发布时间：2023-12-26 10:36:51
绪论：一篇引人入胜的流体分析培训，需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文，供您参考和学习。
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）14-0069-01
在对密闭设备的工艺流程培训过程中，如果利用图片、文字说明等传统的演示方法对其描述，具有很多的局限性，培训效果也很难满足要求。如果利用计算机图形学技术进行模拟仿真设备实体，再利用流体模拟仿真技术，可真实模拟出设备内部流体的流动过程。
1 流体模拟工具RealFlow
RealFlow是3ds max、Maya、LightWave、Softimage|XSI等3D工作平台的重要的通用软件。RealFlow是目前唯一能够处理粒子对物体的作用的一整套力学模拟系统。RealFlow也可以作为单纯的粒子系统使用，来处理数量庞大的粒子。在相同硬件条件下，RealFlow能处理的粒子数是3DS Max或Maya等3D平台所能处理的粒子数的几十倍。
2 RealFlow的主要特色[1]
1）非常直观的图形化友好界面，完全支持OpenGL。
2）气体、液体、粘性的和弹性的物质能够很容易地仿真。
3）拥有多种不同类型的粒子发射器。
4）多种液体间的互动。
5）采用优化平滑内核的内建多线程的网格生成机制。
6）完全支持各种大型三维动画软件平台。
7）在同一网格中不同流体之间常用材质的混合。
3 RealFlow的制作流程
RealFlow的制作思路是通过粒子模拟流体、气体的流动与碰撞，运算出正确的运动轨迹，再在质点与质点之间产生平滑的多边形网格。保存序列文件后，再导入到其他3D软件中渲染。以3Ds max为例，讲述它的制作流程。
1）在3Ds max中制作场景，可以保存两种RealFlow接受的格式，不动的模型可以保存为obj格式，动画的模型可以保存为SD格式，视需要而定。
2）在RealFlow中进行数据输出，包括三种文件类型：
屏幕图像―可以保存为逐帧图片，只有预视效果的作用，没有实际作用；Mesh网格―将液体模型输出成逐帧Bin文件，这种动态模型可以在三维软件中打开；粒子―将点状粒子输出成逐帧Bin文件，它可以在三维软件中打开，具有粒子系统的功能。
3）在3Ds max中导入需要的数据，包括液体模型（Bin文件）和粒子系统（Bin文件）两种类型，与整个场景进行整合渲染，液体模型可以使用各种材质类型。
4 利用RealFlow模拟分离器内部液体流动的过程
4.1 分离器三维模型的制作
利用3Ds max软件制作出分离器内部节构模型，由于RealFlow只能识别三角形的网格物体，将其简化的模型转换为可编辑面片，变为三角网格物体，最终导出为obj格式文件。
4.2 分离器设备流程中液体流动的模拟
4.2.1 分离器内部流程过程
要达到真实模拟效果，必须先了解流体流动过程。液体流动的过程是：液体先从分离器一端的进口处由底部向上喷出待液体达到一定高度后，由于竖管将液体导入计量罐内，这时，开始进行量油，直到量油结束，将罐体内的液体导出。
4.2.2 模型的导入
由于3Ds max的单位与realflow的单位比例为100：1，导入后将模型的比例缩小为0.01。这样设置在能实现相同效果的同时，也可以减少粒子的发射数量，解算的时间变短。
4.2.3 粒子、重力加速器
RealFlow中的粒子类型有很多种，根据我们要求，选用圆面粒子发射器。为了模拟真实的效果，将粒子发射器进行角度倾斜，让粒子先碰撞到管壁，再沿管壁在重力的作用下流动。通过对粒子的精度、密度、内外压力、粘滞性、速度、粒子发射时间进行调整。
4.2.4 mesh网格模型的生成
在调整粒子达到最终效果后，给粒子披上一层外衣-网格模型，对粒子进行包裹。网格模型作为最后导入到3Ds max中的网格物体。过滤器是设置网格外观比较重要的一项设置，也用于解决网面与其他物体的适配问题，尤其是网面与填充物体的适配[2]。
4.3 RealFlow中粒子运动的属性设置
4.3.1 流体的运动过程中粒子运动的状态
由于计量间分离器中始终有一部分液体，模仿这部分液体是通过粒子器预先注入粒子，待粒子稳定后再从入口处注入新的粒子。这部分粒子对于系统的运算速度产生很大的影响，粒子过多会造成运算缓慢，粒子过少会造成重新注入粒子后，由于粒子之间的密度变化及内压差的突然变化产生过大的波澜，对模拟的真实度产生影响。
4.3.2 模拟液体表面，mesh网格的设置
在模拟罐体与液体相接触的面与液体表面之间的角度尽可能与真实的场景相似，就需要对mesh网格进行调整[3]。Mesh中属性面板中的Polygon size（多边形尺寸）只是设置组成网格面中的多边形密度的大小，对于初形成网面的臃肿的调节
无效。
4.3.3 场景优化，改善粒子的运算速度
创建RealFlow场景时，默认系统缩放比例值为一个标准单位，导入的模型往往很大，通过改变系统默认值以适应粒子发射器的大小来减少粒子的计算时间，加快粒子的计算过程。
5 结束语
利用RealFlow进行流体模拟，实现了分离器工艺流程的模拟过程，提高了系统开效率，较好的解决了粒子碰撞计算与逼真度平衡的问题，同时对流体mash模型及相关技术特点进行了分析。为模拟仿真系统开发中的流体运动的模拟提供了一种较好的解决方法。
参考文献
[1]欧阳箴.隼之翼II畅游流动的世界[M].北京：希望电子出版社，2002：2-7.
[2]张庆中.Maya总动员RealFlow影视特效秘籍[M].北京：希望电子出版社，2007：103-104.
中图分类号：TE832文献标识码： A 文章编号：
0引言
许多工业应用如在锅炉生产蒸汽或空调盘管中的空气冷却，都可以建二维周期性的热流量模型。建模的系统是一系列的在某一温度流体管子，交叉流于不同温度下的第二种流体中。两种流体都是水，并且流动为稳定层流，雷诺数约100。质量流量的横向流是已知的，该模型是用来预测由于热交换引起的流场和温度场的。
由于系统中管道的几何对称性和管内流体的周期性流动，只对几何的一部分将应用FLUENT做模拟，并具有对称性地应用于外边界。由此可以组成对称的周期网格模块。入口的边界将被重新定义为一个周期性的区域，流出边界定义为它的影子。
1问题描述
该问题的示意图如下图所示。管束由均匀间隔的直径为1厘米的管组成，这是交错的交叉流动。在x方向管子的中心距是2厘米，在y方向1厘米。管子有1米的深度。
图1管道的几何图示
由于管束的几何对称性,只需对一部分进行模拟。一个质量流率为0.05kg/ s应用于入口边界的周期性模块。管壁的温度(Twall)是400 K，管外流动水(T∞)是300 K . 水的性能如图中标示。
2.数学模型
针对稳态，不可压缩，常物性条件，直角坐标系下水流经管道外侧的流动与传热问题的控制方程组为：
（1）
（2）
（3）
式中： u, v, w分别为x, y, z 方向的速度；p为压力；t 为温度；ρ、μ、cp、k分别为空气密度、动力粘度、比热和导热系数。
3.求解方法
本文采用有限容积法的SIMPLE算法来求解离散方程，分析不同参数对空腔内的温度场和流场的影响。选择非耦合隐式求解器求解，对控制方程的离散均采用二阶差分方法。空腔内部采用三角形结构画网格，管壁周围采用矩形划分网格，并沿着垂直管方向按比例增大，网格数量约15000，计算精度能够满足所需精度要求。模型网格的划分如图2所示。
图2模型网格的划分
4.计算结果与分析
4.1根据已知条件作出Fluent 模拟，得出压力边界以及轮廓对称的静压力云图，如图3所示。
图3静压力云图
从上图我们可以看出在周期性热交换过程中管道外侧各个部位的压力分布情况。在管道的迎流体面压力最大达8.18*10-2Pa，两侧面的压力最小且为负压-4.49*10-2Pa，各个管子之间的压力影响不大，每根水管的压力成几何对称分布。
4.2下图为冷流体的静态温度分布图
图4冷流体静态温度分布图
从图中可以看出流体流过管道后的温度按层分布，在流体入口侧的温度最低（深蓝色部分），流过后排时温度依次升高（浅蓝色部分），管子后侧的温度变化不大，这是由于涡流的影响所致。从轮廓图可以看出，当狭窄的冷流体流过管束时，管内的热流体通过管壁将热量传递给冷流体，从而使冷流体从管壁得到热量而温度升高。
4.3 下图是管壁外侧周围流体的速度分布图
图5管壁外侧周围流体的速度分布图
从图中可以看出当流体流过圆管所在位置时，由于流动截面的缩小，流速增加，贴近壁面处流速最小，向外依次递增，最大流速可达到1.31*10-2m/s。在边界层内流体靠本身的动量克服压力增长向前流动，速度分布趋于平缓。贴近壁面的流体层由于动量不大，克服上升的压力时越来越困难，最终会出现壁面处速度梯度变为0，随后产生与原流动方向相反的回流，即发生绕流脱体现象。
4.4下图是位于X=0.01,0.02,0.03m处的静态温度分布情况
图6X= 0.01,0.02和0.03米位置处的静态温度
从图中我们可以观察到在温度稳定后位于区域内部各个位置的温度情况
在X=0.01m的位置处，由层流的分布情况可以看到，开始由于受到下一排管束的影响温度较高，在沿着y轴增大的方向上，流体接近主流区温度先降低，随后接近管壁的时候，温度开始上升，最后紧贴管壁外侧的冷流体温度可达到管内热流体温度。
在X=0.02m的位置处，在y轴方向0.005m之前，温度变化趋势基本和X=0.01m处一致，符合层流的规律，但是在0.005m之后，由于绕流的影响，温度有所上升，且趋于稳定，其值约为360K。
X=0.03m的位置处，两股冷流体汇合，在远离管壁的方向，温度先降低后升高，其变化曲线与X=0.01m位置处的变化曲线在y轴方向呈对称分布。
5.结论
在周期性热交换过程中管道外侧迎流体面压力最大，两侧面的压力最小且为负压，各个管子之间的压力影响不大，每根水管的压力成几何对称分布。流体流过管道后的温度按层分布，在流体入口侧的温度最低，流过后排时温度依次升高，且由于涡流的影响，管子后侧的温度变化不大。当流体流过圆管所在位置时，由于流动截面的缩小，流速增加，贴近壁面处流速最小，向外依次递增。在边界层内流体靠本身的动量克服压力增长向前流动，速度分布趋于平缓。贴近壁面的流体层在克服上升压力的过程中发生绕流脱体现象。
在叉排管道换热中，流体在管间交替收缩和扩张的弯曲通道中流动，外掠圆管中除第一排的管子保持了外掠单管的特性外，从第二排起流动将被前几排管子引起的漩涡所干扰，流动状况比较复杂。在低雷诺数下前排的管子的尾部出现的漩涡不强，受粘滞力的作用，这种漩涡会消失很快，对下一排管子的边界层影响很小，管表面边界层层流占优势，整个过程可以视为层流工况。
参考文献
1.章熙民，任泽霈，梅飞鸣.传热学（第五版）北京：中国建筑出版社，2007.
2.王福军.计算流体动力学分析--CFD软件原理与应用 北京：清华大学出版社，2004.
近几年各种突发事件频繁发生，如2003年SARS传染，2008年汶川大地震、南方大雪灾，2010年上海静安公寓大火，2011年温州动车追尾事故，都给我国社会稳定和发展造成了巨大损害。其中一条最主要的原因是我国应急物流体系及公共危机预警体系不完善所致[1]。反观2011年日本大地震及福岛核危机事件，由于得益于应急物流体系的有效运作，使灾害重建、救援工作得以顺利开展。近几年，河北省突发及公共危害事件频发，且河北省地处环渤海湾中段，地理位置特殊(环京津地区)，应对各类突发事件责任尤其重大。因此，建立健全河北省应急物流机制尤为重要。
1 应急物流概述
应急物流是指为应对严重自然灾害、突发性公共卫生事件、公共安全事件及军事冲突等突发事件而对物资、人员、资金的需求进行紧急保障的一种特殊物流活动，它追求时间效益最大化和灾害损失最小化。应急物流与普通物流一样，也由流体、载体、流向、流量、流程、流速等要素构成，具有空间、时间效用，供求关系也要求空间均衡与时间均衡[2]。应急物流主要有突发性、不确定性、弱经济性及非常规性等特点[3]。
在目前突发事件频发现状下，应急物流体系的建设有着重要的意义。它是国家安全保障的重要组成部分，体现了国家的综合国力和发展水平。它既关系着国家社会的和谐稳定与安全，也与人民群众利益密切相关。同时，它也为应急管理的成功实施提供物资基础和实现条件，并与现场救援密切相关[4]。
2 河北省应急物流体系建设现状分析
自从国家规定各级地方政府应成立公共事件应急管理机构以来，河北省政府成立了省政府应急办，设置河北省突发公共事件应急工作领导小组，各级地级市、区县也相应设立了应急管理办事机构，相应各级职能部门也明确了相关责任部门或负责人，形成了以省、市、县政府管理为主，其余职能部门为辅的三级应急平台。目前，河北省已建立了检测预警、应急处置、应急预演、舆情引导、军地合作等多方位、多层次的应急管理机制，形成了统一指挥、多级部门联动、上下一致的应急物流管理与指挥体系。
针对河北省应急物流及应急管理，河北省政府先后制定并出台了一系列的政策。2003年出台了《河北省突发公共卫生事件应急条例》，2006年印发《河北省人民政府突发公共事件总体应急预案》和《河北省地震应急预案》；此后，陆续编制了《河北省船舶污染事故应急预案》、《河北省城市道路桥梁重大事故应急预案》等专项预案。2007年编制《“十一五”期间河北省突发公共事件应急体系建设规划》等。
为了提高河北省公共突发事件应急管理的能力及应急物流体系整体的运作水平，河北省先后开展大量应急预演活动，包括自然灾害、战备及疫情、生产事故、基础设施能力、大型突发事件等方面的内容。如，由各种政府及职能部门开展的河北省自然灾害救助应急预演、河北省电力突发公共事件应急预演、河北省交通及网络应急预演、渤海海域溢油应急预演等，由各类物流企业、生产企业开展的预演等。
另外，河北省在应急救援物资储备方面也做了大量有益的探索，从救援资金获取与分配管理、救援物资储备中心布局及管理等方面入手，形成了省、市、县三级应急物资储备体系。
尽管河北省应急物流体系已初具规模，但仍不够完善，主要存在以下几个方面问题：
2.1 应急物流法制建设还不健全 目前，河北省虽按《突发事件应对法》制定了省级突发事件的法规，但对具体的各类突发事件的防范和治理缺乏操作性强的法律支持机制。如自然灾害、流行性地方性疾病、群体性安全事件等领域，还没有完善的法规性文件。在处理突发事件时，仍主要依靠行政手段强制执行，这会造成人民群众的合法权益受损，也不符合依法治国的宪法规定。同时，已经颁布的一些单行法规缺乏可操作性，各级地方政府(市、县)未出台相应的细化法则。
2.2 应急物流管理体制不完善 河北省应急物流指挥体系虽已形成体系，但仍缺失权威的、具有独立法律地位的综合协调性常设专门机构缺失。很多临时设立的应急管理部门如同虚设，如各项委员会、指挥部等专门机构非常设，这不利于形成统一协调的机制，不利于有效处理各类突发事件。应对复合型、大规模群体突发事件没有专业救灾队伍，存在处理力量的盲区。
