不同雷诺数下圆柱结构涡激振动的数值模拟

圆柱结构在单相流作用下的振动响应特性研究对于圆柱管流致振动的控制有重要的工程意义.本文基于SST k-ω湍流模型对直圆柱管和弯圆柱管进行数值模拟分析,并以0.46～2.5 m/s的水流流速,对质量比为3.94的直圆柱管和弯圆柱管结构开展研究,测试2种圆柱管结构在不同来流速度下的横流向、顺流向振动响应,对比2种圆柱管结构...     

单相流作用下圆柱结构振动响应特性研究

圆柱结构在单相流作用下的振动响应特性对于管道流致振动的分析与控制有重要的工程实践意义.以质量比为3.94的直圆柱管和弯圆柱管结构为研究对象,在水流流速为0.45～2.5 m/s范围内测试两种圆柱管结构在不同来流速度下的横流向、顺流向振动响应,分析两种圆柱管结构在单相流作用下的振动特性异同.研究表明,在湍流抖振阶段,直圆柱管与弯圆柱管振动幅值差异较小;在漩涡脱落阶段,两种圆柱管结构的横流向振幅出现"初始分支"且漩涡脱落对直圆柱管的作用更加明显.当雷诺数为7500～42 000时,直圆柱管和弯圆柱管结构的漩涡脱落频率均随流速增大而增大,且在相同流速条件下直圆柱管漩涡脱落频率较低;直圆柱管和弯圆柱管在横流向未出现"锁频现象",而顺流向的振动频率"锁定"在固有频率附近,且直圆柱管出现该现象的流速范围较小.     

弹性连续介质中有限长环向加肋圆柱壳的振动特性分析

基于Flugge薄壳理论,利用环向加肋圆柱壳中力与壳体中面位移关系,运用波传播理论考虑有限长圆柱壳两端边界条件,得到环向加肋圆柱壳结构的运动控制方程。再基于Navier-Stokes波动理论建立圆柱壳周围无限弹性连续介质的运动方程,在此基础上,通过接触面连续条件与Flugge薄壳理论基本条件,建立基于弹性介质与环向加肋圆柱壳结构耦合作用下的圆柱壳振动控制方程,从而得到弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的自振特性参数。通过真空中普通圆柱壳、弹性介质中普通圆柱壳、真空中环向加肋圆柱壳以及弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的振动特性分析,同时结合三维有限元仿真分析,验证了本文理论方法的正确性,研究成果可为地下管道等相关结构的抗震设计及无损检测提供理论指导。     

横流中单喷嘴雾化形态与两相掺混特性研究

搭建了冷态横流-喷雾掺混实验台,采用粒子图像速度仪测量了方腔通道内离心喷雾在横流中的雾化形态和气液两相相互作用下的掺混过程,获得了沿掺混流场不同横截面的液滴分布图像和流场结构特性.对不同喷嘴压力、不同雾化粒径在不同横流速度下的掺混过程和流场结构进行了系统的研究,分析了对称旋涡对结构形成的因为、结构特点及影响参数,得到了单喷嘴布置下横流-喷雾系统的掺混规律.结果表明,液气动量比是影响掺混的重要因素,选择合适的液气动量比能取得较好的掺混效果.实验结果为揭示水冲压发动机掺混室内的掺混过程提供了参考,也为工程中类似过程的掺混结构设计提供了依据,同时为进一步研究高温高压下实际发动机掺混室内部的掺混过程奠定了基础.     

弹性连续介质中有限长环向加肋圆柱壳的振动特性

基于Flugge薄壳理论,利用环向加肋圆柱壳中力与壳体中面位移关系,运用波传播理论考虑有限长圆柱壳两端边界条件,得到环向加肋圆柱壳结构的运动控制方程;再基于Navier-Stokes波动理论建立圆柱壳周围无限弹性连续介质的运动方程。在此基础上,通过接触面连续条件与Flugge薄壳理论基本条件,建立基于弹性介质与环向加肋圆柱壳结构耦合作用下的圆柱壳振动控制方程,从而得到弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的自振特性参数。通过真空中普通圆柱壳、弹性介质中普通圆柱壳、真空中环向加肋圆柱壳以及弹性介质中环向加肋圆柱壳结构的振动特性分析,同时结合三维有限元仿真分析,验证了本文理论方法的正确性,研究成果可为地下管道等相关结构的抗震设计及无损检测提供理论指导。     

横流风机结构参数对噪声和性能影响规律的试验研究

本文利用频谱分析和优化技术,对横流风机的噪声源作了理论分析,并对结构参数与噪声及性能的影响规律进行了试验研究,获得了一种低噪声、高性能的横流风机模型。     

爆炸荷载作用下土埋圆柱壳动力屈曲分析

为研究爆炸动载作用下土中圆柱壳结构的动力稳定特性, 依据爆炸动载作用下土埋圆柱壳的受力特征,建立了考虑土与圆柱壳相互作用的土弹簧-柱壳计算模型,应用非线性有限元方法进行了数值计算。在圆柱壳结构动力屈曲过程数值分析的基础上,运用B-R屈曲准则判定土埋圆柱壳在爆炸动载作用下的屈曲临界荷载,并重点讨论了土层变形性质对圆柱壳屈曲荷载的影响,得到了土中圆柱壳屈曲荷载和土体弹性常数K的定量关系。结果表明,屈曲荷载随土体弹性常数的增大而非线性增大。     

低雷诺数下不等直径串联圆柱绕流数值模拟

针对海洋工程与各类大型工程项目中广泛存在的多柱体绕流问题,以不等直径串联的双/三圆柱为研究对象,运用流体力学有限差分法对不同间距比的柱群结构进行数值仿真计算,主要分析了各圆柱的升阻力系数和尾流特性。分析结果表明,在双圆柱系统中,各圆柱的升阻力系数变化趋势相同,且处于上游的圆柱升阻力系数总是高于下游的圆柱;在三圆柱系统中,随着间距比的变化,圆柱尾流场出现了不同的流态,且主圆柱对下游圆柱的升阻力系数具有引导作用。     

多种激励条件下复杂圆柱结构的中频声辐射预测及验证

利用混合有限元-统计能量分析法,研究不同激励条件下复杂圆柱结构的声辐射特性.构建了一种空中及水下航行器的典型结构——复杂圆柱结构.在半消声室中测量了圆柱结构腔内声压级水平.结果表明:在不同激励条件下,该方法预测的复杂圆柱结构在中频段的声压值与实验测量结果比较吻合,能够较准确反应各个频率段及拐点处的声辐射情况.预测误差随激励的类型及频率的改变存在一定差异,其中声-力混合激励下预测误差最小.随着频率的增加预测精度越来越高.     

含局部预应力的圆柱壳结构声辐射特性分析

以圆柱壳结构-声辐射特性为研究对象,分析了局部预应力对结构动力学特性的影响.基于Flügge圆柱壳薄壳理论,建立了含局部预应力的圆柱壳结构应力-应变方程,应用变分原理推导了含局部预应力的圆柱壳结构动力响应方程.结合结构有限元和声边界元法,对圆柱壳结构的声辐射问题进行数值分析,对比了预应力对声辐射功率和声指向性的影响.结果表明,由于局部预应力的存在,使得结构的局部和总体刚度都发生变化,并引起结构声振特性的变化.     

煤层气/砂岩气混合气藏合采产能预测及排采优化

为了解决煤层气砂岩气共采时层间干扰问题,达到准确预测煤层气砂岩气混合气藏产能的目的,基于煤岩双孔单渗模型和砂岩单孔单渗模型,以及煤岩与砂岩层间窜流模型,构建了考虑层间窜流条件下煤层气与砂岩气合采的数值模型,并对影响合采产能和层间窜流强度的因素进行了敏感性分析,最后提出了变井底压力梯度排采方案。研究结果表明:煤层初始孔隙压力的变化主要引起开发早期层间窜流的变化,而砂岩层原始孔氏压力的变化对层间窜流影响很小。当仅在井筒附近存在层间窜流时,层间窜流阻碍低压层流体的产出。当仅在远离井筒处存在层间窜流时,层间窜流会有助于合采效果。井底流压下降幅度与梯度变化对煤层气/砂岩气合采井的排采曲线的影响很大。     

钢骨-钢管高强混凝土柱抗火性能试验研究

钢骨-钢管高强混凝土柱是一种组合柱设计的新模式,通过钢骨-钢管高强混凝土柱与普通钢管高强混凝土柱的对比轴向负荷和抗火试验,研究了钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火性能.试验结果表明,在相同的荷载水平下,两种组合柱的轴向变形均呈现三阶段变化规律:初始膨胀变形阶段、材料损伤导致的压缩变形稳定发展阶段和压缩变形急剧增长的破坏阶段;钢骨-钢管高强混凝土柱的压缩变形稳定发展阶段较普通钢管高强混凝土柱长很多,从而使钢骨-钢管高强混凝土柱的耐火极限达到166 min,而钢管高强混凝土柱仅为46 min,由此可见在钢管高强混凝土柱中加入型钢可显著提高柱子的耐火性能.研究成果可为有关钢骨-钢管高强混凝土柱工程抗火设计提供参考.     

双钢骨混凝土柱轴心荷载下的承载力研究

针对钢管混凝土核心柱在应用中存在内外不能很好地共同工作的问题提出了一种新的双钢骨混凝土组合柱。通过计算分析得出了双钢骨混凝土柱的计算公式。     

流体诱导振动强化传热的试验研究

通过对一种新型传热元件——弹性管束的传热试验研究发现：诱导振动加强了传热管周围的流体的扰动而达到强化传热的目的．当来流Ｒｅ＜４００时,管外对流换热系数较固定单管提高３倍以上．在换热器的不同高度上的弹性管束,换热能力随诱振方式不同而存在差异．     

钢筋混凝土圆柱中圆形螺旋箍筋的受力机理

密配圆形螺旋箍筋的钢筋混凝土圆柱在外荷载作用下表示了良好的力学性能。本文研究了外荷载作用下圆柱构件中圆形螺旋箍筋的受力机理，得出了圆形螺旋箍筋和受压区混凝土间存在着良好的粘结性能，圆形螺旋箍筋不仅发挥对受压区混凝土横向约束作用，而且也发挥了抵抗外剪力的作用，这两种作用相互独立、互不影响等结论。     

倾斜射流在井底产生的漫流分布特性研究

应用流体力学基本原理,建立了源-汇叠加的物理模型,用以描述倾斜射流在井底产生的漫流流动,推导出了漫流速度分布的数学模式,并进行了实验验证.从实验中得出了倾斜射流在井底产生的漫流速度分布规律,实验结果与理论分析相吻合,证明了倾斜射流的漫流速度包络线基本上呈椭圆状.倾斜射流不仅会使冲击方向上的漫流速度增大,还会使其厚度增加,因此大大增加了对岩屑的推动力和与钻头切削齿的对流换热能力,强化了该方向上对钻头的清洗和冷却.     

氯仿萃取咖啡因过程研究

工业过程回收母液中的咖啡因采用氯仿２级错流萃取，接触设备为静态混合器，主要缺点为氯仿损失大，收率只有９０％左右。通过研究影响萃取过程的工艺参数对此进行了改进。在振动筛板柱中３级逆流萃取可使流比和氯仿蒸发能耗降低为原来的２５％，收率提高到９９％而且操作稳定。在中间试验的基础上运用Ｋａｒｒ公式成功地进行了放大。萃残液中溶解和夹带的氯仿通过磺化煤油萃取和分馏系统可回收９０％以上。     

不同轴压比装配式RC圆柱抗震性能分析

为研究轴压比对装配式全灌浆套筒连接高强混凝土圆柱抗震性能的影响,采用有限元软件ABAQUS建立装配式钢筋混凝土(RC)圆柱的数值分析模型,并进行验证.在试验参数的基础上,扩大数值模型轴压比的取值范围,研究轴压比对装配式RC圆柱的承载能力、刚度退化及延性性能等抗震性能指标的影响规律.结果表明:模拟得到的破坏形态、骨架曲线与试验结果基本吻合,且精度较高;当轴压比由0.20增至0.90时,试件的屈服荷载、峰值荷载均随轴压比增大而增大,延性性能反而降低,试件的极限位移由67.50 mm减少至31.76 mm,降低约53%;当轴压比大于0.90时,试件的承载能力、延性性能均随轴压比的增加而降低.因此,轴压比对装配式RC圆柱抗震性能的影响较大,在较高轴压比下,装配式RC圆柱仍具有较好的抗震性能.     

Ma数对后掠机翼流动非线性失稳的影响

横流非线性失稳是导致后掠机翼流动湍流转捩的主要因素,而目前大部分的研究都集中在不可压缩流动.首先,本文采用非线性抛物化扰动理论分析了来流Ma=0.1,0.7,1.5,2.0条件下,后掠机翼流动的非线性失稳过程.计算结果表明来流Ma数激励了横流涡的发展,增加了饱和横流涡的流向涡量,并且来流Ma数增加,使得饱和横流涡趋近壁面.其次,通过对饱和横流涡二次失稳的分析,本文计算结果表明来流Ma数增强了饱和横流涡的二次失稳,并且在亚声速来流条件下,二次失稳"z"模态占优,而在超音速来流条件下,二次失稳"y","z"模态同时占优.     

横流式冷却塔的热力分析

横流式冷却塔的设计和计算一般是基于Merkel在1925年提出的焓差法,它不但取路易思数等于1,而且忽略了水份蒸发引起水量减少以及进口相对湿度的影响.本文以空气的含湿量差为驱动力,考虑以上因素的影响,推导出它的微分方程组,编制程序进行计算,求得了横流塔的精确解.同时按焓差法编制程序求得横流塔的近似解,并和精确解进行了比较.计算表明焓差法的近似解求得的冷却塔填料容积偏低,偏差一般为10～20%,个别达30%,这在设计横流塔时应认真注意.本文还分析了一系列因素对横流式冷却塔热力性能的影响.其中有:进塔空气的干湿球温度,水温差,冷却幅高,大气压力以及容积散质系数对冷却数和填料体积的影响.还分析了不同地区气侯参数的影响.所得结论对横流塔的设计计算有参考价值.