Lagrangian模型与Eulerian模型耦合的建筑物周边气体扩散模拟

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氩气泡和非金属夹杂物对连铸过程钢液流动行为的影响

氩气气泡和非金属夹杂物对连铸过程钢液流动行为的影响摘要：在目前的研究中，使用Eulerian–Lagrangian的方法，对连铸时的钢液流动（连续相）以及有特性的非金属夹杂物和气泡（分散相）的运动轨迹，建立三维湍流模型(k–ε模型)。

将分散相视为众多不同直径和密度的，具有惯性力的粒子。

为了弄清楚连续相和分散相之间的相互作用，采用两种方法研究和比较。

第一种方法，即单向耦合，只考虑金属液对分散相的流动轨迹的影响，而忽略分散相对金属液流动的影响。

第二种方法，即双向耦合，双方的影响都要考虑。

结果表明：本文所提出的双向耦合相互作用的方法是得到真实的结果必不可少的方法，特别是在有大气泡存在时。

关键词：湍流，连续铸造，浸入式水口，夹杂物，气泡，分散相1.引言在连续铸造时非金属夹杂物和氩气气泡都会进入到结晶器内。

非金属夹杂物来源于还原产物，氧化产物和外来杂质，然而氩气气泡是特意从塞棒口注入以防止堵塞和外来空气的进入引起钢液二次氧化。

与非金属夹杂物和气泡的存在相关的主要问题为，它们在熔池中的传输。

通过优化的浸入式水口或者优化的铸造工艺参数仔细的调整钢液的流动形态，流动的钢液可能将夹杂物和气泡带到钢液表面，使其进入被液态渣层从而去除。

否则它们会被凝固坯壳捕获，造成最终产品的缺陷。

显然，夹杂物和气泡传输依靠流动。

因此，已经建立了很多模型研究金属液在熔池中的流动，并且，最近也直接地研究了流动对夹杂物传输的影响。

大部分的研究者都只考虑了单相耦合，即金属液流动对夹杂物的运动轨迹的影响，而夹杂物对流动的影响却被忽视了。

然而，一个综合的模型应该考虑离散相和金属液流动之间的相互作用。

用来模拟夹杂物或者气泡在液态金属液中的传输的模型分为三大类：（1）准单相方法，这里液态金属和夹杂物或气泡被当作是一种“混合物”相处理（这种方法的缺点是不同相之间的相对运动只能近似的考虑）（2）欧拉两相法，这里分散的夹杂物或气泡被看作是一个二次连续相，可以附加动量方程求解；（3）Eulerian–Lagrangian两相模型，这里金属液流动利用欧拉框架求解，然而夹杂物或气泡的运动轨迹在拉格朗日框架内处理。

Lagrange、Euler、ALE三种方法的简单介绍

Lagrange、Euler、ALE三种方法的简单介绍ALE、Lagrange、Euler是数值模拟中处理连续体的广泛应用的三种方法。

Lagrange方法多用于固体结构的应力应变分析，这种方法以物质坐标为基础，其所描述的网格单元将以类似“雕刻”的方式划分在用于分析的结构上，即是说采用Lagrange方法描述的网格和分析的结构是一体的，有限元节点即为物质点。

采用这种方法时，分析结构的形状的变化和有限单元网格的变化完全是一致的（因为有限元节点就为物质点），物质不会在单元与单元之间发生流动。

这种方法主要的优点是能够非常精确的描述结构边界的运动，但当处理大变形问题时，由于算法本身特点的限制，将会出现严重的网格畸变现象，因此不利于计算的进行。

Euler方法以空间坐标为基础，使用这种方法划分的网格和所分析的物质结构是相互独立的，网格在整个分析过程中始终保持最初的空间位置不动，有限元节点即为空间点，其所在空间的位置在整个分析过程始终是不变的。

很显然由于算法自身的特点，网格的大小形状和空间位置不变，因此在整个数值模拟过程中，各个迭代过程中计算数值的精度是不变的。

但这种方法在物质边界的捕捉上是困难的。

多用于流体的分析中。

使用这种方法时网格与网格之间物质是可以流动的。

ALE方法最初出现于数值模拟流体动力学问题的有限差分方法中。

这种方法兼具Lagrange方法和Euler方法二者的特长，即首先在结构边界运动的处理上它引进了Larange方法的特点，因此能够有效的跟踪物质结构边界的运动；其次在内部网格的划分上，它吸收了Euler 的长处，即是使内部网格单元独立于物质实体而存在，但它又不完全和Euler网格相同，网格可以根据定义的参数在求解过程中适当调整位置，使得网格不致出现严重的畸变。

这种方法在分析大变形问题时是非常有利的。

使用这种方法时网格与网格之间物质也是可以流动的。

固体结构分析中一般都选用lagrange坐标，实际上lagrange euler法在有限元中体现的节点意义正如楼主所述，但是本质牵扯的是参考什么样的坐标来描述应力应变关系。

安全气囊展开的三种数值模拟方法的对比

安全气囊展开的三种数值模拟方法的对比车凯凯;王美松【摘要】在安全气囊实际开发中，利用仿真技术可降试验成本，缩短开发周期。

针对控制体积法（CV）、任意Lagrange-Euler法（ALE）和粒子法（CPM）3种模拟方法，该文对比了各自的适用范围和优缺点，给出了各方法的理论模型以及有限元建模方法；结合某车型驾驶员侧折叠气囊，仿真对比了各方法的展开效果、温度、压力分布等主要参数。

结果表明：CV法更适用于在位情况下的气囊仿真分析；而ALE法和CPM法可分析离位情况下气囊流场分布，且在气囊展开初期可考虑到气流效应对乘员的影响。

该研究结果可为对气囊仿真方法的选择及气囊设计提供参考。

%Numerical simulation technology is an important tool to reduce cost and time for safety airbag development. Three prevalent principal methods, i.e. the Control Volume Method (CV), the Arbitrary Lagrangian Eulerian Method (ALE), and the Corpuscular Method (CPM), were compared for the application and the characteristics of airbag. The deployment process, the temperatures, and the pressures were simulated using mathematic theories and ifnite element model for a developing vehicle with a folded driver side airbag. The simulation results of these methods show that the CV method is more suitable for airbag simulation under in position (IP) condition, while the ALE method and the CPM method are perfect for analyzing the lfow ifeld and its effects on passengers of airbag deployment under out of position (OOP) condition when taking into account lfow effect at the initial stages of airbagdeployment. These results wil provide references for the selection simulation method and actual design for airbag deployment.【期刊名称】《汽车安全与节能学报》【年(卷),期】2013(000)003【总页数】7页(P250-256)【关键词】汽车工程;被动安全;安全气囊展开;仿真模拟;控制体积法(CV);任意Lagrange-Euler法(ALE)和粒子法(CPM)【作者】车凯凯;王美松【作者单位】上海交通大学机械与动力工程学院，上海 200240，中国;深圳比亚迪汽车有限公司，深圳 518118，中国【正文语种】中文【中图分类】U461.91随着中国经济的发展，中国汽车销量逐年增加，并于2009年首次超越美国，成为世界汽车产销第一大国。

大气污染物迁移模型的构建与应用研究

大气污染物迁移模型的构建与应用研究大气污染是当前全球面临的重要环境问题之一。

研究大气污染物的迁移模型及其应用，对于制定有效的大气污染治理措施具有重要意义。

本文将重点探讨大气污染物迁移模型的构建与应用研究。

一、模型构建的意义大气污染物迁移模型的构建对于实现精确的跨地区及长时间尺度大气污染预测具有重要作用。

通过建立模型，科学家们可以定量地分析污染物的来源、输送途径和去向，为制定环境保护政策和决策提供科学依据。

二、模型构建的方法1. 欧拉法与拉格朗日法大气污染物迁移模型可以采用欧拉法和拉格朗日法两种数值解方法。

欧拉法将模型空间划分为网格，通过求解方程组的平均值来获得模拟结果。

而拉格朗日法通过跟踪大气污染物的瞬时位置和浓度，获得更为精确的模拟结果。

2. 数学建模和计算机模拟在模型构建中，数学建模是必不可少的一步。

科学家们通过对大气污染物的迁移规律进行数学描述，并引入相关的物理和化学过程，建立了复杂的数学方程组。

计算机模拟则利用计算机程序对这些方程组进行求解，实现对大气污染物迁移的模拟。

三、模型应用的研究领域1. 污染源识别与风险评估大气污染物迁移模型的应用范围广泛，其中之一是污染源识别与风险评估。

通过对大气污染物的浓度分布进行模拟，科学家们可以确定污染源的位置和强度，并评估其对周边环境和人体健康的风险程度。

这对于制定污染防治措施和改善环境质量具有重要的参考价值。

2. 空气质量预报与管理大气污染物迁移模型还可以应用于空气质量预报与管理。

通过收集和分析大量的气象和环境数据，并结合模型的模拟结果，科学家们可以有效地预测空气质量的变化趋势，并制定相应的应对措施。

这对于避免空气污染的突发事件以及提高城市空气质量具有积极的影响。

3. 跨区域大气污染传输研究大气污染物的传输不受地区边界的限制，呈现出明显的跨区域特征。

模型的应用可以有效地研究不同区域之间的污染物传输规律，并揭示污染物的源汇关系。

这对于制定区域间的大气污染防治策略以及国际合作具有重要的意义。

空气污染物传输与扩散模型的研究

空气污染物传输与扩散模型的研究随着城市化进程的加速，空气污染问题已经成为现代城市所面临的重要问题。

污染物的排放来自于交通、工业、燃煤等多种渠道，如何有效地评估和控制空气污染已经成为政府和科研界研究的热点问题。

在这个背景下，空气污染物传输与扩散模型成为了污染评估和控制的重要工具。

一、传输模型的分类空气污染物传输模型可以分为Eulerian模型和Lagrangian模型两种。

Eulerian模型是用数学方法来描述污染物在空气中的传播和扩散。

该模型主要分为二维模型和三维模型两种。

二维模型通常用于城市街区尺度的模拟，而三维模型则适用于多个城市之间的大范围传输。

Lagrangian模型则是通过描述各个污染物质点的移动来研究污染物的传输。

这个模型的优势是能够考虑气流中的湍流效应和其它不规则的现象，因此适用于大气颗粒物（PM）的传输研究。

Lagrangian模型也可以被用在烟气甩脱的模拟和流场分析等领域。

二、传输模型的适用范围和局限性空气污染物传输模型的适用范围主要取决于模型的建立和数据的来源。

一般来说，传输模型适用于区域因果关系明显、复杂交通情况的城市。

传输模型中需要吸取大量的地理、气象、热力学、化学、物理等方面的数据，以确保模型的准确性和稳定性。

传输模型存在的局限性是影响模型准确性的主要因素之一。

由于污染源的复杂性和气象条件的不确定性，模型的建立必须考虑到多种因素。

这其中包括：污染源的位置、排放情况、污染物在空气中的反应、移动及沉降、气象条件，以及周边环境等方面，因此确定参数时需要耗费大量精力。

三、传输模型的应用场合传输模型主要用于预测和评估污染物扩散的规律，并为环境保护和污染物管控提供科学依据。

传输模型最常见的应用场合包括：检测规划工程的污染物扩散情况，评估不同污染源在空气中的影响程度，评估地区的环境影响评价和在城市规划中确定污染源的位置。

此外，传输模型还可以被用于制定政策、规定标准及评估不同方案的优缺点。

多相流动的基础知识和数值模拟方法

多相流动的基础知识和数值模拟方法多相流动是指在同一空间中存在两种及以上物质的流动现象。

在工程领域中，多相流动具有广泛应用，如化工反应器中的气液流动、石油勘探中的油水混合流动等。

本文将介绍多相流动的基础知识，并探讨一些常用的数值模拟方法。

一、多相流动的分类多相流动可以根据不同的分类标准进行分类，常见的分类方法包括：1.根据组分：固液流动、气液流动、固气流动等；2.根据速度：稳定流动、不稳定流动、湍流等；3.根据形态：离散相、连续相、两相界面等。

二、多相流动的基础知识1.多相流动的基本方程多相流动的基本方程包括连续性方程、动量方程和能量方程。

在连续性方程中，考虑到多相流动中各相的质量守恒关系；在动量方程中，引入各相之间的相互作用力和速度差等因素；在能量方程中，考虑到各相之间的相变、传热等现象。

2.多相流动的相互作用多相流动中的不同相之间存在相互作用力，如液固两相之间的颗粒间碰撞力、气液两相之间的表面张力等。

这些相互作用力对多相流动的行为和特性具有重要影响。

3.多相流动的模型为了更好地描述多相流动的行为，研究者们提出了多种多相流动模型，如两流体模型、Eulerian-Eulerian模型和Eulerian-Lagrangian模型等。

不同的模型适用于不同的多相流动情况，选择合适的模型对于准确描述多相流动至关重要。

三、多相流动的数值模拟方法数值模拟是研究多相流动的重要手段之一，常用的数值模拟方法包括：1.有限体积法有限体积法是常用的求解多相流动的数值方法之一，它将流动域划分为网格单元，通过离散化各个方程，利用差分格式求解模拟区域内的物理量。

2.多尺度方法多尺度方法考虑到多相流动中存在不同尺度的现象和作用力，通过将流动域划分为不同的区域进行求解，以更好地描述多相流动的行为。

常见的多尺度方法有多尺度网格方法和多尺度时间方法。

3.相场方法相场方法是一种常用的描述多相流动界面的方法，它通过引入相场函数来表示相界面，并利用Cahn-Hilliard方程等对相场函数进行求解，从而获得界面位置和形状等信息。

大气环境中颗粒物迁移与扩散模型研究

大气环境中颗粒物迁移与扩散模型研究近年来，随着城市化进程的加快和工业化水平的提高，大气污染问题日益凸显，其中颗粒物污染是一大挑战。

大气颗粒物对人类健康和环境影响巨大，因此对其迁移与扩散模型的研究变得非常重要。

一、颗粒物的来源与特性颗粒物的来源多样，包括工业排放、交通尾气、农业活动等，它们具有不同的物理化学特性和粒径分布。

颗粒物大致可分为可吸入颗粒物（PM10）和细颗粒物（PM2.5），其中PM2.5对人体的影响更为严重。

这些颗粒物中有机物、金属元素、重金属离子等成分可以对人体健康产生有害影响。

二、颗粒物迁移与扩散模型的意义颗粒物的迁移与扩散模型可以帮助我们了解颗粒物在大气中的输运规律，揭示其影响因素和迁移途径，从而有针对性地制定治理措施。

模型可以模拟颗粒物源排放、大气传输、沉积和浓度分布等过程，为科学决策提供参考和支持。

三、颗粒物迁移与扩散模型的研究方法研究颗粒物迁移与扩散模型的方法主要有数学建模和实验观测两种。

数学建模是基于物理模型、数学模型和计算机模拟，通过建立方程组来模拟颗粒物的迁移和扩散过程，并运用各种数值计算方法求解。

实验观测则通过野外观测和实验室模拟来获取数据，如风速、温度、湿度、浓度等，以验证模型的可靠性。

四、常用的颗粒物迁移与扩散模型常见的颗粒物迁移与扩散模型包括Lagrangian模型和Eulerian模型。

Lagrangian模型追踪颗粒物的运动轨迹，重点考虑了颗粒物的个体运动和涡旋扩散，适用于较小尺度和复杂环境。

Eulerian模型以网格为基础，通过求解空气动力学方程来模拟颗粒物的输运和扩散，适用于中高尺度和相对简单的环境。

五、颗粒物迁移与扩散模型的挑战与未来发展颗粒物迁移与扩散模型的研究还面临一些挑战，如粒径分布、气象条件、大气细观结构等因素的复杂性。

未来的发展需要更加准确和细致的模型，以适应不同区域和不同尺度的需求。

同时，研究者还应关注颗粒物的来源治理、排放监测等与模型研究相结合的工作，以全面解决大气颗粒物污染问题。

环境影响评价中的空气质量模拟方法

环境影响评价中的空气质量模拟方法随着人类工业化与城市化的加快发展，环境污染问题日渐突出。

空气质量是人们关注的焦点之一，因为空气质量直接关系到人们的健康和生活质量。

为了解决环境污染问题，环境影响评价中的空气质量模拟方法被广泛应用并不断发展。

空气质量模拟方法是通过数学建模和计算机模拟的方法，来模拟分析环境空气中污染物的传输、扩散和变化规律，评估其对环境和人类健康的影响。

在环境影响评价中，空气质量模拟方法的应用可以评估工业、交通、农业等项目对周围环境空气质量的影响，帮助决策者制定合理的环保措施和政策。

空气质量模拟方法可以分为不同种类，常见的方法有大气扩散模型、准双静热模型和CFD模型等。

大气扩散模型是空气质量模拟方法中最为常见的一种，它利用大气动力学和物理化学原理，通过离散方程组来描述空气中污染物的传输与扩散。

这种模型适用于较大范围的空气污染评估，能够模拟污染物在大气中的传播和变化规律，较为准确地预测污染物浓度分布。

常见的大气扩散模型有Gaussian模型、Lagrangian模型和Eulerian模型等。

准双静热模型是一种基于物理化学原理的空气质量模拟方法，主要用于评估工业排放对周围环境的污染影响。

该模型通过描述源排放物质的特性和环境的层流、湍流条件，预测排放物质在大气中的输送、传播和沉降过程。

准双静热模型考虑了源排放的太阳辐射对环境的影响，能够较准确地评估工业排放对环境的影响程度。

CFD（Computational Fluid Dynamics）是一种基于数值计算的模拟方法，主要用于模拟流体运动和传热过程。

在环境影响评价中，CFD模型被广泛运用于建筑、交通等领域，以研究工程项目对空气质量的影响。

CFD模型能够考虑各种复杂的条件和因素，如建筑风速、气象条件、周边环境等，能够更准确地预测空气流动和污染物的传输路径与浓度分布。

除了以上几种常见的空气质量模拟方法外，还有一些新兴的方法也在不断发展与应用中。

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摘要：该文旨在建立一个适用于城市建筑物周边的基于Ｌａｒａｎｉａｎ模型与Ｅｕｌｅｒｉａｎ模型耦合的气体扩散数值模型，ｇｇ同时具有Ｌ提高ａｒａｎｉａｎ模型与Ｅｕｌｅｒｉａｎ模型各自的优点，ｇｇ预测精度。该文利用耦合模型对单个建筑物周边的气体扩散过程进行数值模拟，并将平均风速、湍流动能和平均浓度几个参量的结果与风洞实验数据进行对比分析。结果表明，耦合模型对于建筑物周边靠近扩散源和远离扩散源的区域利用Ｃ均能给出较高精度的预测结果。最后，ＯＳＴ７３２模型－评价方法对Ｌａｒａｎｉａｎ模型、Ｅｕｌｅｒｉａｎ模型和耦合扩散模ｇｇ其中耦合模型的评价结果最好。型实施了评价，关键词：气体扩散；Ｌａｒａｎｉａｎ模型；Ｅｕｌｅｒｉａｎ模型；耦合ｇｇ模型；建筑物周边中图分类号：Ｘ９２８．９（）文章编号：１０００００５４２０１１１２１８７００７－－－文献标志码：Ａ
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／２８２１１８７０１８７６－
基于Ｌａｒａｎｉａｎ模型与Ｅｕｌｅｒｉａｎ模型耦合的ｇｇ建筑物周边气体扩散模拟
２１３３３黄弘１，胡啸峰，申世飞，原智宏，冈林一木，大场良二
（１．清华大学工程物理系，公共安全研究中心，北京１０００８４，中国；２．清华大学工程物理系，北京１０００８４，中国；３．日本三菱重工业株式会社技术本部，长崎８５１，日本）
１］，极有可能在很短的时间往具有很大的不确定性［
内释放出大量的污染物质，对人员和环境安全造成很大的危害。扩散污染是突发性大气污染的一种重要形式，扩散过程是一个污染物质在大气湍流的混合作用下逐渐分散稀释的复杂四维时空过程，受到污染物自身属性、环境条件等多重因素的影响。扩散污染物不仅涉及粉尘、烟尘等气质涉及的种类也非常广泛，、一氧化碳溶胶态污染物，也包括了二氧化硫（ＳＯ２）
近年来，随着工业的迅猛发展，污染气体的排放为人类的居住环境和人民的健康与安全带来了恶劣尤其是危险化学品泄漏、有的影响。大气污染事件，毒气体人为排放等突发性大气污染事件经常发生在城市建筑物周边，已成为环境管理、公共安全及风险管理等领域共同关注和重点研究的问题。突发性大气污染，在事故发生的时间、地点、环境和方式上，往
，Ｌ，ａＥｕｌｅｒｉａｎａｒａｎｉａｎａｎｄｔｈｅｒｏｏｓｅｄｈｂｒｉｄｍｏｄｅｌｎｄｉｔｉｓｇｇｐｐｙｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｈｂｒｉｄｍｏｄｅｌｃａｎｉｖｅｔｈｅｂｅｓｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ．ｙｇ：；Ｌ；Ｅ；Ｋｅｗｏｒｄｓｉｆｆｕｓｉｏｎａｒａｎｉａｎｏｄｅｌｕｌｅｒｉａｎｏｄｅｌａｓｄｍｍｇｇｇｙ；ｈｂｒｉｄｍｏｄｅｌａｒｏｕｎｄｂｕｉｌｄｉｎｓｙｇ
１］（。对这些污染气体的扩散过等气态污染物［ＣＯ）
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｉｆｆｕｓｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｏｌｌｕｔａｎｔｐ／ＬａｒａｎｉａｎＥｕｌｅｒｉａｎｈｂｒｉｄｍｏｄｅｌｇｇｙｂｕｉｌｄｉｎｓａｒｏｕｎｄｇ
自然科学版）ＩＳＳＮ１０００００５４清华大学学报（２０１１年第５１卷第１２期－／，２ＣＮ１１２２２３ＮＪＴｓｉｎｈｕａＵｎｉｖ（Ｓｃｉ＆Ｔｅｃｈ）０１１，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．１２－ｇ
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