基于OpenFOAM的城市街区毒气扩散模拟

为了对毒气扩散过程进行及时、有效的模拟,将开源计算流体动力学软件OpenFOAM与PISO算法(pressure implicit with splitting of operators,压力隐式算子分割算法)相结合,进行城市街区毒气扩散模拟研究. 将SIMPLE(semi-implicit method for pressure linked equations,压力耦合方程组的半隐式算法)与PISO算法进行了对比,指出以PISO算法为基础的数值模拟在城市街区这类大范围毒气扩散模拟中具有容差性强、计算较为稳定等优点. 以福州大学怡山校区为扩散区虚拟地理环境,选用氯气为假定毒气,利用OpenFOAM对氯气的扩散传播过程进行了模拟, 并与商用软件FLUENT在相同条件下的ρ(Cl₂)模拟结果进行了对比. 结果表明,结合PISO算法的OpenFOAM能够较好地完成复杂虚拟地理环境下的毒气扩散过程模拟,其ρ(Cl₂)模拟结果与FLUENT模拟结果的平均偏差小于5%,但在计算效率上却提高了41.89%.      

Streamwater chemistry and flow dynamics along vegetation-soil gradient in a subalpine Abies fabri forest watershed, China

Streamwater chemistry and spatial flow dynamics from a subalpine Abies fabri forest in an experimental watershed located in the east slope of Gongga Mountain were analyzed to gain insights into the gradient effect of primary community succession on the stream biogeochemical process. Results showed that high sand content (exceeding 80%) and porosity in the soil(exceeding 20% in A horizon and 35% in B horizon), as well as a thick humus layer on the soil surface, made the water exchange quickly in the Huangbengliu (HBL) watershed. Consequently, no surface runoff was observed, and the stream discharge changed rapidly with the daily precipitation. The flow trends of base ions in the stream water were influenced by the Abies fabri succession gradient. Ca^2 , HCO3^- and SO4^2,- were the dominant anions in the streamwater in this region. A significant difference of Ca^2 , HCO3^- and SO4^2- concentration exported between the succession stages in the watershed can be found. But they had the similar temporal change in the stream flow. Ca^2 , HCO3^- and SO4^2- showed significantly negative correlations with the daily precipitation and the stream discharge. Concentrations of Cl^- , Na^ , K^ , and Mg^2 were low in all streamwaters monitored and we observed no differences along the Abies fabri succession gradient. Low ratios of Na. (Na Ca) (range from 0.1 to 0.2) implied cations were from bedrock weathering (internal source process in the soil system) in this region. But, a variance analysis showed there were almost no differences between rainwater and streamwaters for Mg^2 , Na^ , K^ , and Cl^- concentrations. This indicated that they might be come from rainfall inputs(external source). The highly mobile capacity, rapid water exchange between precipitation and discharge, and long-term export lead to this observed pattern were suggested.     

前墙结构对OWC气室捕能效果影响的数值研究

基于不可压缩黏性流体理论VOF(VolumeofFluid)方法建立了二维数值波浪水槽模型,将模拟波形与波浪理论值进行对比,分析了模型可靠性,并利用该模型研究了5种不同前墙结构OWC气室在不同波高、周期时的出气口速度和气室内空气压强。基于模拟结果,从波能-动能转换效率和气室内空气压强角度分析了前墙结构对OWC气室的捕能效果的影响。结果表明:对于传统的直立型OWC 气室,采用合适的前墙结构可有效提高OWC气室的捕能效果;相比三角截面(20D型,30D型)和矩形(Y型)截面前墙,采用椭圆截面(20TY 型,30TY 型)的前墙结构的捕能效果更优,且在周期较大(1.6和1.8s)时其作用更显著,其波能-动能转换率相对Y 型前墙结构气室平均提升37%;5种前墙结构不同的气室中,20TY型和30TY型前墙结构气室的捕能效果最优。     

平面局部凸出的双坡房屋表面风压特性分析及体型优化研究∗

以计算流体动力学和大气边界层基本理论为依据,对平面局部凸出的双坡野营房屋表面风压分布特性展开研究,在此基础上对其建筑外形进行合理的优化。研究过程中运用Fluent软件对模型进行分析和计算,并将数值模拟与TTU实测的结果进行对比,进而确定数值风洞的相关参数。将我国野营房屋使用的功能要求以及人体活动所需的空间尺度等作为依据,在此基础上建立模型,并在风向角、辅助建筑相对尺寸和建筑平面布置形式等的变化下,计算分析房屋表面的风压分布规律,最后将结果归纳为房屋的风荷载体型系数,以便抗风设计使用。进一步将房屋表面风压的平均值、极值和标准差作为优化目标,对平面局部凸出的双坡野营房屋的体型进行优化,最终得到该类型房屋风作用最小的合理建筑外形,以提高其抗风性能。结果表明:轻型双坡野营房屋因自身凸出的辅助建筑的存在,建筑周围的气流运动会受到影响,从而使建筑表面风压分布规律发生变化,更会出现主体建筑局部风荷载体型系数发生变号的现象,鉴于以上情况,可知辅助建筑对建筑表面风压的影响在抗风设计中必须予以重视。     

基于CFD的污泥脱水机房恶臭扩散分布规律研究

污泥脱水机房是污水处理厂恶臭污染最严重的处理单元之一,其恶臭污染危害工作人员和周边居民身体健康。为研究脱水机房恶臭扩散分布规律,运用计算流体动力学（computational fluid dynamics, CFD）理论并采用其商用软件FLUENT对脱水机房主要恶臭污染物之一的硫化氢扩散分布进行数值模拟。案例研究了3种典型情景下的硫化氢扩散分布。结果表明,不同通风条件对脱水机房硫化氢扩散分布影响较大。在进行脱水机房设计时,应将脱水机布置于夏季最多风向的下方向,并靠近排风口,使恶臭污染物在最短的路径上排除出去,还应考虑机房其他布置,使工作人员经常接触和经过的地方位于低浓度区。     

火灾及烟气计算机模拟模型综述

近年来,火灾及烟气运动的计算机模拟模型得到了广泛的发展,已经得到广泛应用.计算机模型的广泛应用得益于在过去十年中火灾理论研究和试验所得到的火灾基础数据库,以及计算机硬件的发展使得更为复杂的计算方法得到应用.计算机模拟的应用也推动了建筑规范从"处方式"向性能化规范发展.本文对火灾及烟气计算机模拟模型的基本原理进行了介绍,着重介绍了在我国应用广泛的场模拟模型FDS,并结合笔者使用过的模型进行了对比研究.     

环境中对流,扩散问题的控制容积离散方法及应用

本文用控制容积离散化方法模拟计算环境中充体的运动和污染物迁移扩散过程。该方法通用性强、可适用于一维、二维甚至三维对流、扩散问题的模拟计算，另一方面能真实反映水体的运动规律，因而可确保的合理性和稳定性，本文所建立的方法具有较高的精度和很好的稳定性。     

隧道内燃料电池机车氢气泄漏扩散特性分析

氢燃料电池动力系统应用于轨道车辆,替代传统内燃机或弓网受流系统,能显著降低建设投资,并具有高效率、无污染、零碳排放、低噪音等优势。然而由于氢气（H₂）易燃易爆,一旦泄漏,会威胁到人或财产安全,特别在狭小封闭或半封闭空间,空间受限不利于H₂扩散会加剧H₂聚集,因此氢燃料电池机车的广泛推广需要深入分析其安全性。对不同泄漏位置情况下的H₂在隧道内泄漏扩散特性进行数值模拟,研究不同泄漏工况下H₂浓度分布随时变规律,结果显示：在泄漏初始阶段,上部泄漏时受实际气流组织和自身浮力的影响,泄漏后H₂沿隧道顶部向下游方向进行扩散,可燃气体云的轮廓变大,危险区域存在于隧道顶部;下部泄漏时,气体沿列车底部扩散,危险区域存在于隧道底部。研究结果对促进氢燃料电池机车应用推广具有参考意义。     

连续曝气SBR快速培养AGS及反应器流态的CFD解析

配制模拟番茄酱废水,在高径比为10的SBR反应器中,考察连续曝气条件下好氧颗粒污泥（AGS）的除污性能和微生物特性的变化。建立流体动力学模型,模拟反应器中气〖CD*2〗液〖CD*2〗污泥三相流的流态,以了解其对污泥颗粒化的影响机理。结果表明：污泥完全颗粒化后,对番茄酱废水中COD、NH3-N和PO3-4-P的去除率分别为94.37%、93.55%和9092%;绿弯菌门(Chloroflexi)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和厚壁菌门(Firmicutes)丰度显著提高,假丝酵母菌（Candidatus saccharibacteria）为除磷功能微生物;反应器内的流态结构呈环流和旋涡流,水力剪切力的大小与颗粒粒径呈正相关,颗粒形态与流态分布有关。     

高温高湿高盐环境雷达典型部件腐蚀分析

目的研究雷达典型部件长期工作在高温、高湿、高盐雾等环境下腐蚀情况的影响机理。方法提出在该环境下对雷达典型部件多场耦合的仿真计算方法,以计算流体动力学(CFD)软件FLUENT为平台,建立雷达典型部件的有限元模型,对雷达典型部件进行仿真模拟分析。结果得到了雷达典型部件的温度、湿度和盐度分布云图和综合环境腐蚀云图,从腐蚀云图可以看出,部件表面腐蚀程度在0.6 mm以上,腐蚀程度比较严重,仿真结果与实际检测结果较为吻合。从分布云图可知,单一的温度或盐度因素对部件表面的腐蚀情况影响较小,湿度对其影响较为显著。结论验证了仿真计算方法的合理性和正确性,为雷达典型部件的动力学仿真,为其腐蚀现象的进一步研究及预防提供了理论指导。