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關(guān)鍵詞方法B離散格式數(shù)值模擬有效
1引言
在對流體流動、傳熱及傳質(zhì)問題進行數(shù)值模擬時,首先要進行區(qū)域離散化。視節(jié)點在子區(qū)域中位置的不同,可把區(qū)域離散化方法分為兩類:方法A(外節(jié)點法)及方法B(內(nèi)節(jié)點法)。方法A是指先確定節(jié)點的坐標再計算相應(yīng)的界面,使節(jié)點位于子區(qū)域角頂?shù)姆椒?;方法B是指規(guī)定界面位置而后確定節(jié)點,使節(jié)點位于子區(qū)域中心的方法。
當網(wǎng)格不均勻時,方法B中節(jié)點永遠位于控制容積的中心,這樣方法B中的節(jié)點更能代表控制容積,界面導(dǎo)數(shù)的計算精確度也要高。所求解的區(qū)域中物性發(fā)生階躍性的變化時,采用方法B時可以較方便地反發(fā)生階躍變化的面作為界面,從而可以避免在同一控制容積內(nèi)物性發(fā)生突變的情形,若采用方法A時實現(xiàn)這一點要困難的多。綜述之,一般通風空調(diào)工程問題中采用方法B進行區(qū)域離散化。本文的出發(fā)點也基于此,希望通過常用的方法B離散網(wǎng)格建立有效的、強健的差分格式。
2對流-擴散方程式的離散及基于方法B的有效差分格式
對流換熱問題的數(shù)學描述包括質(zhì)量、動量及能量守恒三種方程式,可用統(tǒng)一張量形式可表示為:
(1)
上述方程的四項分別是不穩(wěn)態(tài)項,對流項,擴散項以及源項。據(jù)[1],無論守恒方程式的何種離散或差分格式,必須滿足四項基本法則,作者提出的守恒型離散格式亦必須滿足這四項原則?,F(xiàn)給出一個通用的離散方程式:
(2)
用數(shù)值方法求解上述方程(尤其是滿足動量守恒的N-S方程)的主要困難來自非線性的一階導(dǎo)數(shù)項及壓力梯度項的不妥離散方式。到目前,為解決一些相關(guān)問題已提出了許多的差分離散方案:指數(shù)、混合、冪函數(shù)(乘方格式)、QUICK格式、SHYBRID二階混合等方案。這些方案,在具體應(yīng)用中,各有優(yōu)劣。作者在暖通空調(diào)工程數(shù)值實驗中,基于B方法生成的交錯網(wǎng)格推導(dǎo)出一種有效差分格式,特闡述如下:
控制方程組(1)中包含有兩類變量:矢量與標量。{U,V,W}為矢量,擴散系數(shù)、溫度、壓力、紊流脈動能k、紊流耗散率ε等為標量。這樣交錯網(wǎng)格的數(shù)據(jù)存儲可表述為:標量數(shù)據(jù)皆存儲在節(jié)點位置{P、E、W、N、S等};而矢量數(shù)據(jù)皆存儲在截面位置{e、w、n、s等};圖1中陰影區(qū)為標量控制容積區(qū),標量分布均勻,由節(jié)點P等代表。矢量亦均勻分布于各截面,用e等代表。下面皆以二維穩(wěn)態(tài)情形為例進行分析。
2.1標量場
首先分析標量場,以φ代表通用標量,由(2)其離散方程的一般形式可寫為:
(3)
據(jù)冪函數(shù)方案AI(I代表e,w,n,s等界面)的取法,上式各系數(shù)可表述為:
(4)
(4)式中,Peclet數(shù)PI=FI/DI,F(xiàn)代表單位截面上對流流量,而D代表單元內(nèi)物理量的擴散。因為物性參數(shù)(標量)亦儲存在各個節(jié)點上,據(jù)前述的四項基本法則,須滿足界面上連續(xù)性的要求,故可用調(diào)和平均來計算界面參數(shù)。以為例可由下式求得:
(5)
其他的系數(shù)同理可求。
2.2矢量場
二維矢量場(即U、V兩個速度矢量的分布),而速度的控制容積與標量的不同,其示意圖如圖2所示。比較圖1與圖2可以看出:矢量控制容積只是在標量控制容積的基礎(chǔ)上沿特定方向發(fā)生錯移,這也是交錯網(wǎng)格的特點之一。以二維穩(wěn)態(tài)離散U方程為例,由N-S方程對上圖的控制容積積分可以導(dǎo)出[3]:
[注1]:圖2中加"()"符號的節(jié)點一致;
[注1]:圖1及圖2中的分別等于將要用到的分別等于將要用到的。
同(3)所述,亦采用冪函數(shù)格式,上式中的系數(shù)可以按(4)表達之,僅需調(diào)整I(代表E、W、S、N等節(jié)點位置)。從圖2可見,Peclet數(shù)P=F/D的求解難在界面交點N、S等。界面效點N處流速VN須應(yīng)用加權(quán)平均計算,這樣,界面流量FN可表述為:
(6)
擴散系數(shù)(7)
式(7)中系數(shù)是標量,而處為界面位置,不存儲標量,則可通過周圍四個節(jié)點上值的面積加權(quán)求解(若三維情形,應(yīng)為體積加權(quán)),這樣較容易滿足上述的四項基本法則。所以:
(8)
聯(lián)立求解,則DN的計算可進一步簡化。同理,可以導(dǎo)出DS的表達式:
(9)
(10)
至此,已得到整個U方程系數(shù)的求解方法,對于其他矢量方程的系數(shù),同理可求。
2.3新格式與各種差分格式的特性比較及分析
對于一維穩(wěn)態(tài)無源項的對流擴散問題,其守恒方程為:
(11)
假定邊界條件為:
通過計算中間點x=0.5處Φ值,比較了理論解、一階上風格式、中心差分格式及本文新的格式:中心差分格式隨著Pe數(shù)的增加而產(chǎn)生發(fā)散現(xiàn)象;一階上風格式和本文提出的差分格式則與理論解有較為接近的值。特別當Pe數(shù)增大時,本文的差分格式的更接近理論解。
3算例應(yīng)用、比較及分析
3.1單出入口二維通風房間
室內(nèi)流體流態(tài)為穩(wěn)態(tài)紊流,采用LRN(Low-Reynolds-Number)模型計算。壓力、速度通過SIMPLEC算法耦合求解。入口邊界參數(shù)給定,出口邊界變量的法向梯度為零。以入口速度U為基準速度,以入口尺寸L(1m)為基準尺寸?;贐方法的網(wǎng)格生成為X×Y方向網(wǎng)格數(shù)為120×100。之后,作者重新布置網(wǎng)格(80×60),取某垂直截面段(X/L=15)并比較了兩者的水平速度分布。如圖5可見,兩者幾乎無差別,這可以說明本文格式應(yīng)用于工程實際時,對非均勻網(wǎng)格具有較好的適應(yīng)性。
對兩套網(wǎng)格系統(tǒng)計算過程的收斂史與差分格式未改進的情形進行比較(圖6),發(fā)現(xiàn)計算精度有較明顯的提高,可能的發(fā)散趨勢被抑制。
3.2帶移動頂蓋的方形空腔流
流體流態(tài)為穩(wěn)態(tài)層流。以頂蓋移動速度U為基準速度,以空腔進深D為基準尺寸?;贐方法的風格生成為X×Y方向網(wǎng)格數(shù)為20×20。固體壁面為無滑移條件,因為是層流運動,故動量方程及連續(xù)性方程中的流速邊界都是如此。
取截面(Y/D=0.5)上的速度矢量與文獻[9]比較,由圖7及圖8可發(fā)現(xiàn)兩者相差甚微,再次證明本文改進格式的有效性。筆者在計算過程中還比較了一般程度消耗CPU時間一本文所花的時間相差不大,可能是因為物理模型規(guī)模較小所致。但是對于規(guī)模較大、風格劃分不均勻的情形,本文的離散方程具有不可替代的優(yōu)勢。
3.3外掠后臺階的流動
如圖4所示,H為后臺階高度,并作為基準尺寸:入口及出口尺寸如圖4所示;未流速度U取為1m/s,并作為基準速度。來流溫度T分布均勻,作為基準溫度;壁面為均勻熱流條件?;贐方法的網(wǎng)格生成為X×Y方向網(wǎng)格數(shù)為60×50。
流體流態(tài)為穩(wěn)態(tài)二維紊流,服從Bousinesq假設(shè)。對此開口流場,出口處采用自由流速邊界條件,壓力修正方程界為Dirichlet條件。壁面附近采用壁面函數(shù)法加以修正。中心軸線上各個變量采用第二類邊界條件。
圖9是截面(X/H=10)上的流速分布,與文獻[4]結(jié)果相吻合。另外,作者還與文獻[5]比較了不同截面上Nu/NuH數(shù),如圖10所示,兩者較接近。
4結(jié)論及展望
本文提出的差分格式從本質(zhì)上將講是對冪函數(shù)格式的修正及改進,其中應(yīng)用了中心差分、調(diào)和平均等思想,從而達到提高計算精度、減少發(fā)散的目的。但從一些運算結(jié)果來看,格式并非十分理想,譬如對向后臺階流動(文中未列出),涉及對流換熱、壁面邊界等問題,結(jié)果與文獻[2]提供的數(shù)據(jù)有一定差距;盡管上述運算較原來的算法迭代次數(shù)有所減少,但計算時間并未縮短,并且計算機內(nèi)存容量要求變有提高,這些問題有待今后改進。
參考文獻
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論文摘要:以中小企業(yè)統(tǒng)計制度建立的過程為背景,深入淺出地介紹了統(tǒng)計工作對企業(yè)的重要性,通過建立統(tǒng)計制度,實施有效統(tǒng)計,使統(tǒng)計、數(shù)據(jù)準確可靠,為企業(yè)的經(jīng)營決策提供依據(jù),使企業(yè)的經(jīng)濟效益最大化。
中小企業(yè)在經(jīng)濟社會的繁榮與發(fā)展中具有重要的戰(zhàn)略地位,作為反映中小企業(yè)整體運行狀況和單個企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營情況的統(tǒng)計工作,其重要性不言而喻。統(tǒng)計部門作為企業(yè)的核心部分,是企業(yè)發(fā)展不可或缺的數(shù)據(jù)來源地,經(jīng)濟的高速發(fā)展對企業(yè)的統(tǒng)計工作提到了新的高度。要求各企業(yè)的統(tǒng)計部門必須建立健全有效的統(tǒng)計制度,廣泛運用高新技術(shù)實現(xiàn)統(tǒng)計的信息、咨詢和監(jiān)督三大職能,發(fā)揮統(tǒng)計在企業(yè)發(fā)展中的信息、預(yù)警及決策支持作用。
統(tǒng)計工作涉及到供、產(chǎn)、銷,人、財、物,生產(chǎn)、經(jīng)營、分配等多環(huán)節(jié)、多領(lǐng)域。通過統(tǒng)計信息,可以了解到企業(yè)的機構(gòu)、人員、資產(chǎn)、負債、生產(chǎn)發(fā)展情況、產(chǎn)品質(zhì)量狀況,以及科研開發(fā)、經(jīng)營銷售、財務(wù)盈虧等方面的情況,還可以預(yù)測未來、企業(yè)的規(guī)劃和結(jié)構(gòu)、企業(yè)的發(fā)展速度、效益與效率等。就企業(yè)統(tǒng)計本身而言一般具有兩個特點:一是數(shù)量性。即通過數(shù)字揭示企業(yè)在特定時間內(nèi)生產(chǎn)經(jīng)營的數(shù)量特征,對企業(yè)在一定時期內(nèi)的發(fā)展情況進行定性乃至定量分析,從而做出正確的決策。二是綜合性。統(tǒng)計人員收集到的統(tǒng)計信息從整體上看,涉及企業(yè)的原料入廠、加工及產(chǎn)品銷售等各個方面;也涉及其他與其相關(guān)的各個領(lǐng)域和環(huán)節(jié)。所以,統(tǒng)計工作既可以反映企業(yè)在某一時點的現(xiàn)狀,特定時期內(nèi)的動態(tài),也可以反映企業(yè)的規(guī)模、結(jié)構(gòu)、速度、收益與效率等諸多數(shù)量特征質(zhì)量特性。
企業(yè)統(tǒng)計工作的重要性有目共睹,但因各種原因,部分中小企業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)的虛假成分比較高。造成這種情況的原因主要有:一是各級統(tǒng)計部門與中小企業(yè)的統(tǒng)計重點不統(tǒng)一,部分中小企業(yè)往往采取虛報數(shù)字以應(yīng)付各種檢查;二是部分中小企業(yè)為了保密或某些既得利益,不愿如實提供統(tǒng)計資料,統(tǒng)計數(shù)據(jù)的隨意性較大且缺少依據(jù);三是企業(yè)內(nèi)部不重視,統(tǒng)計專職人員配備不夠或?qū)I(yè)素養(yǎng)比較低,無法適應(yīng)新時期的企業(yè)統(tǒng)計工作。因此,建立有效的統(tǒng)計制度,充分發(fā)揮統(tǒng)計制度的有效職能,是保證企業(yè)有效統(tǒng)計的基礎(chǔ)。
根據(jù)《中華人民共和國統(tǒng)計法》規(guī)定:“企業(yè)事業(yè)組織根據(jù)統(tǒng)計任務(wù)的需要設(shè)立統(tǒng)計機構(gòu),或者在有關(guān)機構(gòu)中設(shè)置統(tǒng)計人員,并指定統(tǒng)計負責人?!笔紫龋O(shè)立綜合統(tǒng)計部門并明確其職責,使其保持相對獨立性,保證統(tǒng)計崗位及時、全面的掌握企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營動態(tài)。根據(jù)企業(yè)情況設(shè)計報表形式,并制定本企業(yè)的統(tǒng)計指標體系及統(tǒng)計信息的報送要求。充分考慮企業(yè)經(jīng)營與管理的需要,考慮企業(yè)面向市場、參與競爭的需要,把政府統(tǒng)計部門、企業(yè)主管部門的要求同本企業(yè)的實際相結(jié)合,提出完整的指標體系并分解到各個生產(chǎn)管理部門,明確其報送或提供信息的時間、內(nèi)容及方式,明確各部門的統(tǒng)計責任;收集、審核、匯總、提供各種統(tǒng)計信息,并對各基層單位層層上報的信息進行審核后加以匯總;搜集分析相關(guān)企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營情況,提出有參考價值的各種統(tǒng)計信息。利用各種統(tǒng)計信息進行綜合分析研究,對企業(yè)在某一方面或多方面的發(fā)展前景進行預(yù)測,將分析結(jié)果形式統(tǒng)計分析報告,為企業(yè)經(jīng)營決策提供參考依據(jù)。
其次,明確各職能部門的統(tǒng)計職責。在現(xiàn)代企業(yè)中,對企業(yè)發(fā)展至關(guān)重要的統(tǒng)計信息決不僅限于計劃統(tǒng)計部門內(nèi)部。明確各部門工作職責中相應(yīng)的統(tǒng)計責任,要求其按統(tǒng)一確定的口徑、范圍及時間提供相應(yīng)的統(tǒng)計資料及分析報告,充分發(fā)揮各個部門的信息匯總職能。將統(tǒng)計信息自下而上的單向運行變?yōu)樯舷伦笥抑g的多向運行,滿足其綜合對比及分析研究的需要。
健全統(tǒng)計報表制度,加強統(tǒng)計分析職能。引入考核機制,將基層的統(tǒng)計質(zhì)量納入考核,以獲取更準確的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。對于統(tǒng)計報表制度,一般企業(yè)一直沿用國家統(tǒng)計報表制度中對統(tǒng)計報表的內(nèi)容要求,這主要是因為國家基層報表制度所要求企業(yè)填報的內(nèi)容,包括了企業(yè)的基本情況,企業(yè)主營業(yè)務(wù)的生產(chǎn)經(jīng)營,財務(wù)報表、員工及工資變動,能源和原材料消耗,科技開發(fā)及附營業(yè)務(wù)情況。指標體系雖然已經(jīng)比較簡要地反映出企業(yè)產(chǎn)供銷、人財物、投入與產(chǎn)出的基本情況,但對企業(yè)深入分析研究生產(chǎn)經(jīng)營中的問題,還不夠準確。建立有效的統(tǒng)計制度,滿足企業(yè)的發(fā)展要求,是保證統(tǒng)計工作順利開展的前提。
如今,世界經(jīng)濟一體化已成為了全球經(jīng)濟的發(fā)展趨勢,各個企業(yè)間的競爭何其激烈,企業(yè)要想在競爭中立于不敗之地,就必須充分了解本企業(yè)的實際情況,而這一切離不開統(tǒng)計部門收集、整理的數(shù)字信息,建立健全統(tǒng)計制度,提高統(tǒng)計數(shù)據(jù)的分析職能,才能保證企業(yè)在競爭中處于有利地位。
參考文獻:
關(guān)鍵詞:水資源重要性管理模式合理利用
向陽河灌區(qū)地處呂梁山東麓,是省注冊萬畝自流灌區(qū)之一。灌區(qū)水源為位于汾陽市西北峪道河鎮(zhèn)向陽匣口的桃花泉。泉水最大流量0.13m3/s,多年平均流量0.07m3/s。灌區(qū)設(shè)計灌溉面積1.5萬畝,有效灌溉面積1.15萬畝。灌溉范圍包括兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)十三個自然村,同時承擔下游十五個村莊一萬余人的飲用水。灌區(qū)自成立運行以來,為汾陽一方經(jīng)濟特別是是農(nóng)業(yè)發(fā)展起到不可磨滅的貢獻。
但近年來,由于愛利益驅(qū)使,許多當?shù)卮迕裰蒙h(huán)境和水量銳減于不顧,抱著靠山吃山的想法,在泉源保護范圍內(nèi)大肆開采白云石,灌區(qū)方圓幾公里,不時可聽到炸藥爆破的響聲。據(jù)不完全統(tǒng)計,僅向陽村現(xiàn)有石場八座,其中具備開采資格的僅一家,屬地質(zhì)礦產(chǎn)局發(fā)證。就因為私人在泉源放炮采石一事,灌區(qū)曾多次向上級有關(guān)部門反映,然收效甚微,但從日漸銳減的水量來看,個中因素卻不容忽視。
事實上,隨著人口增加與工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展,一方面社會對水的需求量急劇增長,另一方面水環(huán)境不斷惡化,水資源緊缺已成為一個全球性的問題,由于水的供需矛盾日趨尖銳,工農(nóng)業(yè)競相開發(fā)地下水,地下水嚴重超采,造成地下水位持續(xù)下降,從而出現(xiàn)大面積降落漏斗和地面沉降,建筑物破壞現(xiàn)象,有的已造成資源難以再恢復(fù)。水資源是有限的,也是其它資源無法代替的,如果不引起人們的高度重視,進行科學管理,合理開發(fā),其后果難以估量。
1加強對水資源重要性的認識
人們常說,春雨貴如油,這固然是從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)角度來看的,但足見我國人民早已對水的重要性有了一定的認識,而對如今水資源緊缺的狀況來說,真是春雨勝如金,在市場經(jīng)濟社會中,水已成為一種重要的經(jīng)濟資源,與其它商品相比,水資源有其獨特性。
1.1不可替代性
水是生命之源,維持著地球生物的生存,不可用別的資源代替,生態(tài)系統(tǒng)離開水,其連續(xù)不斷的循環(huán)就將終止。
1.2多功能性
水的用途最為廣泛,除了供人類日常生活外,更多的是用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn),如煉鋼,造紙,發(fā)電,航運,農(nóng)灌,養(yǎng)殖等,水資源的這種多功能性,別的資源無法相比。
1.3有限性
隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展,及人們生活水平的提高,對水量、水質(zhì)的要求越來越高,但水不是一種取之不盡,用之不竭的資源,它的可開發(fā)與可利用程度是有限的。
2改革水資源管理模式
水循環(huán)是生態(tài)系統(tǒng)的一種自然循環(huán)體系,既有獨立性,又有依賴性。其獨立性,是指它不需要人為的施加外部因素,如大氣、環(huán)流、風、陽光、生物、土壤等,水資源是生態(tài)系統(tǒng)不可分割的一個重要組成部分,這就要求我們管水、治水不能單一化,不能只治標不治本,
要標本兼治,將其溶入整個人類生態(tài)系統(tǒng)中綜合考慮,綜合治理。
目前,在水資、源的管理方面,雖然明確水利部門是水資源的主管部門,但建設(shè)部門、地礦部門、環(huán)保部門都在一定范圍內(nèi)和一定程度上管水,造成水權(quán)分散,各自為政,從而缺乏對水資源浪費,污染及布局不合理現(xiàn)象的有效管理,從管好水、用好水和發(fā)揮水的最大效益出發(fā),迫切需要一龍治水管水。把地表水、地下水的管理統(tǒng)一到整個社會資源體系中,統(tǒng)一到維持生態(tài)平衡中,統(tǒng)一到環(huán)境保護中,把供水、灌溉、抗旱、水土保持、工業(yè)生產(chǎn)和人民生活緊密結(jié)合起來,建立水資源統(tǒng)一管理體系。將鄉(xiāng)村用水、城市用水、工業(yè)用水全面規(guī)
劃,合理調(diào)配,平衡供需,使水資源再生成為可能。
在水資源的開發(fā)利用中,要逐步采用先進的管理手段,如運用計算機管理城市用水和農(nóng)田灌溉,使水資源得到總體最佳利用。以色列是一個地處旱區(qū)域、嚴重缺水的國家,水資源總量僅17億,但由于重視科技,因而成為世界水資源利用效率最高的國家,人均國民生產(chǎn)
總值比北京市高4倍。我國在開發(fā)利用保護水資源方面應(yīng)學習以色列的經(jīng)驗。
3實現(xiàn)以節(jié)水為核心的水資源合理利用。節(jié)水是控制一個地區(qū)需水量盲目增長的有效
途徑,也是區(qū)域水資源調(diào)配的基礎(chǔ),我國當前節(jié)水有巨大潛力可挖。
3.1農(nóng)業(yè)節(jié)水在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)積極提高灌溉效率,防止浪費,建立高效節(jié)水農(nóng)業(yè)。我
國現(xiàn)在主要采用渠灌、噴灌,灌溉用水浪費嚴重,利用系數(shù)為0。3—0。4,每立方米水生產(chǎn)糧食0。8,僅為發(fā)達國家的一半。為了提高灌溉水利用率,減少無效損失,要改進灌溉方式和設(shè)施,如采用低壓管道灌溉不僅比渠灌節(jié)約1/3的水量,還能增產(chǎn)。