断级对三体滑行艇水动力性能影响的数值研究

为了研究三体滑行艇设置断级后的减阻效果,利用数值手段分别模拟了三体滑行艇的双断级方案和无断级方案在容积弗劳德数从3.14到5.83之间的绕流场,并将计算值与试验值进行了对比,验证了该方法的有效性.计算结果表明:槽道通气后其内部空气被吸入艇底形成了断级后空穴;所设置的双断级在减少艇底浸湿面积的同时提升了主艇体滑行面的滑行效率,在计算的速度范围内均有较好的减阻效果;断级对三体滑行艇的影响随着航速的增加而愈来愈明显,在计算的最高航速下,双断级可减少主艇体49.1%的浸湿面积,提升16.1%的主体升力,获得的阻力收益为17%;同时,断级还削弱了槽道内兴波,减少了槽道的浸湿面积.     

变角度尾压浪板对断级滑行艇阻力性能的影响

为了研究尾压浪板安装角对断级滑行艇阻力性能的影响,对尾压浪板安装角β=2°,3°,4.5°的双断级滑行艇模型进行试验研究,并利用计算流体动力学软件CFX对容积Froude数Fr_▽=0.44~5.20的模型绕流场进行模拟,分析了尾压浪板的作用机制,以及不同β角的尾压浪板的水动力特性,探讨了尾压浪板安装角对断级后空穴和各滑行面负荷系数的影响.结果表明,增大尾压浪板安装角,可使断级滑行艇得到较好的低速阻力性能,并且在对高速段阻力影响较小的同时提高发生海豚运动的临界速度.     

基于FLUELT的滑行艇直航运动数值模拟计算

针对滑行艇运动的水动力性能预报问题,在FLUENT软件平台上,使用VOF方法,结合RNGk-ε模型,通过求解Navier-Stokes方程,对水面滑行艇的直航运动进行数值模拟计算,获得滑行艇航行阻力随航速变化规律.该规律直观反映了滑行艇周围流场变化情况和滑行艇艇底的压力变化情况.FLUENT计算结果与船模试验值及理论估计值的比较结果证明了在FLUENT平台上模拟水面滑行艇直航运动和研究水动力性能的可行性,该方法具有较高的准确性.     

断阶3体滑行艇阻力试验研究

通过3体滑行艇不同滑行面形式的对比模型试验,研究了断阶对3体滑行艇阻力性能及运动姿态的影响,比较了3体和单体滑行艇在有无断阶时的阻力性能特点,并对船体2侧喷溅进行了观察.结果表明：无断阶3体滑行艇在第2个阻力峰出现以前阻力与航态的变化趋势同无断阶单体滑行艇一致.加入断阶后3体滑行艇阻力与航态的变化与单体滑行艇加入断阶后的变化不同,断阶3体滑行艇第2个阻力峰消失,阻力随速度的提高而增大,断阶数目越多阻力增长越快;航态变化趋势与无断阶类似,第2次航态出现较大变化的时间随断阶数目的增多而提前.试验中观察发现：无断阶方案的2侧槽道有使喷溅流整顺和形成气垫的作用,而有断阶方案的槽道内喷溅流混乱.     

汽车风阻系数试验与数值模拟的对比分析

汽车风阻系数（C_d）可以通过道路滑行试验、风洞试验和数值模拟获得。其中，滑行试验最接近实际使用工况，但受环境因素影响较大，风阻系数重复性稍差；风洞试验重复性最好；数值模拟具有不确定性，其原因在于湍流模型、网格策略等的选择对结果可能产生直接影响。为此，对15款乘用车滑行试验、风洞试验和数值拟模结果进行分析，结果发现以滑行试验作为对比基准，其结果大多介于风洞试验和数值模拟的0°~5°偏航角之间。此外，通过对以滑行为代表的道路行驶工况、风洞试验与数值模拟的差异点进行讨论，并对某款电动车车型使用3种方法获得的风阻系数进行对比分析，对误差产生原因进行初步解析。     

三维盾构隧道开挖面极限支护压力数值及理论解

对盾构隧道开挖面稳定性进行三维弹塑性有限元数值模拟,获得了维持开挖面稳定最小极限支护压力随隧道埋深比及土体强度参数的变化特性.将极限支护压力值表示为土体粘聚力、上覆荷载、土体重度与其影响系数乘积的三项叠加,并通过数值模拟获得了各影响系数随隧道埋深比及土体内摩擦角的变化规律.利用数值模拟结果对三维楔形体模型进行对比验证,结果表明楔形体模型得到的各影响系数在规律上与数值模拟结果相符,但在数值上,土体重度影响系数与数值模拟结果更接近,而粘聚力和上覆荷载影响系数则存在一定偏差.     

柴油机双层多孔喷油嘴瞬态流动特性

以某型国产喷油器喷油嘴为对象,在X射线精确测量其几何参数的基础上,采用动网格技术对喷油嘴内部瞬态流动进行模拟研究,并通过可视化试验验证所建模型的准确性.研究了不同位置处、不同喷射压力下喷孔内流量系数、气相体积分数随针阀运动的变化,分析了燃油性质对喷孔内流动特性的影响.结果表明:在相同的喷油压力下,上层喷孔与下层喷孔相比,空穴现象会提前出现,且空穴发展更加迅速,空穴区域更大;针阀关闭阶段与针阀开启阶段相比,喷油嘴内部空穴发展较快,喷嘴内空穴在针阀关闭的前一刻会瞬间增加;喷油压力增加,空穴现象产生时刻提前,空穴发展区域增大;进出口压力相同时,喷孔内空穴现象的发展及其强度受燃油运动黏度、饱和蒸汽压和密度的影响.     

级配碎石塑性变形特性及其安定

应用颗粒流理论构建了级配碎石动三轴数值试验方法.通过动三轴室内试验验证了数值方法的可靠性,模拟了级配碎石在动荷载作用下的塑性变形规律.通过塑性变形累积方程探讨了级配碎石破坏临界应力与破坏临界应变.结果表明,级配碎石塑性变形数值试验结果与实际安定行为规律吻合;级配碎石的合理破坏临界应变为2.5%,在此临界应变标准下,级配碎石临界应力与围压呈现比例相关关系,比例系数为4.95;提高围压可以显著强化级配碎石的抗塑性变形性能.     

级配碎石塑性变形特性及其安定行为的数值模拟

应用颗粒流理论构建了级配碎石动三轴数值试验方法.通过动三轴室内试验验证了数值方法的可靠性,模拟了级配碎石在动荷载作用下的塑性变形规律.通过塑性变形累积方程探讨了级配碎石破坏临界应力与破坏临界应变.结果表明,级配碎石塑性变形数值试验结果与实际安定行为规律吻合;级配碎石的合理破坏临界应变为2.5%,在此临界应变标准下,级配碎石临界应力与围压呈现比例相关关系,比例系数为4.95;提高围压可以显著强化级配碎石的抗塑性变形性能.     

滑行艇阻力数值预报若干影响因素研究

针对滑行艇数值模拟中艇底出现异常水气分布的问题,研究了流体体积法(VOF)界面插值格式,网格类型、网格数目、时间步长等因素对滑行艇性能数值预报的影响,并提出改进措施.研究表明:当基于相同的结构化网格及计算设置时,采用几何重构界面插值格式预报滑行艇的阻力及底部水气分布最为准确,任意网格可压缩界面捕捉格式次之,修正的高分辨率界面捕捉格式最差.通过选择合理的网格类型及网格数目也可以改善滑行船体性能预报精度.SATR-CCM+采用多面体网格可以较为准确预报滑行艇体的流场和阻力.建议在滑行艇的阻力及流场预报中采用几何重构的VOF界面插值方式,减小时间步,选择多面体网格并进行适当的网格加密,这样可以提高水气界面捕捉的精度,减小阻力预报的误差.     

掘进面断层附近瓦斯渗流场演化的数值分析

为解决突出煤层掘进工作面遇断层时煤体瓦斯渗流变化异常问题,利用ANSYS10.0数值模拟软件对掘进面断层附近煤体瓦斯压力分布规律进行数值模拟,对比掘进面存在不同断层及无断层条件下瓦斯压力发展变化、压力梯度分布规律.研究结果表明:相同条件下,掘进面遇断层和无断层条件相比,前者瓦斯压力梯度明显高于后者,更容易导致突出灾害发生.     

凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程的高精度数值模拟

利用高精度数值格式对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴塌陷过程进行了研究. 采用RGFM和Level-set相结合的物质界面处理方法,克服了爆炸流场中高密度比、高压强比的物质界面容易引起数值振荡这一问题. 采用5阶WENO高精度有限差分格式进行空间离散,采用3阶TVD Runger-Kutta法进行时间离散,开发了高精度动态并行程序,并运用该程序对凝聚相炸药爆轰波冲击空穴后的塌陷过程进行了数值模拟,给出了PBX-9404炸药在不同入射压力下的起爆距离及冲击起爆过程中的压力历史曲线图,并分别与实验结果对比后进行了验证. 对凝聚相炸药中的空穴塌陷过程进行了高精度数值计算,给出了不同时刻的密度、压力和粒子速度云图,研究结果表明由于空穴的存在,爆轰波的传播过程中会在空穴处形成射流现象以及密度和能量的汇聚,进一步产生高温高压的热点.      

裂缝-孔隙型双重介质油藏流体窜流规律

从数值计算和物理模拟两个方面研究了裂缝-孔隙型双重介质油藏的渗流规律问题,根据双重介质渗流的微分方程,建立裂缝孔隙之间窜流的数学模型,给出了其在拉氏空间中的通解.运用Stehfest数值反演方法,得到实空间的解,通过数值计算研究压力的动态特征,分析了储容系数和窜流系数对压力响应的敏感性;同时在室内模拟研究了流体在双重介质中的窜流规律.试验结果表明:在双重介质流体窜流规律的研究方面,数值计算与物理模拟试验结果具有很好的一致性.这说明在一般情况下可利用近似解析解进行压力分析,使得近似解析解可在具体试井分析中使用,为油藏工程和渗流力学试井分析提供了一种新的方法.     

多级加筋土高挡墙变形与稳定性分析

以某山地的台阶式三级加筋土高挡墙工程为研究对象,利用Plaxis有限元软件对挡墙土体的变形与稳定性进行数值模拟分析,运用强度折减法计算挡墙潜在滑裂面和稳定系数.研究表明:随着挡墙高度的增大,位移具有增大的趋势;"L"型基础可抑制土体的位移;三级加筋挡墙的最大水平位移发生在第二级挡墙,第二级挡墙和第三级挡墙的水平位移均大于第一级挡墙的最大水平位移;台阶和筋材的存在,使挡墙的垂直土压力与墙背土压力产生应力重分布,远离墙面板处影响较小;加筋土内部滑动面始于各级挡墙的坡脚,滑裂面符合朗肯土压力理论.     

基于空穴初生的柴油机喷孔内部流动

为揭示喷油嘴内空穴流动机理,设计可视化试验装置,观察了喷孔内空穴流动.采用混合多相流模型、空穴模型、标准k-ε方程模拟了气液两相的空穴流动.分析了不同喷油压力、气核体积分数、液体黏性、壁面物性、表面张力对空穴流动的影响.结果表明:随着入口压力的增加,空穴初生逐渐发展为超空穴;当空穴参数小于临界空穴参数时,流量系数随空穴...     

不同墩型溢流坝水动力特性研究

利用有限体积法对不同墩型溢流坝三维流场进行了数值模拟,开将数值模拟结果与试验结果进行了对比,同时还讨论了不同墩型对水面线形状、坝面压力、流量系数以及不同墩厚闸宽比对坝面压力的影响．结果表明,不同墩型对墩前水面线及流量系数的影响是不同的,随着墩厚闸宽比的减小,坝面压力会逐渐降低,负压极值点将向前移动．     

半平行钢丝束对称断丝理论模型

针对半平行钢丝束内部断丝问题,提出了一整套考虑接触挤压传递规律和钢丝间摩擦效应的对称断丝计算理论模型.并依据半平行钢丝束内钢丝的排列和截面收缩规律,得到了拉索内部任意位置钢丝的轴力系数,以及内部钢丝之间挤压力传递规则.采用迭代法计算断丝周圈摩阻力及断丝内力变化,并沿钢丝逐步积分计算了断丝轴力恢复长度.采用该对称断丝理论模型分析了断丝及周圈钢丝内力重分布规律以及不同断丝参数下断丝轴力恢复长度的变化规律.研究成果提供了一种半平行钢丝束断丝效应的研究新方法.     

静叶斜置对高参数汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀的影响

在高温、高速加速冲蚀试验结果所建立的叶栅材料冲蚀率模型和粒子反弹模型的基础上,利用三维数值计算法模拟、分析了静叶斜置对超临界及超超临界汽轮机再热后第一级叶栅冲蚀特性的影响.结果表明:再热后第一级静叶斜置角度为30°时,静叶压力面最大冲蚀失重减小了约30％,吸力面尾缘的冲蚀破坏明显减轻,级效率仅下降0.1％;进一步增大斜置角度,再热后第一级叶栅抗磨性能提升并不明显,级效率下降了1％;减小斜置角度会使静叶压力面最大冲蚀失重增加23％,叶栅抗磨性能显著降低.该研究结果可为减轻再热后第一级叶栅的冲蚀破坏提供技术依据.     

离心式、混流式三元叶轮的优化设计

本文根据三元流动普遍关系式与离心式叶轮实际气体流动模型,提出了按叶片最佳负荷规律与叶道内附面层不分离准则为约束条件的优化设计方法;研究了叶片中面形状按_A(s)=const与_A(s)=As+B两种扭曲规律变化的三元翼型,分别进行了正反问题的设计计算;给出了程序框图与计算结果.本文还对研制成的三元等厚度翼型叶轮的离心风机作了综合性能试验,试验结果表明,在流量系数为0.193、压力系数为0.55时,风机的全压效率达到了92.6%.     

土体渗流-切向水流相互作用机理分析

在切向水流-土体渗流相互作用试验基础上,结合Fluent软件数值模拟,对比验证和分析了切向水流-土体渗流相互作用规律和内在机理.结果表明,数值模拟与试验结果吻合良好,切向水流对土体渗流的影响明显;切向水流条件不变时,渗流通道出口的压力场与流态随着渗流速度的变化而改变,且渗流速度越大,土体透水系数越大.