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基于openfoam求解器的内部造流系统开发

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海洋工程 2024年

作者：朱植阳彭忠李徜徉邓争志华东师范大学河口海岸学国家重点实验室华东师范大学崇明生态研究院浙江大学海洋学院

采用开源计算流体力学软件包openfoam，通过质量源造流方程的推导、源区参数设计以及数值水槽边界条件的改进等方法，成功开发了一种基于质量源法的域内源造流的数值水槽sklec-Foam。该模型被用于探讨恒定流和非恒定流的生成效果，并与... 详细信息

采用开源计算流体力学软件包openfoam，通过质量源造流方程的推导、源区参数设计以及数值水槽边界条件的改进等方法，成功开发了一种基于质量源法的域内源造流的数值水槽sklec-Foam。该模型被用于探讨恒定流和非恒定流的生成效果，并与理论值以及olaFlow模型的边界造流法进行了比较。结果表明，基于质量源法的数值水槽模型在造流的精度和稳定性方面表现出色。这一模型为海岸水动力—结构物相互作用研究以及潮滩的保护和服务功能提升提供了科技支撑。

关键词： openfoam 内部造流系统质量源恒定流非恒定流数值水槽

基于openfoam的潜堤——双弧板组合结构水动力特性数值研究

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海洋工程 2023年第2期41卷 132-143页

作者：于珍李雪艳程志孟钰婕鲁东大学海岸研究所山东省海上航天装备技术创新中心山东烟台264025

鉴于双弧板式透空堤的消浪性能仍不理想,提出了一种潜堤—双弧板组合结构,并基于openfoam软件建立了波浪与该结构相互作用的数值模型,采用试验结果对所建数值模型进行验证。在此基础上,讨论了该新型结构的消浪特性、波压力分布特征以及... 详细信息

鉴于双弧板式透空堤的消浪性能仍不理想,提出了一种潜堤—双弧板组合结构,并基于openfoam软件建立了波浪与该结构相互作用的数值模型,采用试验结果对所建数值模型进行验证。在此基础上,讨论了该新型结构的消浪特性、波压力分布特征以及所受波浪力的影响因素。结果表明,透射系数随相对板宽的增大而减小,反射系数则相反。透射与反射系数随相对潜深的变化较为显著。当结构位于静水位上方(即相对潜深为-0.05)时,透射系数最小而反射系数最大;当结构位于静水位下方(即相对潜深为0.05)时,透射系数最大而反射系数最小。该组合结构两块弧板上下表面的正负压力变化关于横轴近似对称,不同测点处的压力值差异显著。水平波浪力与垂直波浪力的变化趋势大致相似,但垂直波浪力远大于水平波浪力。研究结果可为其工程应用提供理论指导与技术支撑。

关键词：潜堤—双弧板组合结构消浪特性受力特性 openfoam

openfoam中稳态大气边界层风洞的开发研究

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OpenFOAM中稳态大气边界层风洞的开发研究

作者：张洪华哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

当今建筑结构的体型各式各样、复杂多变，现有荷载规范已经不能满足这些复杂体型建筑的风荷载设计需求，并且由于计算机技术的飞速发展，数值风洞实验在风工程计算中扮演的角色越来越重要。现有的计算流体动力学数值模拟商业软件存在不... 详细信息

当今建筑结构的体型各式各样、复杂多变，现有荷载规范已经不能满足这些复杂体型建筑的风荷载设计需求，并且由于计算机技术的飞速发展，数值风洞实验在风工程计算中扮演的角色越来越重要。现有的计算流体动力学数值模拟商业软件存在不透明，无法满足专业深入科研的需求，而开源软件openfoam能提供可修改的源代码，比商业软件用户自定义的地方更多，计算过程完全开放透明，并且已经满足计算风工程的基本需要。本文基于计算流体动力学理论，采用开源软件openfoam与商业软件Fluent对东京工业大学数据库模型和日本建筑协会（Architectural Institute of Japan，AIJ）提供的标准模型分别进行建筑表面风压分布、建筑周围风环境、植被对风环境影响的数值模拟对比分析，探索openfoam在工程计算中的具体使用，并验证其计算精度。主要内容如下：利用开源软件openfoam和商业软件Fluent对建筑结构的表面风压进行数值模拟，计算同一网格、同一工况下东京工业大学模型的表面风压。具体考虑了不同风向角、建筑高宽比以及建筑群阻挡的影响，模拟计算了各个工况下的风压系数。得到了高宽比改变、风向角改变、阻挡效应出现时风压分布。采用openfoam和Fluent对同一网格、同一工况下的AIJ模型进行建筑风环境数值模拟，通过对单体建筑周围竖直面和水平面不同位置的风速进行评估，得到了建筑风环境不同高度比时风速比变化规律。通过定义不同的附加源项模拟了植被对风环境的影响，选取了不同源项模型和不同湍流模型，分别采用openfoam和Fluent来完成模拟计算。通过对比分析各工况下两个软件的计算结果，得到了不同附加源项计算模型的优劣情况，openfoam模拟整体吻合风洞实验的结果。

关键词： openfoam 建筑风压风环境植被源项

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openfoam在绕流问题中的应用研究

OpenFOAM在绕流问题中的应用研究

作者：刘强哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

长久以来，经典的绕流问题一直是流体力学研究的热点。在计算流体力学中，对圆柱绕流的数值模拟具有重要的地位。在船舶与海洋工程领域，通过数值模拟船舶的绕流空气场来计算船舶所受的风载荷也越来越受到人们的关注。近年来，迅速发展... 详细信息

长久以来，经典的绕流问题一直是流体力学研究的热点。在计算流体力学中，对圆柱绕流的数值模拟具有重要的地位。在船舶与海洋工程领域，通过数值模拟船舶的绕流空气场来计算船舶所受的风载荷也越来越受到人们的关注。近年来，迅速发展的开源CFD软件包openfoam为开展CFD数值模拟研究提供了一个很好的研究平台，并且其开源性为用户进一步深入探究和开发其CFD类库创造了可能。本论文利用开源的CFD软件包openfoam对圆柱绕流及船舶空气场绕流问题进行了研究。论文的主要工作包括：第一，对不同雷诺数（雷诺数范围从1到1×106）下的圆柱绕流进行了数值模拟，探讨了LES模型及Spalart-Allmaras一方程模型这两种不同湍流模型的具体应用，对不同雷诺数下的圆柱绕流进行数值模拟计算得到的阻力系数及斯特罗哈数与实验结果具有良好的一致性，从而验证了计算方法的正确性。第二，对不同集装箱放置形式的四艘集装箱船的绕流空气场进行了数值模拟计算。首先，探究了不同风向角下船舶所受风载荷的力系数及力矩系数随雷诺数变化的规律。然后，比较研究了不同风向角下沿船长均匀放置集装箱与集中在船艏艉两端放置集装箱的两种不同形式下船舶所受风载荷的情况，结果表明：将集装箱集中在船的艏艉两端放置可以在对横向力系数及艏摇力矩系数影响不大的前提下有效地减小船舶所受的风阻力，并且有利于改善船舶的航速稳定性。最后比较研究了不同风向角下船上每排集装箱间缝隙对船舶所受风载荷的影响。

关键词： openfoam 圆柱绕流船舶绕流风载荷

基于openfoam的导叶式离心泵数值模拟研究

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流体机械 2022年第1期50卷 37-44页

作者：刘厚林毛艳虹王勇林其文江苏大学流体机械及工程技术研究中心江苏镇江212013 江苏大学镇江流体工程装备技术研究院江苏镇江212009 江苏航天水力设备有限公司江苏扬州225600

针对目前有关openfoam对带导叶这种特殊结构的离心泵的计算研究较少且没有形成系统性研究的现状,为了验证openfoam开源软件在导叶式离心泵数值计算方面的可靠性,分别对0.6Q_(d)~1.4Q_(d)流量工况下的导叶式离心泵进行外特性试验以及稳... 详细信息

针对目前有关openfoam对带导叶这种特殊结构的离心泵的计算研究较少且没有形成系统性研究的现状,为了验证openfoam开源软件在导叶式离心泵数值计算方面的可靠性,分别对0.6Q_(d)~1.4Q_(d)流量工况下的导叶式离心泵进行外特性试验以及稳态和瞬态的数值计算。结果表明:openfoam计算得到的外特性结果贴近试验数据,最大误差在4.1%以内;叶轮内存在低压区,导叶出口处压力最大但随着流量增大而减小;小流量工况0.6Q_(d)下导叶流道内漩涡严重,随着流量增大,流场流动趋于平缓;叶轮的轴向力、径向力和压力脉动均受叶轮和导叶的干涉影响,设计工况下叶轮受力最稳定,叶片压力脉动呈周期性变化,叶片工作面的压力波动程度大于背面,反导叶处的压力脉动曲线有28个峰值。因此,openfoam可以作为有效预测导叶式离心泵性能的CFD软件,研究结果对后期研究openfoam软件的普适性有一定的指导意义。

关键词：导叶式离心泵 openfoam 数值模拟压力脉动

基于openfoam的激光去污产生气溶胶及其喷淋去除特性研究

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核动力工程 2024年

作者：王岩松梁辉侯宇轩陈宇奇孙中宁哈尔滨工程大学核科学与技术学院

在核设施维修及退役过程中，可利用激光去污技术对安全壳内高放射性污染的构件表面进行清洗,但过程中会产生大量亚微米级放射性气溶胶颗粒。为防止放射性物质扩散至环境中，可采用安全壳喷淋系统对其进行去除。为研究激光去污产生气溶... 详细信息

在核设施维修及退役过程中，可利用激光去污技术对安全壳内高放射性污染的构件表面进行清洗,但过程中会产生大量亚微米级放射性气溶胶颗粒。为防止放射性物质扩散至环境中，可采用安全壳喷淋系统对其进行去除。为研究激光去污产生气溶胶的物化特性以及气溶胶的喷淋去除效果，本研究进行激光去污实验以获取气溶胶生成速率、浓度和颗粒直径分布等数据；基于欧拉-拉格朗日方法，在openfoam中开发了能够同时模拟气溶胶生成和气溶胶喷淋去除的数值模拟模型，对封闭空间内气溶胶的生成、迁移扩散以及喷淋去除特性进行了模拟和分析。模拟结果表明：喷淋区域内的气溶胶可以直接与喷淋液滴相互作用而被去除；非喷淋区域的气溶胶会随气流运动被夹带进入喷淋区域再被去除；气溶胶颗粒直径越大，喷淋去除效率也越高。本研究建立的数值模拟预测方法能够为未来优化封闭空间内激光去污及气溶胶喷淋去除技术提供模型基础和技术参考。

关键词： openfoam 激光去污气溶胶喷淋去除

基于openfoam求解器的内部造流系统开发

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海洋工程 2024年第6期42卷 186-193页

作者：朱植阳彭忠李徜徉邓争志华东师范大学河口海岸学国家重点实验室上海200241 华东师范大学崇明生态研究院上海200241 浙江大学海洋学院浙江舟山316021

采用开源计算流体力学软件包openfoam,通过质量源造流方程的推导、源区参数设计以及数值水槽边界条件的改进,成功开发了一种基于质量源法的域内源造流数值水槽sklec-Foam。该模型被用于探讨恒定流和非恒定流的生成效果,并与理论值以及ol... 详细信息

采用开源计算流体力学软件包openfoam,通过质量源造流方程的推导、源区参数设计以及数值水槽边界条件的改进,成功开发了一种基于质量源法的域内源造流数值水槽sklec-Foam。该模型被用于探讨恒定流和非恒定流的生成效果,并与理论值以及olaFlow模型的边界造流法进行了比较。结果表明,基于质量源法的数值水槽模型在造流的精度和稳定性方面表现出色。这一模型为海岸水动力-结构物相互作用研究以及潮滩的保护和服务功能提升提供了科学支撑。

关键词： openfoam 内部造流系统质量源恒定流非恒定流数值水槽

基于openfoam的管束流固耦合模拟与数据驱动建模

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核动力工程 2022年第S2期43卷 158-164页

作者：冯志鹏张毅雄黄旋刘帅齐欢欢蔡逢春中国核动力研究设计院核反应堆系统设计技术重点实验室成都610213

为实现开源工具openfoam在管束流固耦合行为预测方面的应用,针对openfoam缺乏大涡模拟验证的综合基准案例、缺乏基于openfoam仿真数据的参数辨识方法和数据驱动建模方法问题,首先通过研究基准问题来定量比较openfoam中大涡模拟的性能,... 详细信息

为实现开源工具openfoam在管束流固耦合行为预测方面的应用,针对openfoam缺乏大涡模拟验证的综合基准案例、缺乏基于openfoam仿真数据的参数辨识方法和数据驱动建模方法问题,首先通过研究基准问题来定量比较openfoam中大涡模拟的性能,重点讨论统计时间长度、计算域大小与形状、网格划分方式、壁面函数对结果的影响规律,并将数值结果与实验数据进行验证,获得了合理的流场分析模型;然后,将运动方程与流场计算相耦合,求解具有移动边界的非定常Navier-Stokes(uRANS)方程,实现管束的流固耦合仿真,成功捕捉到了管束的流固耦合特征,并以流管模型为例,实现了关键参数辨识和数据驱动建模。结果表明,大涡模拟中,达到统计收敛至少需180个漩涡脱落周期;升力、回流长度对网格分辨率较为敏感,漩涡脱落频率、圆柱表面压力对计算域较为敏感;对于尾流区的统计量分布,网格分辨率的影响更为显著;计算域形状的影响可以忽略;通过数据驱动建模方式计算的临界流速与实验值吻合较好。

关键词：流固耦合大涡模拟 openfoam 管束

基于openfoam的猪体空气阻力系数模拟计算

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中国农业大学学报 2021年第9期26卷 197-205页

作者：吴雪飞李浩施正香中国农业大学水利与土木工程学院北京100083 农业农村部设施农业工程重点实验室北京100083 北京市畜禽健康养殖环境工程技术研究中心北京100083

为探究气流流速和流向对猪体空气阻力的影响,采用圆柱体气流阻力半经验公式验证和openfoam数值模拟计算风洞中单只猪的空气阻力系数的方法,对不同气流流速(0.2,0.5,1.0,1.5,2.0和2.5m/s)和猪体长轴与气流流向的夹角(0°,15°,…,180°)... 详细信息

为探究气流流速和流向对猪体空气阻力的影响,采用圆柱体气流阻力半经验公式验证和openfoam数值模拟计算风洞中单只猪的空气阻力系数的方法,对不同气流流速(0.2,0.5,1.0,1.5,2.0和2.5m/s)和猪体长轴与气流流向的夹角(0°,15°,…,180°)不同情况下的空气阻力系数变化规律进行研究。结果表明:1)计算域内合适的网格尺寸能够保证计算结果的稳定性并节约计算资源,2)猪体几何形状对空气阻力的影响不能被忽略,与猪体等体积的圆柱体作为极度简化的猪体模型在表征猪体空气阻力系数方面的相关性较低(R2=0.6033),3)猪体与气流流向的夹角为0°~45°和135°~180°时猪体阻力系数较小,45°~75°和105°~135°时猪体阻力系数适中,75°~105°时猪体阻力系数较大。本研究阐明了单只猪对气流阻挡作用的规律,同时对openfoam软件在农业通风领域的应用起到了促进作用。

关键词： openfoam 气流组织建筑通风空气流动