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计算流体力学在充填料浆管道输送模拟分析的应用及研究发展方向

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矿业研究与开发 2022年第12期42卷 18-23页

作者：文孝贵段单峰长沙矿山研究院有限责任公司湖南长沙410012 金属矿山安全技术国家重点实验室湖南长沙410012

充填料浆的管道输送作为矿山充填的重要环节,直接影响着充填系统的效率,亟需新的研究手段对浆体管道输送试验方法进行探究。结合计算流体力学(CFD)在充填料浆管道输送分析的应用,介绍了CFD技术的计算方法及流程;分析了近些年CFD在充填... 详细信息

充填料浆的管道输送作为矿山充填的重要环节,直接影响着充填系统的效率,亟需新的研究手段对浆体管道输送试验方法进行探究。结合计算流体力学(CFD)在充填料浆管道输送分析的应用,介绍了CFD技术的计算方法及流程;分析了近些年CFD在充填料浆流动特性、管道输送特性及管网参数优化等方面的研究现状及应用难点;认为目前CFD应用于膏体输送存在复杂管道输送系统建模和网格划分困难、无法进行料浆输送过程的微观机理研究、料浆输送参数选择困难等问题;对CFD应用于充填料浆输送模拟分析的研究发展趋势进行了探讨,认为提高计算精度和工业化应用将成为CFD在充填领域应用的主要研究方向。

关键词：充填料浆计算流体力学管道运输流动性输送特性

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计算流体力学在船舶操纵运动仿真中的应用

舰船科学技术 2022年第14期44卷 40-43页

作者：陈璜林雄萍集美大学诚毅学院福建厦门361000

船舶的操纵运动特性包括船舶速度控制、转向控制、阻力特性等,关系到船舶的航行安全性、经济性,而计算流体力学作为近年来新兴的流体力学分支,与Fluent等软件结合,已经在船舶的流体动力学解算和优化中获得了广泛的应用。本文介绍计算流... 详细信息

船舶的操纵运动特性包括船舶速度控制、转向控制、阻力特性等,关系到船舶的航行安全性、经济性,而计算流体力学作为近年来新兴的流体力学分支,与Fluent等软件结合,已经在船舶的流体动力学解算和优化中获得了广泛的应用。本文介绍计算流体力学的基本分析步骤和原理,分别建立船体、螺旋桨的流体动力学模型,结合仿真软件进行船舶操纵运动的仿真。

关键词：计算流体力学操纵运动仿真有限元

计算流体力学在农业工程中的应用现状与发展趋势

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中国农业科技导报 2023年第8期25卷 1-9页

作者：肖瑶吴明亮湖南农业大学机电工程学院长沙410128 湖南省现代农业装备工程技术研究中心长沙420128

计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)是基于计算机数值计算和图像显示进行系统分析的方法,常用于分析农业装备中的气固、气液两相流等流动机理,是农业装备数字化设计的新手段,在农业工程领域具有良好的应用前景。总结归纳了... 详细信息

计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)是基于计算机数值计算和图像显示进行系统分析的方法,常用于分析农业装备中的气固、气液两相流等流动机理,是农业装备数字化设计的新手段,在农业工程领域具有良好的应用前景。总结归纳了CFD在模拟农业物料时常用的计算模型及其在农业装备中的应用情况,结合CFD在农业工程领域应用实例,就如何适应农业工程未来发展需要,提出了CFD未来的发展趋势。分析表明,农业装备由于作业对象种类繁杂且易损伤,需充分考虑其作业对象的物理特性及各部件相互关系,多学科耦合分析、精细化建模和高保真仿真实时预测应当是CFD未来发展的趋势。

关键词：计算流体力学农业工程计算模型

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计算流体力学在血管重塑评估中的应用

中国科学基金 2022年第2期36卷 280-283页

作者：刘超徐明北京大学第三医院心血管内科

血管重塑是生物学适应反应中最基本的表现，在机体功能生理调控和病理过程中均具有重要意义。力学刺激，血管活性物质，炎性介质等多种因素均会影响血管重塑的进程。血流动力学参数改变在血管重塑中发挥重要作用，力学参数变化与血管的... 详细信息

血管重塑是生物学适应反应中最基本的表现，在机体功能生理调控和病理过程中均具有重要意义。力学刺激，血管活性物质，炎性介质等多种因素均会影响血管重塑的进程。血流动力学参数改变在血管重塑中发挥重要作用，力学参数变化与血管的生理病理重塑之间的关系是重要的研究方向。计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)在揭示和预测病理、生理过程中血管重塑的规律尤为重要。近年来，CFD在医学领域积累的数值模拟数据为构建血管重塑模型提供了基础。随着高性能计算机和大数据科学的快速发展，将CFD与人工智能(Artificial Intelligence, AI)结合，对于未来评价和预测个体的血管生长发育以及血管相关疾病的发生发展具有理论实践意义。

关键词：血管重塑计算流体力学人工智能血流动力学

计算流体力学在阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上气道阻塞平面评估中的应用

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计算流体力学在阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征患者上气道阻塞平...

作者：王宏艳吉林大学

学位级别：硕士

目的:建立成人阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)患者和健康成人上气道三维有限元模型,应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析比较成年OSAHS患者与健康成人的上气道... 详细信息

目的:建立成人阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea hypopnea syndrome,OSAHS)患者和健康成人上气道三维有限元模型,应用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)分析比较成年OSAHS患者与健康成人的上气道特征,通过上气道气流特征定位上气道阻塞平面,探讨成人OSAHS患者上气道气流特征与多导睡眠监测(Polysomnography,PSG)指标的相关性、鼻甲肥大对成人OSAHS患者上气道气流情况的影响,以及通过上气道气流特性评估成人OSAHS患者手术治疗的有效性,为OSAHS的诊疗提供参考及指导作用。方法:选取10例成年OSAHS患者为实验组,5例健康志愿者为对照组。OSAHS实验组与对照组均行上气道计算机断层扫描(computerized tomography,CT)和睡眠监测检查,将实验组和对照组的CT扫描图像导入Mimics 21.0软件中进行上气道三维模型重建,将三维模型导入Geomagic Studio 2014软件中以优化三维模型,并利用HyperMesh 13.0软件对三维模型网格划分,建立三维有限元模型。再通过ANSYS Fluent软件进行模型的数值模拟,以及通过ANSYS CFD-Post软件进行数据后处理。最后利用所得的上气道CT数据、上气道CFD数据、睡眠监测数据,选取部分代表性指标,进行成年OSAHS患者与健康成人上气道CT指标、CFD指标、睡眠监测指标的比较分析;成年OSAHS患者上气道CT指标、CFD指标与PSG指标的相关性分析;以及成年OSAHS患者组内分别按照是否伴有鼻甲肥大、术前术后分成两个亚组,分别进行两亚组上气道CT指标、CFD指标、PSG指标的比较分析。指标选取包括CT指标:硬腭后缘与咽后壁距离(C1)、硬腭水平的鼻咽腔横径(C2)、软腭厚度(C3)、会厌尖水平舌根与咽后壁距离(C4)、舌骨水平舌骨正中与咽后壁距离(C5)、硬腭至舌骨水平咽腔最短横径(C6),上气道最小横截面积(CSA min),上气道横截面积最小处咽腔的纵径(CSA纵)、横径(CSA横)、纵径横径比值(CSA纵横比);CFD指标:上气道后鼻孔截面处的截面压强(P1)、截面流速(V1),软腭下缘的咽腔横截面的截面压强(P2)、截面流速(V2),会厌尖水平的咽腔横截面的截面压强(P3)、截面流速(V3),会厌根部的咽腔横截面处的截面压强(P4)、截面流速(V4),上气道最大流速(V max),以及不同截面之间压强差△P1-2、△P2-3、△P3-4、△P总(即△P1-4),不同截面之间流速差△V1-2、△V2-3、△V3-4、△V总(即△V1-4);PSG指标:睡眠呼吸暂停低通气指数(△HI)、睡眠中最低血氧饱和度(LSpO2)、睡眠中平均血氧饱和度(MSpO2)。结果:①成年OSAHS患者与健康成人的C1、C3、C6、CSAmin、CSA纵、CSA横、CSA 纵横比、V2、V3、|△V1-2|、|△V2-3|、Vmax、P2、P3、P4、|△P1-2|、|△P2-3|、|△P3-4|、|△P总|、AHI、LSpO2、MSpO2等指标的差异有统计学意义,其中 C3、CSA 纵横比、V2、V3、|△V1-2|、|△V2-3|、Vmax、P2、P3、P4、|△P1-2|、|△P2-3|、|△P3-4|、|△P总|、AHI等指标成年OSAHS患者高于健康成人,C1、C6、CSAmin、CSA 纵、CSA 横、LSpO2、MSpO2 等指标成年 OSAHS 患者低于健康成人;成年OSAHS患者与健康成人的C2、C4、C5、V1、V4、|△V3-4|、|△V总|、P1等指标的差异无统计学意义。成年OSAHS患者各截面中腭咽截面的截面流速V2和截面压强P2明显高于其余3个截面的截面流速和截面压强。②成年OSAHS患者的C2与LSpO2、MSpO2呈负相关,C2与|△P2-3|呈负相关,C4与|△V3-4|呈正相关,C6与|△V1-2|呈负相关,CSAmin与|△P1-2|、|△P 总|、|△V2-3|呈正相关,CSAmin 与|△P3-4|、|△V1-2|、Vmax、|△V 总|呈负相关,CSA 纵与|△P1-2|、|△P 总|、|△V2-3|呈正相关,CSA 纵与|△P3-4|、|△V1-2|、Vmax、|△V 总|呈负相关,CSA 横与|△P1-2|、|△P 总|、|△V2-3|呈正相关,CSA横与|△P3-4|、|△V1-2|、Vmax呈负相关,其余CT指标、CFD指标与PSG指标相关性无统计学意义。③伴或不伴鼻甲肥大成年OSAHS患者的CSAmin、CSA纵、CSA横、|△P1-2|、|△P2-3|、|△P3-4|、|△P 总

关键词：阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征计算流体力学上气道阻塞三维重建数值模拟

固定床反应器内构件-喷射型分配器性能的计算流体力学研究

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石油学报（石油加工） 2022年第4期38卷 939-945页

作者：薄守石杨昊雷瑞星张旭孙兰义中国石油大学(华东)重质油国家重点实验室山东青岛266580

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,建立了一种喷射型分配器的数学模型。在对喷射型分配器基本构型进行模拟分析的基础上,从操作弹性和物性适应性等角度分析了分配器的性能,分析了液相密度、液相黏度和气相密度对分配器性能的影... 详细信息

采用欧拉两相流模型和标准的k-ε湍流模型,建立了一种喷射型分配器的数学模型。在对喷射型分配器基本构型进行模拟分析的基础上,从操作弹性和物性适应性等角度分析了分配器的性能,分析了液相密度、液相黏度和气相密度对分配器性能的影响。结果表明:喷射型分配器能够适应液相进料在某套加氢工艺装置设计负荷的60%~110%范围内的波动;分配器对气-液相物性的适应性较好,能够适用于高黏度油品,当液相密度低于800 kg/m^(3)、气相密度低于30 kg/m^(3)时,能够实现良好的液相分布效果。

关键词：喷射型分配器数值模拟计算流体力学结构优化

计算流体力学模拟弯液面诱导涂布法中流体行为及其对有机半导体沉积影响的研究

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计算流体力学模拟弯液面诱导涂布法中流体行为及其对有机半导体沉...

作者：陆蓓苏州大学

学位级别：硕士

弯液面诱导涂布作为一种高效、低成本制备大面积有机电子器件的溶液加工方法受到了广泛关注。深刻理解弯液面中流体行为对有机分子晶体成核、生长的影响,对指导有机半导体薄膜的沉积,提高薄膜结晶质量具有至关重要的作用。为此,本文利... 详细信息

弯液面诱导涂布作为一种高效、低成本制备大面积有机电子器件的溶液加工方法受到了广泛关注。深刻理解弯液面中流体行为对有机分子晶体成核、生长的影响,对指导有机半导体薄膜的沉积,提高薄膜结晶质量具有至关重要的作用。为此,本文利用计算流体力学方法结合实验,系统地研究了弯液面诱导涂布法中溶液蒸发、流动和传热行为对有机半导体薄膜形貌与结晶质量的影响规律,具体如下:1.弯液面诱导涂布中溶剂组分对并苯类有机半导体薄膜沉积的影响我们基于多物理场有限元方法,针对弯液面中的物理过程,建立了涉及流动、传热、传质和组分输运的二维瞬态仿真模型,结合实验,系统研究了在40℃基底上弯液面诱导涂布过程中单一组分与双溶剂组分的流动情况及其对DiF-TES-ADT并苯类有机半导体薄膜沉积的影响。我们发现在单一的间二甲苯溶剂中,由于溶液与基底间存在较大的温度梯度,弯液面处的流动始终是受温度诱导的马兰戈尼(Marangoni)流动影响,沿着弯液面自下而上运动,这种流动带动了尖端处的溶质“逃离”本应沉积的区域,使得沉积薄膜出现裂缝和缺陷。之后我们研究了体积分数为1:4的邻二氯苯/间二甲苯的双溶剂体系,我们发现在0～0.02 s时间内,溶液内部依旧会受到温度引起的马兰戈尼流影响,导致流体沿弯液面向上流动;而在0.02s之后,随着间二甲苯蒸发出更多的蒸汽,组分分布变化加剧,导致弯液面前端流体受到组分浓度诱导的马兰戈尼流动影响,沿弯液面从上往下流动,组分渐渐开始抵消温度的影响;到0.7 s时刻时,温度分布对流动的影响与组分分布对流动的影响达到平衡;0.7 s后,组分分布对流动的影响占主导地位,使得弯液面前端处的流动彻底转变为组分分布诱导的马兰戈尼流,流体主要沿着弯液面从上往下流动。这种自上而下的流动可以有效帮助主体溶液中溶质向尖端处补充,增强了有机半导体分子向着接触线的质量传递,从而能够快速生成致密均匀的有机半导体晶态薄膜。我们通过对弯液面模型的研究发现了通过调整组分精准控制溶液内部流动的方法,为提高薄膜沉积质量提供了理论依据。2.弯液面诱导涂布中表面微通道对噻吩类有机半导体晶体成核与生长的影响我们以VOF(Volume of Fluid,流体体积法)方法为基础,设计了不同尺寸、不同润湿性和不同结构的三维矩形微通道仿真模型,并结合实验,系统地研究了浸润微通道涂布过程中弯液面的形状对C8-BTBT噻吩类有机半导体沉积阵列的影响。在通道尺寸方面,我们设计了不同宽度(2 μm,3 μm,5 μm,10 μm)和不同厚度(0.5 μm,1 μm,2μm,3 μm)的微通道仿真模型,发现减小宽度和增大厚度都能导致微通道内溶液受到的毛细作用增强,与空气的接触面积过大,影响了结晶的均匀性,因而需要尽量选择相对较宽且较薄的通道。但是,更宽的通道和更薄的厚度会带来重力作用的较大影响,使得弯液面前端更加细长,沉积的阵列更薄。因此,需要根据实验所需晶体的厚薄来调节通道的尺寸。在通道润湿性方面,我们先在理论模型中设计了几种不同接触角(3.5°、50°、90°和120°)的通道,发现更亲液的通道形成的弯液面曲率越大,“下凹”明显,推测溶质更易在亲液通道两侧沉积,对于疏液通道,溶质更倾向于往通道中心沉积,与实验结果相吻合。最后,为了探究不同通道结构的影响,我们设计了两步浸涂法,第一步将微通道浸涂后在通道两侧形成晶体阵列,此阵列在通道两侧构成新的小通道结构,第二步再次进行浸涂操作。模拟发现第二步弯液面尖端在小通道中形成更加细长的“溪流”,我们推测第二次结晶会沉积在小通道内部,与第一次沉积的溶质实现双层堆积结构,与实际实验相吻合。总的来说,通过对微通道不同尺寸、润湿性和结构的设计,我们实现了有机半导体在微通道中结晶生长的精确控制,并成功预测出不同参数影响下溶质在微通道中的结晶位置和质量,为浸润微通道涂布结晶法提供了理论与实验指导。

关键词：弯液面诱导涂布技术计算流体力学有机半导体结晶控制光刻微通道

基于流固耦合的计算流体力学在主动脉夹层中的应用

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中华外科杂志 2023年第12期61卷 1114-1118页

作者：王菁张韬张学民张小明北京大学人民医院血管外科北京100044

主动脉夹层是一种起病急、进展快、病死率高的疾病。在主动脉夹层的发展和治疗过程中,血流动力学因素有着重要的参考价值。计算流体力学可直观、可视化地模拟人体血管内的血流动力学状态并进行数值量化,但未进行流固耦合分析的计算流体... 详细信息

主动脉夹层是一种起病急、进展快、病死率高的疾病。在主动脉夹层的发展和治疗过程中,血流动力学因素有着重要的参考价值。计算流体力学可直观、可视化地模拟人体血管内的血流动力学状态并进行数值量化,但未进行流固耦合分析的计算流体力学并不能反映人体真实情况,因此主动脉夹层的流固耦合数值模拟值得进一步研究,以达到对血流动力学状态、术后效果及风险预测等更准确的评估。本文就基于流固耦合技术的计算流体力学在主动脉夹层中应用及研究进展作一简要综述。

关键词：主动脉夹层血流动力学流固耦合计算流体力学数值模拟

计算流体力学在髂静脉狭窄患者血流动力学中的研究

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计算流体力学在髂静脉狭窄患者血流动力学中的研究

作者：田博文宁夏医科大学

学位级别：硕士

目的本研究通过计算流体力学技术分析真实髂静脉压迫综合征患者的血流动力学参数,探索髂静脉压迫综合征患者血流动力学特点,分析不同狭窄程度与血流动力学参数之间的关系,为髂静脉压迫综合征的病理生理机制研究提供流体力学数据。方法... 详细信息

目的本研究通过计算流体力学技术分析真实髂静脉压迫综合征患者的血流动力学参数,探索髂静脉压迫综合征患者血流动力学特点,分析不同狭窄程度与血流动力学参数之间的关系,为髂静脉压迫综合征的病理生理机制研究提供流体力学数据。方法收集宁夏医科大学总医院2019年1月至-2022年6月就诊的髂静脉压迫综合征患者30例,获取患者CTV图像资料,利用计算流体力学技术得到髂静脉压迫综合征患者的血流动力学参数,分析不同狭窄程度患者的血流动力学特征,探索髂静脉压迫综合征患者狭窄程度与血流动力学之间的关联,探究髂静脉压迫综合征患者患侧与健侧流体力学数据的差异,探索血流动力学参数与患者临床数据如Villalta评分的相关性。结果使用计算流体力学技术分析后得知,50-69%狭窄程度的狭窄处血流速度为0.254±0.037m/s,70-89%狭窄程度的狭窄处血流速度为0.452±0.078m/s,≥90%狭窄程度的狭窄处血流速度为0.809±0.083m/s,不同狭窄程度血流速度的差异具有统计学意义(P力学参数与狭窄程度相关(血流速度:r=0.963,P力学参数和狭窄率与Villalta评分相关(血流速度:r=0.911,P力学参数不同,当狭窄程度增大时,血流动力学参数也随之增大。***患者的患侧与健侧的血流动力学参数存在差异。3.血流动力学参数及狭窄率均与Villalta评分呈正相关,血流动力学参数相比于狭窄率来说更符合患者临床症状及体征。

关键词：髂静脉压迫综合征计算流体力学血流动力学 Villalta评分