面迁移特性,基于LevelSet方法,建立了求解非定常不可压缩两相界面流动的数值方法。计算中使用结构化网格采用LevelSet函数捕捉两相界面。通过对经典算例的模拟,验证了数值方法对界面捕捉的有效性和精确性。模拟了油滴在水中上升、变形,与油层融合的过程,研究了气泡在产生、发展、脱离阶段的变形机理,和表面张力系数对气泡形状的影响。计算结果发现,表面张力系数越大,气泡在发展阶段持续的时间就越长,膨胀的程度也越大,并在脱离时刻,气泡的体积也越大,为进一步研究两相界面迁移特性提供了新的途径。     

两套节点格林元嵌入式离散裂缝模型数值模拟方法

对于原始嵌入式离散裂缝模型(EDFM),在计算包含裂缝单元的基质网格内的压力分布时采用了线性分布假设,这导致了油藏开发早期对非稳态窜流量的计算精度不足.因此,本文提出了一种两套节点格林元法的EDFM数值模拟方法.两套节点格林元法的核心思想是将压力节点与流量节点区分开,一套压力节点设置在单元顶点,另一套流量节点设置在网格边的中点,满足局部物质守恒、具有二阶精度的同时,可适用于任意网格类型.本文将两套节点格林元法与EDFM耦合,采用了非稳态渗流控制方程的边界积分形式推导了基质网格与裂缝网格之间传质量的新格式,代替了线性分布假设以提高模拟精度;此外,修正后的EDFM能适应任意形态的基质网格剖分,拓展了原始EDFM仅适用于矩形基质网格、难以考虑复杂油藏边界的局限性.研究表明:通过对比商业模拟软件tNavigator?LGR模块与原始EDFM,验证了本文模型具有较高的早期计算精度;以复杂油藏边界-缝网-SRV分区模型为例,通过对比SFEM-COMSOL商业模拟软件,验证了本文模型处理复杂问题的适应性.本文研究可用于裂缝性油藏开发动态的精确模拟.     

弹塑性变形油藏中多相渗流的数值模拟

基于流固耦合力学理论,建立了弹性变形油藏中多相渗流的数学模型,该模型考虑了渗流与变形的耦合作用,以及注采交变载荷作下油藏多孔介质的弹性变形特征,给出了耦合数值模拟方法和算例。     

片状随行装药的两相流数值模拟

给出了片状随行装药结构的一维两相流数学物理模型,并对某５７ｍｍ随行装药火炮进行了数值模拟。研究了片状随行装药火炮的膛压、压力波、气固相速度以及空隙率等参量的分布情况。此外,还对比研究了计算结果与实验结果之间的差异。结果表明,该模型的计算骅音符得较好。     

利用高阶分区并行算法实现直接数值模拟

在基于MPI环境的分布式内存机群上,结合高阶WENO-RF格式的特点,实现了5阶WENO-RF格式的分区并行计算方法,计算精度不受分区和节点数量影响。使用该分区并行算法以三维可压缩时间发展混合层为例进行了直接数值模拟,验证了并行算法的准确性,表明机群并行运算可以显著扩展微机的计算能力,并行效率高,减少了计算的墙上时间,适合在小型高速局域网内进行大规模数值模拟计算。     

油水两相渗流压力脉动的实验及数值分析

本文用高精度的压差传感器和高速度的数据采集设备同时测量出油水两相流体在多孔介质流动时产生的较大压力降和微小压力脉动,应用自行研制的大型数据处理软件对恒流速水驱油的两相渗流压力脉动实验数据进行了分析,发现不同阶段压力脉动具有明显的频谱特性和时间相关特性的不同,在第三阶段（油为主,水增加阶段）谱能增加最大,时间正相关程度最强。     

油藏数值模拟中井筒压力梯度的校正方法

有限元法用于油藏数值模拟具有独特的优越性. 由于井筒附近流动的特殊性,直接采用 数值模拟得到的压力梯度计算油井产量会导致较大的误差. 本文分析了数值模拟中井筒压力 梯度产生误差的原因,在此基础上提出了计算井筒压力梯度的校正公式. 计算结果表明,压 力梯度校正公式可显著提高油井产量的计算精度,并能有效地减少井筒附近的网格剖分数量, 从而提高了计算效率.     

四节点四边形数值流形方法及其改进

本文对四节点四边形流形元提出了改进措施,将覆盖位移函数用自然坐标表示,使得在一般非规则有限数学覆盖网格下,数值积分变得比较容易,克服了现有四节点四边形流形单元数值积分困难的缺点。数值算例将其应用于复合材料数值模拟,计算结果表明,当覆盖位移函数采用完全一阶等参多项式时,计算精度较传统有限元法有很大改进。在力应集中或应力突变的区域,无需网格加密,只需提高覆盖位移函数的阶次即可。     

钢管混凝土K型相贯节点试验研究与数值模拟

从钢管混凝土格构式风电塔架原型中取出节点模型,对5个K型焊接相贯节点进行了试验研究和理论分析,研究了不同几何参数条件下节点的破坏过程和特征、荷载-变形关系和承载能力等。建立了有限元模型,分析了各研究参数对节点破坏形态和极限承载力的影响规律,得到了节点失效机制的判别参数与准则。试验结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点在丧失承载力前弦杆的宏观变形特征不明显,腹杆失效是主要破坏形态;与空心圆钢管相贯节点相比,刚度大大增加,相贯线周围应力集中程度也降低。有限元分析结果表明:圆钢管混凝土K型相贯节点的控制破坏形态包括腹杆失效和弦杆冲剪破坏,控制破坏类型的关键指标是腹杆与弦杆的壁厚比τ和夹角θ。为避免钢管混凝土格构式风电塔架出现节点失效,须限制参数τ、θ的取值。本文建议τ≤1,θ≤45°。     

ALE方法在爆炸数值模拟中的应用

本文以ALE（Arbitrary Lagrange—Euler）理论为基础，结合非线性动力学的相关理论，推导了ALE方法描述的控制方程组。最后采用ALE描述方法针对集团装药在半无限土质中爆炸进行了数值模拟，并将模拟计算结果与现有实验研究成果进行了对比。在模拟给出的最大压力时程曲线和爆腔发展时程曲线的基础上，对空腔的形成和发展规律以及次生波的形成等问题进行了研究。通过对比，证明ALE算法综合了Lagrange和Euler法的优点，能够有效地用于对爆炸过程进行数值模拟。     

三维复杂流场内能激发松弛的DSMC数值模拟

本文研究了带内能激发松弛和不同来流条件下的复杂外形高超声速飞行器过渡区三维流场特性.采用一种对飞行器物面网格与DSMC计算域网格分别标识的方法,通过判断模拟分子与表面碰撞来完成飞行器物面网格与DSMC计算域网格间的信息传递和信息存贮,对于复杂外形飞行器精确描述的物面网格不需做进一步处理,直接应用于不依赖于飞行器外形的DSMC计算的通用子程序中.采用L-B碰撞模型,分析了内能激发松弛的流场参数特性,从分子碰撞、分子与飞行器表面碰撞的角度,分析了不同来流条件下的流场参数的变化情况.     

Numerical Simulation of a Turbulent Flow in a Channel with Surface Mounted Cubes

In this paper we report on a fourth-order, spectro-consistent simulation of a complex turbulent flow. A spatial discretization of a convection-diffusion equation is termed spectro-consistent if the spectral properties of the convective and diffusive operators are preserved, i.e. convection skew-symmetric; diffusion symmetric positive definite. We consider a fully developed flow in a channel, where a matrix of cubes is placed at a wall of the channel. The Reynolds number (based on the channel width and the mean bulk velocity) is equal to Re = 13,000. The three-dimensional flow around the surface mounted cubes has served at a test case at the 6th ERCOFTAC/IAHR/COST workshop on refined flow modeling (Delft, June 1997). Here, mean velocity profiles as well as Reynolds stresses at various locations in the channel have been computed without using any turbulence models. The results agree well with the available experimental data.     

一种新型均匀扩散器流场的数值模拟

异性纤维检出设备中扩散器内部流场的情况,直接影响着落棉率和整个清除系统的工作效率.本文用计算流体力学软件FLUENT对新型均匀扩散器的流场进行数值模拟,通过改进扩散器的结构参数,实现流场的均匀和稳定,进而提高整个系统纤维检出设备的清除效率.之后对计算结果进行分析,提出了两种经过结构优化的改进模型,并分析了其内部流场.     

一种改进混合迎风格式在翼型流场激波捕捉中的应用

波阻是飞行器超音速飞行的关键设计因素,精确捕捉激波在流场中的位置,是数值模拟含激波流场和精确计算波阻的一个重要研究内容.本文基于网格节点有限体积空间离散方法,采用AUSM格式与FVS格式的混合格式(MAUSM方法)计算对流通量,从而抑制在数值模拟流场出现的激波处振荡和过冲现象,确保AUSM准确捕获接触间断的特性和FVS格式捕捉激波的能力.本文使用MAUSM方法分别计算了在跨声速和超声速条件下的NACA0012翼型流场,并与中心差分格式的计算结果进行比较.结果表明,对于存在激波的翼型流场,MAUSM方法是有效的.     

带控制片方柱绕流的非定常数值模拟

对高雷诺数下带控制片的方体(在方柱之前放置一小尺度的柱形薄片)非定常绕流进行了数值模拟。数值模拟方法采用RNG重整化群紊流模型，SIMPLE算法，在非定常计算中引入双重时间步方法，将方体和控制片区域作为求解域的一部分作整体求解。结果表明，控制片与方柱之间距离的不同，使得控制片所形成的涡被抑止或产生卡门涡街，从而对柱体侧面边界层的分离发生影响，产生三种典型的流态，柱体时均阻力系数相对于无控制片的情况迅速减小，当控制片偏离柱体轴心时，柱体升力系数迅速增大，偏心至柱体外壁面附近达到极大值。阻力系数达到最小值后将产生跳跃式的增大，而升力系数在达到最大值后也将产生跳跃式的减小。     

Numerical Simulation of Single-Phase and Multiphase Non-Darcy Flow in Porous and Fractured Reservoirs

A numerical method as well as a theoretical study of non-Darcy fluid flow through porous and fractured reservoirs is described. The non-Darcy behavior is handled in a three-dimensional, multiphase flow reservoir simulator, while the model formulation incorporates the Forchheimer equation for describing single-phase or multiphase non-Darcy flow and displacement. The non-Darcy flow through a fractured reservoir is handled using a general dual-continuum approach. The numerical scheme has been verified by comparing its results against those of analytical methods. Numerical solutions are used to obtain some insight into the physics of non-Darcy flow and displacement in reservoirs. In addition, several type curves are provided for well-test analyses of non-Darcy flow to demonstrate a methodology for modeling this type of flow in porous and fractured rocks, including flow in petroleum and geothermal reservoirs.     

具有越流的多层气藏的数值模拟研究

由于沉积的原因 ,油气藏通常由多层组成 ,每层的流体和岩石具有不同的物理性质。本文对打开全部气层进行合采的试井过程以及打开部分层进行合采的试井过程 ,利用有限差分方法编制了模拟试井程序。两层情形的数值解与解析解进行了比较 ,说明了数值方法的正确性。通过对模拟计算结果的分析 ,阐明了井底压力曲线的特点和利用该曲线进行试井解释的方法 ,并说明了气藏层间越流的特点及性状。     

超声速气流中雾化燃料喷射的三维数值研究

首次用双流体模型对雾化燃料在扩张形超燃室中沿九喷嘴顺流喷射的混合问题进行了数值研究。气相用迎风 TVD格式求解三维全 Navier- Stokes方程 ,液相用预估、校正 NND格式求解三维 Euler方程。相间相互作用的常微分方程用预估、校正Runge- Kutta法求解。用三维 Poisson方程生成网格。结果表明 :气相较液相的扩散效果好 ,小直径液滴的扩散效果好。相间速度滑移、改变气相喷射压力和喷射速度对液相扩散的贡献不大 ,但调整喷射角度会明显地增强液相的扩散、混合 ,本文结果未出现阻塞。     

Direct Numerical Simulation of Transitional Turbulent Flow in a Closed Rotor-Stator Cavity

The transitional turbulent regime in confined flow between a rotating and a stationary disc is studied using direct numerical simulation. Besides its fundamental importance as a three-dimensional prototype flow, such flows frequently arise in many industrial devices, especially in turbomachinary applications. The present contribution extends the DNS simulation into the turbulent flow regime, to a rotational Reynolds number Re =3 × 10⁵. An annular rotor-stator cavity of radial extension ΔR and height H, is considered with L = 4.72(L = ΔR/H) and Rm = 2.33 (Rm = (R ₁+ R ₀)/ΔR). The direct numerical simulation is performed by integrating the time-dependent Navier–Stokes equations until a statistically steady state is reached. A three-dimensional spectral method is used with the aim of providing both very accurate instantaneous fields and reliable statistical data. The instantaneous quantities are analysed in order to enhance our knowledge of the physics of turbulent rotating flows. Also, the results have been averaged so as to provide target turbulence data for any subsequent modelling attempts at reproducing the flow. This revised version was published online in July 2006 with corrections to the Cover Date.