多物理场耦合仿真对流在微波加热中的作用机理研究

微波炉加热水或者牛奶等液态食物时,在温度横向分布向不均匀的同时会出现比较明显的纵向不均匀,其特点是上部的温度高于底部温度,最终导致微波加热不充分.为了分析温度纵向不均匀性产生的作用机理,以进一步提高加热效果,本文使用了多物理场仿真软件,模拟了微波与常规电热器等底部加热方式加热一杯水时温度变化的情况.通过分析对流现象对电场与温度分布的影响,我们发现：由于微波加热的不均匀导致对流只发生在局部区域,无法形成类似于电热器底部加热方式中自下而上的对流,最终导致了温度分层的现象.     

松花江大顶子山弧形钢闸门静力数值仿真

针对松花江大顶子山弧形钢闸门结构特点与承载特性,采用通用有限元分析软件ANSYS,建立有限元模型。根据该闸门的实际工作状态与当地水文资料确定正常运营情况下的极限工况组合并计算结构响应。根据结构响应分析弧形钢闸门结构强度、刚度以及稳定性,为闸门的使用和日常管理提供数据支持。计算结果表明,在正常运营情况下闸门的强度、刚度与稳定性均具有一定的安全冗余。     

十三陵抽水蓄能电站金属结构设计要点

抽水蓄能电站的拦污栅承受发电工况和抽水工况双向水流的作用，进流时避免旋涡，出流时扩散均匀，是上、下水库进／出水口建筑物水力设计的重点，同时也是拦污栅是否产生振动的关键问题.十三陵抽水蓄能电站上、下水库的进／出水口建筑物水力设计经过多次模型试验和体型优化，使拦污栅的设计建立在一个良好的进／出水口建筑物设计基础上.设计拟定的事故假设条件对尾水闸门进行闭门过程的水力分析和计算，确定该闸门应具备全水头下动水闭门的功能，应是事故闸门.十三陵抽水蓄能电站尾水隧洞出口检修闸门的充水阀采用优选出的“瓶塞式”充水阀，实践证明，达到预想结果.     

太平哨电站泄洪坝弧形闸门振动试验研究

通过对太平哨电站泄洪坝10号和17号弧形闸门的振动试验,分别测得了闸门在空载和有载工况下的动力特性以及闸门开启下落过程的加速度响应.结果显示两孔闸门的基频很接近.同一闸门空载和有载工况下的基频也很接近,并且空载工况下的基频要大于有载工况下的基频.而有载工况下第一阶振型的阻尼要大于空载工况下第一阶振型的阻尼.还得到了闸门振动加速度响应与开度的关系曲线.显示闸门在小开度下振动加速度较大,指出了闸门开启运行时的最不利泄流位置,为其它孔闸门开启运行提供了依据.     

自升式平台方形桩靴“踩脚印”时结构强度计算方法

桩靴是自升式平台的基础,对整个自升式平台起到支撑和稳定的作用。在自升式钻井平台“踩脚印”的过程中,桩靴底部受到土体不均匀的承载力,可能会造成桩靴局部应力过大,进而导致桩靴损坏。鉴于自升式钻井平台“踩脚印”对桩靴结构的潜在危险,设计了三桩腿的自升式钻井平台“踩脚印”试验模型,获得了不同入泥深度时,桩靴底部的压力分布状况,通过分析发现,在入泥深度为5m时,桩靴两端产生最大的压力差,而在入泥深度为15m时,桩靴底部压力最大,根据不同入泥深度对应的桩靴底部压力分布值构造了二次多项式函数,在此基础上,采用有限元软件Abaqus建立了详细的方形桩靴有限元模型,将构造的压力分布函数按照分布规律分别施加到桩靴底部,计算出桩靴在不同深度以及不同偏心距时的桩靴应力结果。结果显示：在“踩脚印”过程中,应力最大位置出现在桩靴顶部圆管以及底部壳板位置,桩靴底部两侧受力不平衡对桩靴强度计算具有较大影响,相比直接将最大压载施加到桩靴底部的保守计算方式,该方法和计算结果更加接近实际工程工况。     

水电站进水口平面快速闸门的水力试验研究

本文通过模型试验,总结和分析了各种水电站的运行工况下,底槛布置在倾斜管段上的水电站进水口平面快速闸门,在动态闭门过程中的闸门顶部水压力、门底底缘水压力、临界开度以及过闸流量的变化情况,为分析计算各种运行工况下的闸门持住力,选择合理的启闭机容量提供依据.     

土体支承刚度对下沉期沉井内力的影响分析

为了确保大型沉井下沉期间的本体结构安全,对各种不利工况下沉井的弯矩内力进行了分析.以马鞍山长江公路大桥南锚碇沉井为例,将刃脚和内部隔墙下方土体支承模拟为文克尔地基上的弹簧支座,采用SAP2000程序计算周边井壁和内部隔墙的弯矩分布,并与实测数据进行了对比.分析和实测结果表明:相比大锅底开挖,分区开挖可显著降低内部隔墙弯矩峰值；在分区开挖工况下,刃脚和隔墙处的支承刚度比显著影响沉井结构的弯矩分布和大小,其内部隔墙下土体实际支承刚度有限且分布不均.工程设计时应以大锅底工况计算隔墙底部弯矩,分区开挖时应取刃脚初始支承刚度的50％来计算隔墙顶部弯矩.     

三维FEM在大型弧形钢闸门安全检测中的应用

以广西岩滩水电站的钢闸门安全检测为背景，以溢洪道弧形闸门为例，用三维有限元方法分析计算了闸门在各个工况下的应力、变形特性，计算结果和现场应变测试的结果基本一致．在有限元计算和现场测试结果的基础上，根据水工钢闸门设计规范和水工金属结构报废标准建立的强度和刚度评判标准，对岩滩电站的闸门进行了校核，并评价了其安全性．该理论和方法，可为类似闸门工程的设计和检测提供参考．     

复杂嵌套网格模型及其在三河闸大修工况泄流流态模拟中的应用

针对三河闸启闭系统更新及土建附属工程实施时63扇闸门半侧开启泄流、半侧关闭更换启闭机的方案,构建三河闸枢纽泄流数学模型,采用结构网格疏密嵌套及2D-3D同步嵌套方法对计算区域进行离散。计算结果表明:(a)大修方案将使枢纽上下游产生大范围的回流区,局部单宽流量增大;(b)枢纽上游快活岭对过闸水流流态有重要影响;(c)与闸门全开工况相比,半开工况入闸水流存在明显偏流,北侧泄流时平均入流偏角最大,达到27.35°。根据数值模拟结果提出改善入闸水流流态的建议,为三河闸大修时水闸的调度、运行和管理提供参考。     

不均匀沉降架空管道系统的有限元计算分析

以某化工园区的基础不均匀沉降地段的架空管道系统作为研究对象,该管道系统有10组立柱,4层桁架及27根管道,输送不同温度和压力工况的流动介质.采用自动安平水准仪测量架空管道立柱的沉降值,在此基础上考虑重力、介质温度、流动载荷等因素,系统完整地建立ANSYS有限元模型并进行数值计算,得到了不均匀沉降架空管道系统的位移、应力等参数分布.对2次应力进行了校核验算,以判断不均匀沉降地段的架空管道系统的可靠性,并估算出各个立柱的临界沉降值.旨在探索一套针对不均匀沉降架空管道系统实际应用的安全风险评估方法,为架空管道的安全运行提供坚实的技术支持.     

大型立式轴流泵站停泵过渡过程研究

根据转动机械力矩平衡方程、水量平衡方程以及泵装置系统能量守恒方程,结合水泵全特性,建立了大型立式轴流泵站停泵过渡过程数学模型.通过数值计算,研究了不同的闸门运行方式及不同叶片转角对轴流泵站停泵过渡过程的影响,得到了不同工况条件下的水力参数和机组转速随时间的变化规律,从而为泵站设计及运行提供了合理的依据和建议.     

对水轮机导叶最优关闭规律的探讨

水电站运行的大波动过渡过程中,为了最大限度地减少水压上升值与转速上升值,通过导叶关闭规律来解决大波动过渡过程中水电站的运行安全问题是最经济的有效措施之一.目前,普遍采用导叶两段或三段关闭规律,实践表明,随着水轮发电机组容量的增大和水轮机工作水头范围的增大,这种固定的两段或三段导叶关闭方式不能有效地控制机组在大波动水力过渡过程中的稳定性.提出了根据水轮机工作参数的变化实时地改变导叶关闭方式的非固定模式的导叶关闭方式,能更有效地提高水电站运行的稳定性和安全性.     

门式启闭机门架结构有限元分析

以某大型门式启闭机为对象,利用大型有限元分析软件ANSYS,按实际结构和工况对其进行静力特性和模态分析,从强度和静态刚性两方面对该门式启闭机门架结构设计方案进行评价,并根据固有频率和振型,提出了该门式启闭机应当避免的工作条件建议.     

水工闸门流激振动响应的一种计算方法

将作用在闸门上的水动力荷载分解为闸门无振动时的水流脉动压力和由于闸门振动引起的附加扰动流场所产生的动水压力两部分．用定义在频域上的相干函数来分析模型试验测得的脉动压力在各个节点之间的时空相关性,同时考虑脉动压力在不同频率分量上相关程度的不同,形成脉动水流的节点荷载,然后据随机振动理论建立模型试验和数值计算相结合的水工闸门流激振动响应计算方法,并以双口渡电站弧形闸门为例进行了算例分析．计算结果表明,该方法能够较好地满足工程分析的要求,并可以应用于其他水工建筑物的流激振动响应分析．     

机械泵驱动冷却回路在模拟航天温度边界下散热能力分析

 对机械泵驱动两相冷却系统在模拟太空工作的边界问题条件下散热能力和工作特性进行实验研究,从而得到结论：当系统的热负荷较小而边界温度较低时,放热量变大使系统平均温度降低,造成蒸发段温度无法控制,冷凝器的温度也可能会降到低于工质的凝固点冻结,冷凝段管路也将因固态工质堵塞而无法循环,此时需采取降低储液器设定温度的方法来减小系统的放热量。当系统的热负荷较大而边界温度较高时,系统在冷凝器的放热量较小而使得热负荷无法完全释放时,系统的平均温度上升,造成泵的入口温度达到工质的饱和温度,产生的气泡有可能会对机械泵内的部件产生气蚀,并引起机械泵工作不稳定,无法保证设定的流量循环。实验结论为该类系统的设计与应用提供了可靠的依据。     

双向运输带式输送机的动力学设计

矿山掘进工作面,需要同时向工作面运送支护材料和向外运输采掘下来的岩石（或煤炭）,两者运行方向相反,同时使用输送带的上、下分支恰好解决这一问题。以这一上、下分支同时运输物料的双向运输带式输送机为例,对其建立了动力学计算模型。依据作用于滚筒上力的平衡方程式,给出了双向运输带式输送机启动加速度和制动减速度的计算公式;按照匀加减速转动,给出了加速和减速时间的计算公式;依据输送带作用于滚筒上的静张力和动张力,给出了输送带在滚筒上不打滑的条件;按照不打滑条件和垂度条件分别给出了输送带最小张力的计算公式;依据托辊不圆造成对输送带的扰动,给出了激励频率的计算公式;依据弹性体动力学,给出了输送机的固有振动频率和输送带最大弹性变形量的计算公式,并附有设计计算实例。     

磁耦合无线电能传输系统能效性能在线监测器设计

无线电能传输（WPT,wireless power transfer）技术目前已被应用到生产生活的很多领域,在WPT系统运行和调试时,需要对系统进行监测以了解系统的实际工作状况。给出了一种上位机与下位机结合的无线电能传输系统能效性能监测器设计方案,以LCC-S型磁耦合WPT系统为监测对象,对监测系统需求进行了分析,给出了WPT系统各能效性能参数的计算公式,提出基于STM32的下位机和基于PC与LabVIEW的上位机系统硬件和软件设计方法。最后通过实验验证了所提出的无线电能传输系统能效性能在线监测器设计方案和设计方法的合理性和可行性。     

无缝换乘地铁车站的地震响应特性研究

为探究无缝换乘地铁车站的地震响应特性,提高对此类车站结构抗震性能的认识,首先开展此类车站结构缩尺模型的振动台试验.试验方案设计包括试验模型的制备、试验测点的布设与采集、试验加载工况设计;随后对模型试验过程进行三维有限元数值模拟.通过对比数值模拟与实测结果,分析模型土的加速度响应规律、结构模型的应变和内力响应规律以及侧墙上的土压力响应规律.结果表明:数值结果与实测结果吻合较好,验证了本文建模方法的合理性;对于无缝换乘地铁车站结构模型,车站交叉端部对车站结构构件的变形、内力以及周围土层影响明显,而当与车站交叉端部的距离超过1.5倍的车站结构宽度以后,影响基本消失.上述结论可为复杂地铁车站地震分析的三维计算方法以及此类型车站结构的抗震设计提供有力支持.     

地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算

针对地铁二系垂向悬挂系统的阻尼匹配问题,提出了一种悬挂系统最佳阻尼比的解析计算方法.基于国内外几种典型轨道谱分析,利用曲线拟合方法构建适用于车辆运行平稳性理论分析的轨道高低不平顺输入模型;根据1/4车体3自由度垂向振动模型,以车体振动加速度的均方值最小为目标,利用随机振动理论和留数定理建立了地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比的解析计算模型,并通过实例计算及仿真加以验证.结果表明,阻尼比的解析计算值与仿真值的最大相对误差仅为2.55%,从而验证了所建立的地铁二系垂向悬挂系统最佳阻尼比解析计算模型的正确性.     

球磨机传动间隙对起动过程的影响

针对球磨机起动过程中的冲击振动对球磨机的可靠运行以及工作寿命有影响的问题,应用系统动力学定量分析了球磨机直接起动以及分段起动时,由于传动间隙所引起的冲击动载荷,建立了相应的数学计算模型。应用该模型能够准确地计算出球磨机起动时由传动间隙引起的冲击动载荷的大小,为球磨机的合理设计制造以及现场安装提供依据。