空气锤钎头流热耦合的三维数值模拟

以设计的121/4″空气锤钎(钻)头为研究对象,在求解气体钻井井底动力学参数的基础上,充分考虑了空气锤钎头的排屑槽和硬质合金齿对井底流场的影响,建立了真实的空气锤钎头井底流场的数学模型,并采用流体力学软件(CFD)对其3000m井底流场的速度场、压力场和温度场进行数值模拟研究.结果表明:空气锤钎头井底流场速度、压力和温度分布合理,流场对硬质合金齿具有良好的清洗和冷却作用.数值模拟的结果与气体钻井经验公式计算值比较符合.     

三维固流耦合相似模拟理论与方法

从固流耦合的理论出发,通过建立的三维固流耦合数学模型,运用相似理论推导了三维固流耦合作用下的相似模拟准则。并通过大量相似材料配制试件的力学与渗透特性的实验,主要是其强度、渗透性、隔水性等,得出了几种典型的隔水层与含水层的相似材料配比,为今后真实再现工程实际中的固流耦合问题的研究提供模拟的理论依据及材料配比,同时介绍了作者单位研制的大型三维固流耦合相似模拟实验设备及其测试系统。     

TVD格式在三维非对称流数值模拟中的应用

数值格式为有限体积的隐式ＴＶＤ格式，具有高分辨率、快速稳定收敛、适用于复杂型面流场的特点。该文对典型的锥形喷管和抛物线扩张段喷管内的三维流场进行了数值模拟，得出喷管内物理参数的分布和倾斜入流对喷管侧向力及其力矩影响的变化曲线，计算结果和实验数据吻合良好。该方法可以推广到任意曲面型面喷管内流场的数值计算。为进一步进行曲面型微推偏喷管的设计奠定基础。     

灯泡贯流式水轮机轮缘间隙流动的数值模拟

通过对灯泡贯流式水轮机在不同工况、不同轮缘间隙的泄漏流动进行数值模拟,得到了不同协联工况下轮缘间隙泄漏流动和叶片表面的压力及流线的分布规律。分析了不同轮缘间隙值下的泄漏流动对主流和水轮机效率的影响,从而为灯泡贯流式水轮机的水力设计和轮缘间隙的合理确定提供了理论依据。     

垂直轴水轮机单向流固耦合数值研究

针对垂直轴水轮机流固耦合问题,采用均布力法和插值法相结合的单向流固耦合方法,在不同速比的工况下,分析叶片应力、水轮机整体应力、位移以及应变的变化规律,得出垂直轴水轮机在旋转过程中最危险工作方位角及其随速比变化的规律.结果表明:在一定速比下,当水轮机转到某一方位角时,叶轮受合力最大,此方位角为最危险工况;最危险方位角随着速比增大而增大,并逐渐接近叶片弦线与来流速度方向垂直的位置即90°;基于均布力法和插值法对水轮机叶片进行单向流固耦合分析,可以得到相同变化规律,在数值上均布力法更趋于保守.     

天然气管网的瞬变流数值模拟研究

研究了天然气管网中的瞬变流动,介绍了采用特征线法求解天然气管网瞬变流的方法,讨论了该方法的物理意义及其计算公式.采用该方法对工程实例进行了模拟与分析.结果表明,特征线法能满足不同瞬变条件下的精度与计算速度要求,对天然气管网的可靠性评价和优化管理提供了理论依据.     

贯流式水轮机的流道试验研究

为了经济合理地开发平原地区和海湾潮汐的动力资源、贯流式水轮机是最适合采用的一种机型,在上述地区采用贯流式水轮机有以下几方面优点: 1.贯流式水轮机的流道通畅弯道少,水力损失小与立式机组相比,其过流能力大,效率高,因此在直径相同的条件下、贯流式水轮机的单机出力比立式机组大20％—30％。     

贯流式水轮机桨叶涡动力学优化设计

为了优化贯流式水轮机桨叶的叶型,引入边界涡量动力学理论。对初始设计的导叶和桨叶叶型进行全流道三维湍流模拟,分析了桨叶表面上边界涡量流分布状态,找到了局部流动不良的部位。通过调整设计中给定的速度矩分布规律,对桨叶叶型进行优化。叶型改进后,桨叶轮毂附近和进口边附近边界涡量流分布明显改善,转轮效率提高。计算表明:桨叶表面上边界涡量流分布状态更有效地反映了转轮的流动性能,能够为叶型优化提供可靠的依据。     

高温岩体地热开发的固流热耦合三维数值模拟

针对高温岩体地热开发的工程和物理特征与国际界的相关研究现状，提出了三维裂隙网络的块裂介质固流热耦合数学模型，进而采用三维有限单元方法，进行了高温岩体地热开发过程的数值模拟计算，获得了高温岩体应力、温度及裂缝宽度的变化规律。     

气液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状 ,阐述了气液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法 ,并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题 ,预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

基于流场计算的贯流式水轮机叶片修型

针对某电站轴伸贯流定桨式水轮发电机组运行过程中出力远达不到额定值并伴随有振动和噪声的问题,采用CFD数值模拟方法,对水轮机过流通道进行流场的数值模拟计算.发现该电站原来所选用的水力模型及水轮机制造中均存在着一定缺陷或不足.依据数值模拟与分析的结果对转轮实施技术改造,即对其叶片由翼展中部至轮缘处的翼型分别进行延长,考虑强度的需要,使翼型沿翼展方向的变化遵循三阶贝塞尔曲线的规律进行修型;且增大叶片安放角.修型后的转轮经模拟计算结果表明,其效率较原水力模型有较大提高,其中最高效率提高2.5%,额定点的效率提高2%;改造后的转轮经试运行实践证明,消除了机组运行中的振动,减小了噪声;在水能参数达不到额定值(水头低20%)的情况下,发电机的最大输出功率已达到额定容量的88%;据此估算,在额定水能参数下,该水轮机出力不仅完全能达到额定出力的要求,而且还具有一定的超发能力.     

底吹氩钢包内三维流场的数值模拟

利用商业Phoenics软件对某钢厂230 t 钢包底吹氩精炼钢包内钢液的流场进行数值模拟计算,并从流场分布和湍动能分布等角度分析了不同喷嘴布置和不同吹气量对钢包内钢液混匀效果的影响.结果表明,底吹氩钢包内透气元件采用0.6R-β布置可避免钢液对包壁所造成的严重冲刷,且有利于减少钢包内钢液的混匀时间,从而获得较为理想的搅拌效果.     

基于LBM的贯流式水轮机甩负荷特性研究

基于格子Boltzmann方法(LBM),采用壁面自适应局部涡黏模型,对原型贯流式水轮机甩额定负荷的瞬态过程进行了大涡模拟,获得了在活动导叶两段关闭方式下水轮机甩负荷过程中转轮转速、水力矩、轴向力等工作参数的变化规律,探讨了贯流式水轮机在甩负荷过程中导叶和转轮前后的水压变化.计算得到甩负荷过程中转轮最大转速上升率为36.7%,满足电站甩负荷调节的要求.较慢的导叶关闭速率可以降低水压力波动的幅度.对甩负荷过程中水轮机各过流部件内的瞬态流场进行了分析,结果表明:在水轮机甩负荷过程中,水流冲角的变化使得叶片表面产生低压区从而引起空化空蚀,在转轮和尾水管内部存在湍流涡及复杂的二次流动,影响系统的运行稳定性.     

大型贯流泵站机组启动过渡过程仿真计算

基于刚性水锤理论,分析贯流泵站的泵装置水力特性、泵机组动力学特性.运用最小二乘曲面拟合方法仿真模拟r水泵特性曲线,并将水泵瞬态扬程分解为稳态扬程和惯性水头扬程,相应的水阻力力矩、推力轴承摩擦力矩也分解为稳态力矩和惯性水头引起的附加力矩,建立贯流泵站启动过渡过程计算的有限差分非线性方程组.采用牛顿-莱福森(Newton-Raphson)迭代法对方程组进行求解.利用该数学模型对实际工程中的某大型贯流泵机组启动过渡过程进行了仿真计算.     

容器中自由液面波动的三维数值模拟

跟踪自由表面的流体体积函数法（ＶＯＦ方法）建立在部分流体体积基础上，是解决具有表面张力的液面波动问题的一种有效方法，该方法可利用部分单元体处理曲边界和内部障碍物。本文介绍了ＶＯＦ数值计算方法的基本原理，并用ＶＯＦ方法编制了程序，模拟计算了容器中具有自由表面的三维、非定常液面波动问题，得到了典型流动模型的计算结果，结果与物理分析相吻合，证明ＶＯＦ方法是解决具有表面张力的自由液面波动问题的一种有效方法，可为工程设计提供理论依据。     

透平叶栅大攻角流动特性的三维数值模拟

应用新型 L U隐式格式和改良型高阶 MU SCLTVD格式 ,通过求解全三维可压缩 Reynolds平均的Navier- Stokes方程和 q-ω低 Re双方程湍流模型 ,对一种透平叶栅在 - 6 0°到 35°攻角范围内的流动进行了计算。对不同攻角下叶栅内的三维流动结构进行了细致的分析。计算表明 ,该方法不仅可以准确地捕捉叶轮机械内部流动中出现的激波与边界层、激波与尾迹相互干扰等流动现象 ,而且也适用精确模拟不同工况下 ,特别是大攻角工况下带有分离流和强二次流情况下叶轮机械内部更加复杂的流动。     

向心透平无叶导向器内三维可压缩流动的模拟

利用FLUENT软件对向心透平整机(从无叶导向器进口到向心透平叶轮出口)进行三维可压缩流动计算和模拟,并将计算结果与一元设计方法进行比较分析,以检验一维假设的合理性和一元计算的可靠性．     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

基于实测风谱的润扬悬索桥桥址区三维脉动风场模拟

针对大跨度悬索桥的结构形式和振动模态特点,结合自然风的相关特性,给出了一种简化的三维脉动风场模拟方法,将实际面状的三维脉动风场简化为多个线状的一维脉动风场.基于谐波合成法,并运用FFT技术,进行了润扬悬索桥桥址区三维脉动风场的模拟.为了真实反映桥址区强风特性,模拟目标功率谱采用由该桥结构健康监测系统实测台风数据运用非线性最小二乘法拟合而得的拟合谱.结果表明,该风场模拟方法计算效率较高,主梁与主塔结构脉动风场的模拟值均与目标值吻合较好,验证了该风谱模拟方法的有效性和可靠性.