液滴冲击自由液面的SPH法数值模拟

液滴冲击液面是一个在自然界及工业生产中极其普遍的现象,同时又是一个极其复杂的强非线性瞬态冲击与自由表面流动问题．本文在二维黏性不可压缩N-S方程的基础上,采用光滑粒子流体动力学方法对液滴（水珠）以一定的初速度冲击盛水容器内液面问题进行了数值模拟研究．研究过程中通过搜索自由表面粒子,在表面粒子之间,考虑了表面张力的作用;运用人工黏性解决了初始冲击效应;同时引入边壁虚粒子和镜像虚粒子处理边界条件,很好地解决了粒子法的边界缺陷问题,并消除了容器角落处实粒子的不稳定现象．计算结果得到了粒子分布图、流场图,压强图及不同粒子位移和速度变化曲线,通过将模拟结果与实验照片进行比较说明了模拟的有效性,最后还定性比较了分别采用Level—Set法、BEM法及SPH法时的液面波动曲线变化情况．研究结果表明：液滴冲击液面时会出现液体飞溅、不连续液面以及自由液面大幅晃荡等强非线性现象;冲击过程中液体粒子运动呈现震荡特性;SPH法对处理自由表面大变形问题具有一定的优势．     

土石坝渗透破坏溃决机理及数值模拟

提出了一个能正确反映土石坝渗透破坏溃决机理,合理描述土石坝从渗透通道发展坝体坍塌和漫顶溃决全过程数值模拟方法.该方法通过分析土体颗粒在渗透通道中受力情况,出了渗透破坏发生时临界起动流速;分别建议了可合理反映筑坝材料颗粒级配、密度、强度、渗透通道倾角和坝坡、摩阻流速水流速度对冲量影响计算渗透通道扩展大坝漫顶溃决后溃口发展过程坝体冲公式.应用该方法对两座因渗透破坏溃决典型土石坝溃坝过程进行了反馈计算分析,计算出溃口发展规律、溃口流量过程与溃坝洪峰流量值与测结果接近,验证了其合理性.该方法可用于土石坝渗透破坏溃决致灾后果评估和溃坝防洪应预案制定.     

急倾斜煤层巷道围岩变形破坏机理及支护研究

急倾斜煤层巷道大多采用单一的支护体系,变形破坏极为严重.为了找出适合急倾斜煤层巷道的支护体系,对急倾斜巷道围岩变形破坏特征进行了深入的分析.以赵家坝煤矿3964运输平巷作为研究对象,借助岩石点荷载试验、围岩松动圈测试和数值模拟软件,对该巷道围岩力学性质、围岩松动范围、应力分布、变形情况分别进行研究,得出急倾斜煤层巷道围岩变形破坏机理,提出了锚网索钢带+注浆的支护体系.工程实践表明,该支护体系大大增强了急倾斜煤层巷道的稳定性,为急倾斜煤层巷道支护提供了科学依据以及实践经验.     

多时间步长结冰数值模拟方法研究

时间步长是影响飞机结冰数值模批精度的重要参数之一。本文通过求解雷诺时均N-S方程,湍流模型采用k-ε两方程模型,获得空气流场,求解水滴运动轨迹方程获得水滴撞击特性,基于Messinger热力学模型求解能量和质量守恒方程计算冰形。并采用扇形分区法,更新机翼前缘结冰区网格,保持网格拓扑结构不变,实现多时间步长结冰数值计算。比较了采用单时间步长法争多时间步长法对翼型表面结冰增长数值模拟的计算结果,并与冰风洞试验数据及LEWICE预测数据进行对比。在此基础上,计算分析了不同时间步长对部件表面的结冰冰形的影响。结果表明,只有采用多时间步长法进行飞机结冰数值模拟方是有效的,并且存在一个合适的时间步长,既满足计算精度要求,又能提高计算效率。     

顺煤层水力割缝抽采煤层瓦斯渗流规律数值模拟

为得到顺煤层水力割缝抽采瓦斯渗流规律以及预测水力割缝后瓦斯气体抽采量,结合渗流力学和弹塑性力学理论,建立了水力割缝抽采煤层瓦斯的固流耦合数学模型,同时给出了相应初始条件及边界条件。利用Madab计算得到顺煤层水力割缝后煤体应力场、瓦斯压力场以及瓦斯抽采量变化规律。数值模拟结果显示：水力割缝后,煤体有效体积应力得到释放;沿割缝方向储层卸压效果明显;煤层内裂隙、裂缝数量增加,长度和张开度增大;煤体渗透性能增强;煤层气抽采量较普通钻孔有较大幅度的提高。模拟结果显示了顺煤层水力割缝抽采煤层气的优势。此模拟方法对煤层气增产工业中确定水力割缝工艺参数以及预测瓦斯产量具有重要的指导意义。     

强冲击载荷下钢筋混凝土的本构关系、破坏机理与数值方法

钢筋混凝土不但在土木工程领域有着广泛的应用,而且其强动载荷下动态力学行为的研究在国家安全方面也具有十分重要的需求,其非均质、各向异性、多组分的特性亦给其动力学特性的研究带来诸多困难.本文针对强冲击载荷下钢筋混凝土的力学行为的研究进展进行了评述,具体包括:1)钢筋混凝土材料动态力学行为、破坏机理及动态本构模型;2)钢筋混凝土结构的侵彻及爆炸作用破坏机理;3)强冲击载荷下结构力学行为的数值模拟方法与软件.在此基础上,分析了针对强冲击载荷下钢筋混凝土的动态特性、侵彻机理和数值方法等方面的研究所存在的不足之处,并对需要进一步深入开展的研究工作进行了展望.     

阶梯溢流坝水流数值模拟及特性分析

针对Mixture模型,考察了Realizable k-ε模型,SSTk-ω模型,v2-f模型,LES模型等4种湍流模型对阶梯溢流坝水流数值模拟的适用性.通过对非掺气区域坝面平均流速、旋度大小、边界层厚度的计算,并与实验结果进行分析比较,结果表明：Realizable k-ε模型考虑了流体微团的旋转效应,提高了对较大曲率流动、旋流流动和涡旋运动的计算精度,对阶梯溢流坝有很好的适用性.以Realizable k-ε模型计算结果为基础,进一步分析了边界层内的速度分布、阶梯面压力分布等坝面水流特性.     

弹体高速冲击载荷下钢筋混凝土的破坏行为实验与细观数值模拟

钢筋混凝土在土木工程与国防领域具有广泛而重要的应用,且存在明显的尺寸效应,有必要进行大尺寸侵彻实验研究其在高速冲击下的动态响应.本文开展了1 00 mm大口径卵形弹高速侵彻钢筋混凝土靶的实验,并对靶体的破坏模式、侵彻深度和开坑直径进行了详细分析.由于钢筋的加入导致混凝土具有更为复杂的非均质性和各向异性,各组分的变形、破...     

风雪流灾害数值模拟研究进展

风雪流为空气挟带着雪粒子运行的非典型的气一固两相流。通过国内外学者六十多年的研究,在风雪流的运动特性、垂直分布规律以及输运规律、雪粒子的物理性质等方面取得了一系列研究成果,基础理论研究日趋成熟,提出了湍流扩散理论。在风雪流数值模拟方面,提出了FLOW-3D、CFD（Fluent）、IAP94、SNOWPACK等一些模型和软件。由于数值模拟工作开展较晚,建立的模型和开发的相关软件还不够完善。气一固两相流理论模拟没有考虑雪的物理性质随时问和环境的变化,模型总体比较简单,难以直接用来分析复杂地区风雪流灾害的规律。今后气-固两相流理论和多场耦合理论应该是风雪流研究的重难点,进一步开发适应复杂地区的、精度更高的专业软件,加强灾害评价方法的研究与应用。     

多分支水平井技术提高煤层透气性机理分析及数值模拟

本文研究了煤层瓦斯解吸-扩散-渗流的运移规律;分析了多分支水平井技术的增透机理：增大瓦斯解吸影响面积,沟通煤层裂隙并促进裂隙发育,降低瓦斯流动阻力。以山西晋城煤层气田为例,通过分支井产量模型研究分析得出分支数目和分支段长对产能的影响关系：分支井数目越大,抽采效果越好;分支井长度越长,抽采效果越好。     

油泥与煤混合滤饼燃烧过程的数值模拟与分析

为解决辽河油田油泥所带来的环保、污泥排放及治理问题,利用Fluent软件平台着重对油泥和煤制成的混合滤饼在循环流化床炉内燃烧过程的温度场和速度场进行计算模拟并分析。结果表明,混合滤饼在炉内燃烧情况良好,实现了油泥彻底的无害化和燃料化,而且结合CFB锅炉技术滤饼燃烧效率更高,为油田的油泥处理处置提供全新的途径。     

区域构造应力场对煤与瓦斯突出影响的数值模拟分析

依据地质动力区划方法,对鹤壁八矿进行Ⅰ～Ⅴ级活动断裂划分,确定了区域构造的特征。分析了煤层的顶板岩性和构造断裂特点,并在此基础上建立了构造应力计算模型。结合对矿区地应力测量和岩体应力状态分析,确定了岩体应力状态的分布规律。通过对结果的分析,认为区域构造应力场控制鹤壁八矿地应力的分布状态,从而决定煤与瓦斯突出呈区域性分布。确定了易发生煤与瓦斯突出的应力升高区的位置,为开采煤层时何时何地采取防突措施提供了科学依据。     

螺旋钻采煤机钻头载荷的模拟研究

为了研究螺旋钻采煤机钻头的力学特征和动力学行为,通过截齿受力分析,给出了单个截齿上各阻力的计算方法.在此基础上建立了钻头三向载荷的数学模型,利用编制的计算机程序,模拟得到了在不同煤岩、不同结构参数下钻头的载荷曲线.结果表明,钻头载荷存在明显的波动,且载荷大小随煤岩硬度的增加而增加,随钻头直径的加大而增大;在钻头直径一定情况下,钻头的锥角越大,钻头的载荷越大.研究结果对于合理选择螺旋钻采煤机、正确地确定钻头的结构参数、改善螺旋钻采煤机的性能、提高钻采效率有重要的意义和参考价值.     

基于FLOWMASTER软件的引气系统仿真分析

为准确模拟飞机导管引气系统在各工况下的运行状态,在研究飞机引气系统结构及流体网络算法原理的基础上,基于一维流体仿真技术建立了引气系统计算模型,根据实际工况对系统进行了稳态和瞬态分析。重点考察了系统中各主要元件的运行情况及节点的压力、温度等关键参数的变化规律。仿真结果表明,系统及各主要元件均满足设计与控制要求,可为我国民用客机导管系统的优化设计提供一定的理论参考。     

偏离设计工况时离心泵内部流场的数值模拟

通过高效数值模拟的方法分析通流部分的气动性能,对叶轮进行优化改进,扩容改造,从而提高效率,可靠性,安全性.主要采用FLUENT,在双参考坐标系下,利用有限体积法对雷诺时均Navier-Stokes方程进行数值离散,选用标准k-s湍流模型,SIM-PLEC方法求解,对原模型泵进行非设计工况下内部流场的叶轮和蜗壳的耦合数值模拟,主要是变转速和变流量调节.得出变转速调节下全流场的速度和压力分布均与原模型相似,但转速过低时则出现明显不同;变流量模拟时,无论是大流量还是小流量,在叶轮流道和蜗壳区均出现了较为严重的回流和漩涡区,并对这一现象进行了分析.最后对原模型蜗壳提出了一些改造意见,指出了偏心蜗壳在蜗舌处的回流情况较对称蜗壳好一些.     

基于FLUENT的煤粉燃烧器动力场的数值模拟

本文通过运用CFD商用软件FLUENT 6.2对锅炉煤粉燃烧器的空气动力场进行数值模拟,即对燃烧器内气相和颗粒相的轨迹及速度场进行模拟。采用k-ε方程和Lagrange运动方程进行计算,分析燃烧器内部空气动力场在不同条件下的变化,并对各个影响因素进行对比,以此来改善煤粉燃烧器性能。     

高压水旋转射流喷嘴的外部流场数值模拟

运用fluent软件对高压水旋转射流喷嘴的外部流场进行数值模拟。结果表明：高压水旋转射流不同于普通圆形射流,其能量不是集中在射流中心部位,而是集中在一定半径的圆环上,并具有明显的扩散现象。轴向速度从离开喷嘴后开始衰减,随着旋流强度的增加,衰减速度明显加快。模拟的结果为喷嘴参数的设计选取提供一定的理论依据,对实际工程具有一定的指导意义。     

基于FLUENT的人工气候室风洞试验的数值模拟

在分析飓风对输电网络影响的机制上,采用流体工程仿真软件FLUENT对某人工环境模拟实验室的风洞试验进行三维数值模拟,获得了小型人工气候室内的三维流场特性和风速参数,并分析考察了导流板和导风板对子试验区流场均匀性的影响.研究结果表明,合理增加导流板和导风板数量可提高风速均匀度以满足实验模拟要求.研究工作为人工环境模拟实验室的搭建和风洞试验流场均匀性的进一步改进提供一定的理论依据.