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《辽宁工程技术大学》 2005年
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基于并行计算技术的离心式叶片泵流场数值模拟及三维设计软件开发

曹国强  
【摘要】:随着现代计算流体力学(CFD)的发展,对高速度、大容量计算机的需求越来越迫切,计算越来越复杂,规模也呈指数级增长。如此庞大的运算任务单台计算机显然无法胜任。一方面是单处理器性能发展空间有限,另一方面是专用高档并行计算机价格又太昂贵,而且旧有的资源又得不到持续和有效的利用,造成硬件资源空闲和资金浪费。因此,一种能够充分利用现有计算机软硬资源,有效发挥计算资源协同增强作用,同时满足不同专业研究人员高效方便处理的并行计算技术、平台和实现方法就变得十分重要和具有现实意义。 本文在综合国内外关于流体力学并行计算及相关领域研究文献的基础上,搭建了微机并行计算平台,解决了数值模拟对计算资源要求;对并行环境下子区域网格的独立生成和相邻子区域交界面的网格生成进行研究;在原有三维欧拉方程求解器的基础上添加粘性(耗散)项,针对定常问题,考虑粘性的影响,加入无滑移边界条件和两方程湍流模型,得到描述湍流运动的封闭RANS方程;对离心式叶片泵的设计理论进行了深入研究,并利用Visual C++平台编写了基于Pro/E的三维参数化设计和计算软件。最后利用以上得出的计算经验和结论,通过对一个实际工程问题—离心式叶片泵内部流动的数值计算,完成了CFD中湍流高级数值模拟技术的尝试。全文共七章。 第一章为绪论,综述了国内外有关并行计算技术的研究概况,阐述了本文的研究目的、意义与主要研究内容。 第二章对Windows2000操作系统下的并行计算环境进行了深入研究,在此基础上成功搭建了由4台PC组成的局域网并行集群系统,采用消息传递接口MPI作为并行程序解决方案,安装了MPICH并行程序运行环境,用C语言调用MPI消息传递库,并在此基础上编写和实现了流场计算中应用到的并行迭代程序、矩阵二维拓扑和三维拓扑并行程序。 第三章研究了并行环境下子区域网格的独立生成和相邻子区域交界面的网格生成。在网格并行生成过程中,给出了关于边的分类,完善了文献中子区域内网格生成时接受新点及新单元的条件,给出了流场整体网格图以及流场子区域、交界面局部网格图。 第四章对κ-ε两方程模型进行了深入研究,在原有三维欧拉方程求解器的基础上添加粘性(耗散)项,针对定常问题,考虑粘性的影响,加入无滑移边界条件和两方程湍流模型,得到描述湍流运动的封闭RANS方程。 第五章利用Fluent软件在搭建的并行计算平台上对离心式叶片泵的内部流场进行数值模拟,对湍流κ-ε两方程模型进行验证,并得到了一些结论。 第六章通过对离心式叶片泵的优秀水力模型进行了深入的研究,在一元和三元流动理论的基础上给出了叶轮设计中的各种参数计算公式;利用Visual C++平台
【学位授予单位】:辽宁工程技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TH311

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前3条
1 曹国强;包明宇;刘迎春;;Visual C++中下离心泵三维参数化设计软件[J];辽宁工程技术大学学报;2007年03期
2 王飞;杨树兴;;并行计算流体力学数值仿真平台设计与实现[J];中北大学学报(自然科学版);2008年02期
3 包明宇;荣刚;胡庆;;基于Visual C+ +的离心泵叶轮参数比设计软件的开发[J];通用机械;2005年12期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 陈锐;CSAMT三维交错采样有限差分数值模拟并行算法研究[D];中国地质大学(北京);2012年
2 苗长山;多相泵增压单元的工作理论与设计方法[D];中国石油大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前3条
1 赵航涛;自适应大型线性方程组并行算法[D];江南大学;2008年
2 陈猛;井下螺旋轴流式混抽泵增压单元仿真设计研究[D];中国石油大学;2010年
3 徐添;等宽曲线双转子偏心壳转多速马达的理论研究[D];燕山大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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2 金怡濂,黄永勤,陈左宁,桂亚东,漆锋滨;高性能计算机的关键技术和发展趋势[J];中国工程科学;2001年06期
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【共引文献】
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1 赵敬源;邱永亮;;地下建筑热工环境的数值分析研究[J];四川建筑科学研究;2005年06期
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4 张富强,王久彬;连铸坯凝固过程中传输现象基础知识系列讲座 第十二讲 流体运动基础[J];鞍钢技术;1998年05期
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7 张伟林;网络并行计算及在计算力学中的应用[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2003年01期
8 李国莲;王造奇;;动力波洗涤器的数值模拟研究[J];安徽建筑工业学院学报(自然科学版);2008年05期
9 潘晓东;唐健生;田竹君;李振兴;;花道泡水质模拟预测研究[J];安徽农业科学;2009年21期
10 纪献兵;林文贤;刘滔;;数值模拟在建筑一体化太阳房设计中的应用[J];中国建设动态.阳光能源;2005年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 张震;杨卫民;阎华;丁玉梅;;内置转子套管换热器的实验及数值模拟研究[A];第七届中国CAE工程分析技术年会暨2011全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2011年
2 董志勇;邹晓喜;;大口径火炮对海射击弹着点检测激波定位模型[A];2011'中国西部声学学术交流会论文集[C];2011年
3 周思柱;陈翔;吴汉川;祝克强;黄天成;;混砂车搅拌罐流场分析方法[A];非常规油气资源勘探开发装备及应用技术研讨会论文集[C];2011年
4 魏德洲;高淑玲;刘文刚;;矿石旋流分选技术研究进展[A];2009中国选矿技术高峰论坛暨设备展示会论文[C];2009年
5 潘永地;;利用常规气象观测风资料计算湍流统计特征量的探讨[A];第八届长三角气象科技发展论坛论文集[C];2011年
6 谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;;CAE建模与工程验证[A];首届中国CAE工程分析技术年会暨2005全国计算机辅助工程(CAE)技术与应用高级研讨会论文集[C];2005年
7 石正军;唐涛;赵晓平;;多孔介质对自流式充气影响的数值模拟[A];第二届中国CAE工程分析技术年会论文集[C];2006年
8 赵鸿;刘玉玲;;贴体坐标变换技术在渗流计算中的应用[A];第九届全国渗流力学学术讨论会论文集(二)[C];2007年
9 张家忠;孙旭;雷鹏飞;;低速气流中二元叶片颤振数值模拟与Hopf分岔分析[A];第九届全国振动理论及应用学术会议论文集[C];2007年
10 潘沙;丁国昊;王文龙;刘枫;李桦;;一维激波管问题差分格式计算对比分析[A];第十三届全国激波与激波管学术会议论文集[C];2008年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 李润之;点火能量与初始压力对瓦斯爆炸特性的影响研究[D];山东科技大学;2010年
2 艾尚茂;管土耦合边界下海底悬跨管道涡激振动研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 穆勇;燃气轮机双燃料燃烧室流场及污染排放数值研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 高晓阳;甘肃河西大麦麦芽干燥控制系统研究[D];甘肃农业大学;2010年
5 刘芬;注射成型过程中多相聚合物相形态演变的建模与模拟[D];华中科技大学;2010年
6 张琦;多核系统中的程序性能优化研究[D];中国科学技术大学;2010年
7 张波;重载组合列车牵引及制动系统的试验与仿真研究[D];中国铁道科学研究院;2009年
8 欧礼坚;船舶螺旋桨及推进装置故障诊断关键技术研究与应用[D];华南理工大学;2010年
9 王春林;旋流自吸泵设计及内部流动研究[D];江苏大学;2010年
10 付强;1000MW核电站离心式上充泵水力设计与结构可靠性研究[D];江苏大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张战锋;塞流式厌氧发酵反应器物料流场的CFD模拟[D];华中农业大学;2010年
2 孟凡茂;煤矿主通风巷道中抑制瓦斯爆炸的细水雾两相流场数值分析[D];河南理工大学;2010年
3 苏超;变压吸附管道流体动力学特性研究[D];山东科技大学;2010年
4 李连举;轴流式通风机气动噪声分布特性的数值研究[D];山东科技大学;2010年
5 何伟强;固液泵的数值模拟与试验研究[D];浙江理工大学;2010年
6 包金哲;煤化工气液固多相流管道磨蚀机理及仿真预测研究[D];浙江理工大学;2010年
7 姜逢章;蜂窝板传热元件的性能研究[D];郑州大学;2010年
8 谷骁勇;基于ANSYS的离心压缩机主要零件建模和受力分析[D];郑州大学;2010年
9 张波;缸内流场结构对天然气发动机性能影响的模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 韩芳明;船用换热式惯性滤清器物理场耦合计算[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 蔡佑林;王立祥;张新;;喷水推进混流泵叶轮三元可控速度矩设计[J];船舶;2006年01期
2 宁小波;邢刚;蒋全胜;;基于COSMOSMotion/Works对运动构件的应力分析[J];巢湖学院学报;2010年06期
3 童孝忠;柳建新;郭荣文;;复杂二维/三维大地电磁的有限单元法正演模拟策略[J];CT理论与应用研究;2009年01期
4 张启德;准三元设计方法在水轮机转轮设计中的应用[J];东方电气评论;1998年02期
5 厉天威;阮江军;黄道春;刘忠杰;;大规模电磁场数值计算中并行迭代方法的比较[J];电工技术学报;2007年08期
6 葛宰林;吕斌;于馨;;基于速度系数法的离心泵叶轮优化设计[J];大连铁道学院学报;2006年03期
7 赵国泽;陈小斌;汤吉;;中国地球电磁法新进展和发展趋势[J];地球物理学进展;2007年04期
8 王志刚;何展翔;魏文博;;井中垂直双极源体积分方程法三维模拟研究[J];地球物理学进展;2007年06期
9 吴小平,徐果明,李时灿;利用不完全Cholesky共轭梯度法求解点源三维地电场[J];地球物理学报;1998年06期
10 沈金松;用交错网格有限差分法计算三维频率域电磁响应[J];地球物理学报;2003年02期
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 鲁晶津;地球电磁三维数值模拟的多重网格方法及其应用研究[D];中国科学技术大学;2010年
2 仲妍;大型稀疏线性方程组并行求解及预处理技术研究[D];国防科学技术大学;2010年
3 李小康;基于MPI的频率域航空电磁法有限元二维正演并行计算研究[D];中国地质大学(北京);2011年
4 邓居智;可控源音频大地电磁法三维交错采样有限差分数值模拟研究[D];中国地质大学(北京);2011年
5 程汤培;地下水流动数值模拟的高效并行计算研究[D];中国地质大学(北京);2011年
6 杜刘革;基于多GPU的FDTD并行算法及其在电磁仿真中的应用[D];山东大学;2011年
7 李月卉;电磁场数值求解中迭代方法与预条件技术研究[D];电子科技大学;2011年
8 王晓鹏;遗传算法及其在气动优化设计中的应用研究[D];西北工业大学;2000年
9 隋洪涛;基因遗传算法及气动外形最优化设计[D];南京航空航天大学;2002年
10 杨昌明;轴流泵间隙流动数值模拟与试验研究[D];西南交通大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 魏卓群;GPU并行免疫算法在冷轧生产调度中的应用[D];大连理工大学;2010年
2 李熙铭;基于GPU的高性能有限元方法研究[D];吉林大学;2011年
3 秦晋;Krylov子空间方法的GPU加速算法研究[D];国防科学技术大学;2010年
4 陈波;基于CPU-GPU异构平台的性能优化及多核并行编程模型的研究[D];中国科学技术大学;2011年
5 孙永平;轴流式油气混输泵单个压缩级的流场计算[D];兰州理工大学;2003年
6 谢立刚;PETSc探析与高性能并行数值软件包的设计研究[D];中国科学院研究生院(软件研究所);2004年
7 郭俊杰;轴流式油气混输泵单个压缩级内部流场模拟与分析[D];兰州理工大学;2004年
8 黄均才;网络环境下的并行生物计算研究与实现[D];电子科技大学;2004年
9 洪钊岗;MPI-2的分析与实现研究[D];北京科技大学;2005年
10 王宏亮;轴流式油气混输泵单个压缩级叶轮流场CFD模拟分析[D];兰州理工大学;2005年
【二级引证文献】
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1 薛松海;杨树兴;张国庆;赵良玉;;基于iSIGHT卷弧尾翼结构优化设计研究[J];弹箭与制导学报;2010年02期
2 杨宇;李成华;;铲式玉米精密播种机三维参数化设计[J];农机化研究;2009年05期
3 李增亮;鲁佳琪;石白妮;赵传伟;董祥伟;韩军;黄勇;吴仕贵;赵培华;;煤层气井新型螺旋轴流式混抽泵设计[J];煤矿机械;2013年05期
4 刘忠烈;陈猛;李增亮;;基于CFD的井下混抽泵叶轮有限元分析[J];石油机械;2011年02期
中国硕士学位论文全文数据库 前7条
1 邢芳;基于集群系统并行求解线性方程组的设计与实现[D];辽宁师范大学;2010年
2 胡忠辉;叶栅稠密度对多相泵效率影响的研究[D];兰州理工大学;2011年
3 魏艳;基于LBM的两相流数值模拟及其并行算法的实现[D];哈尔滨工业大学;2010年
4 刘金梅;罗茨鼓风机叶轮CAD/CAM技术研究[D];中南大学;2007年
5 孙振刚;防喷器参数化设计及仿真技术研究[D];中国石油大学;2009年
6 陈猛;井下螺旋轴流式混抽泵增压单元仿真设计研究[D];中国石油大学;2010年
7 刘志杰;飞机燃油质量特性计算研究及其软件开发[D];西北农林科技大学;2012年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 郭齐胜,钱涵欣,林汝长;水轮机引水部件水力优化影响因素的分析[J];大电机技术;1998年01期
2 郭齐胜,钱涵欣,林汝长;水轮机蜗壳的水力设计方法[J];大电机技术;1998年05期
3 吴玉林,韩海,曹树良;水轮机转轮内全三维紊流计算及效率预估[J];工程热物理学报;1996年03期
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6 刘志坚,韩振学,方韧;一种改进的流场计算加速收敛方法[J];航空学报;1997年04期
7 黄明恪;用非结构网格与欧拉方程计算复杂区域的二维流动[J];计算物理;1994年04期
8 陆冬云,温浩,许志宏;以客户为中心的浏览器/服务器(B/S)网络计算模型[J];计算机与应用化学;2001年04期
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10 张来平,张涵信;NND格式在非结构网格中的推广[J];力学学报;1996年02期
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 陈田,殷国富,舒斌,黄文兴;基于三维特征建模的叶片泵CAD系统研制[J];计算机集成制造系统-CIMS;2001年02期
2 祝海林,葛乐通,邹旻;平衡式叶片泵的低噪声定子曲线[J];江苏工业学院学报;2003年04期
3 张会臣,严立,王鹏,潘明阳;叶片泵定子表面添加剂吸附扩散处理研究[J];大连海事大学学报;1998年04期
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10 黄志坚;;双级叶片泵因平衡阀失灵而引起的损坏[J];机械制造;1986年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 王峥嵘;冀宏;胡启辉;王建森;;液压电机叶片泵样机的噪声测量及分析[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
2 孙叶;;从设计角度出发提高叶片泵的质量[A];风浪情况下的船舶安全与对策论文集[C];2001年
3 李少年;魏列江;王峥嵘;那焱青;;油液中气泡含量对高压叶片泵工作腔油液压力和叶片受力的影响[A];中国机械工程学会流体传动与控制分会第六届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2010年
4 张立;赵维平;吕志昆;李咸;;输送泵的改进设计[A];中国西部农产品加工及产业化发展战略研讨会论文集[C];2001年
5 初晓旭;;双作用式叶片泵的故障分析[A];第八届全国设备与维修工程学术会议、第十三届全国设备监测与诊断学术会议论文集[C];2008年
6 王峥嵘;李少年;张明霞;;子母叶片泵流量均匀性的提高方法[A];第三届全国流体传动及控制工程学术会议论文集(第二卷)[C];2004年
7 王峥嵘;李少年;张明霞;;子母叶片泵流量均匀性的提高方法[A];机床与液压学术研讨会论文集[C];2004年
8 牛祎洁;那焱青;刘相波;韩寿松;;关于叶片泵定子过渡曲线辨识问题研究[A];第四届全国流体传动与控制学术会议论文集[C];2006年
9 王立文;高殿荣;侯桂庆;郭明杰;;新型锥形螺旋叶片泵的工作原理分析[A];中国力学学会学术大会'2005论文摘要集(上)[C];2005年
10 陈磊;张银东;纪玉龙;;汽车转向泵节能降耗仿真研究[A];2005年中国机械工程学会年会论文集[C];2005年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 本报记者  胡启林;伊顿液压借宝马展推出核心产品[N];中国工业报;2006年
2 王功胜;北京切诺基汽车方向盘转向力时大时小[N];中国汽车报;2002年
3 金宣;一航金城面向市场走向世界[N];中国航空报;2006年
4 戚小文;中石化碧辟念好节约经[N];中国石化报;2007年
5 记者  王晓晖;技术进步推动加油机制造业升级[N];中国石油报;2006年
6 谭论 陈玉柱;阜新液压件厂争雄汽车泵业[N];中国工业报(中国机电日报 );2003年
7 太原技师学院 米国强 韩茂忠 田新平;液压设备常见故障及排除方法[N];山西科技报;2007年
8 中国工业报记者 赵加积 本报记者 桑广庆;榆液:掌控“微笑曲线”两个高端[N];山西经济日报;2006年
9 朱玉龙;华星液压:一招鲜吃遍天[N];鞍山日报 ;2008年
10 樊洪 司勇;万柏林区“五个一工程”激励科技创新[N];太原日报;2007年
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 曹国强;基于并行计算技术的离心式叶片泵流场数值模拟及三维设计软件开发[D];辽宁工程技术大学;2005年
2 王鹏飞;基于中轴变换的叶片泵轴面流道设计方法[D];浙江大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 武俊合;液压电机叶片泵的振动模态分析[D];兰州理工大学;2012年
2 李志峰;液压电机叶片泵样机的实验研究[D];兰州理工大学;2010年
3 牛祎洁;轨迹辨识新方法研究[D];甘肃工业大学;2001年
4 李少年;可压缩流体工作介质双作用叶片泵力学特性的建模与仿真[D];兰州理工大学;2004年
5 罗亮;双作用水压叶片泵关键技术研究[D];华中科技大学;2012年
6 李雯林;Pro/E系统下叶片泵水力模型库的建立与应用[D];江苏大学;2005年
7 张宏武;对叶片泵改进的研究[D];南京林业大学;2008年
8 许丹丹;液压电机叶片泵的电磁场及温度场的数值解析[D];兰州理工大学;2009年
9 孙磊;液压电机叶片泵的气隙负载效应及样机性能试验[D];兰州理工大学;2009年
10 王涛;叶片泵结构与声学一体化优化设计[D];西北工业大学;2007年
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