山区库岸滑坡涌浪的物理模型与数值模型试验研究

山区库区高边坡由于其复杂和极其不稳定的地质条件,在外界不利因素影响下其地质体容易失稳并快速滑入水库形成对库区沿岸及下游大坝具有严重危害的滑坡涌浪.本文在某一山区库区物理模型的基础上建立三维滑坡涌浪数值模型,分析和研究滑坡涌浪形成与传播过程以及滑坡涌浪与下游重力坝的相互作用机理,同时通过水工物理模型试验来验证数值模拟的精度和可行性,为后续进行复杂山区库区滑坡涌浪数值模拟相关研究工作提供经验.结果表明：在与物理模型相同工况、设计条件下,数值模拟方法分析所得结果均与物理模型试验的实验结果基本一致,表明了该数值模拟方法可以较好地研究山区水库涌浪形成和传播的过程以及大坝和涌浪的相互作用;在涌浪传播形成和传播过程中发现对岸爬高要比侧岸爬高的数值要大,波浪爬高并不因为滑坡体入水角度的增大而增大,而是有个最大危险角度;涌浪在经过第一个弯道之后,高度会有一个增高的趋势,当涌浪传播至第二个弯道时,转折点前后的涌浪高度的变化不大;3号监测点的水压力在60°工况条件下最大;滑坡涌浪在传播至水库坝前时,涌浪高度变化呈波浪状;波峰时的涌浪所形成的坝前水压力最大.     

寒地特等火车站候车室形体尺寸能耗模拟

目的以低能耗建筑设计为目的,对寒地特等火车站候车室形体尺寸及能耗状况展开模拟研究,以实现降低建筑能耗的可持续目标.方法基于数字技术同建筑设计的协同,利用基于Rhino非线性建模平台的Grasshopper参数化设计模组建立试验模型,并利用Grasshopper的插件Honeybee调用EnergyPlus能耗分析软件,通过模拟试验对影响候车室能耗的平面尺寸、长宽比、高度等形体尺寸因素的作用机制展开研究.结果不同影响因素对候车室单位空间能耗影响作用不同;高度对能耗的影响幅度最大,在设计过程中应首先考虑;当候车室平面面积相同,平面长宽比为3∶2时,单位能耗最低;当候车室平面长宽比相同,平面面积为6 000 m2时,单位能耗最低;当候车室平面面积相同,平面长宽比越大,能耗受建筑高度的影响越大.结论通过模拟试验得出了各影响因素同单位建筑能耗间的多元线性回归方程式,可以帮助建筑师们在设计初期计算建筑能耗,从而指导火车站候车室的建筑节能设计.     

户内散热器室自然通风数值分析

利用计算流体动力学建立散热器室通风系统模型,采用标准k-ε湍流模型对散热器室的自然通风系统进行数值模拟研究,获得散热器不同截面的最高温度分布。将散热器不同截面处最高温度作为衡量散热效果的标准,研究不同导流罩类型、安装高度和出口面积对散热器室散热的影响规律。研究结果表明:散热器上方安装凹型导流罩可有效提高散热效果;导流罩安装高度H=2.9 m,出口面积比σ=0.49时,散热效果最好;通过比较导流罩类型、安装高度和出口面积对散热效果的差异,得到导流罩类型影响最大,安装高度次之,出口面积影响最小。     

调压室涌浪分析的随机模型

在分析调压室涌浪发生条件和各种影响因素的随机性的基础上，选择典型调压室水力系统，建立了涌浪分析的随机数学模型，并采用广泛适用的数值模拟方法Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ法，计算分析了调压室最高涌浪的统计特征及概率分布，以适应目前正在推行的结构可靠度设计方法。     

起动孔对涡流室柴油机影响的数值模拟研究

应用数值模拟方法，对吊钟型涡流室柴油机的起动扎进行研究，分析对比了起动工况下有、无起动扎对涡流室内流场及燃油喷雾过程的影响．起动扎的开设，对整个涡流室内的主涡流形态影响不大，而对燃油喷雾过程则起促进作用，从而改善了涡流室柴油 机的冷起动性能．     

考虑河床泥沙淤积的滑坡涌浪数值模拟

采用RNG k-ε紊流模型与VOF方法对散粒体滑坡涌浪进行数值模拟。通过与已有试验结果对比分析,发现数值模拟得到的滑坡体水下初始堆积形态、首浪高度与试验结果吻合度较好。目前针对河床泥沙淤积下的滑坡涌浪研究较少,基于此,本文建立了不同淤泥厚度及颗粒直径下滑坡涌浪的三维数值模型,分析了滑坡入水后涌浪高度、水位空间分布及泥沙流态变化。结果表明：初始涌浪高度随淤泥厚度增加先减小后增大,随颗粒直径增大而增大。     

二级轻气炮发射过程数学模型和计算方法

建立起模拟二级轻气炮发射过程的数值方法.运用经典内弹道学理论描述药室内火药燃烧状况和活塞运动过程,可压缩流体一维变截面非定常无粘流动数学模型描述轻气室内气体流动状态和弹丸运动过程,并通过活塞运动状态将两者耦合到一起,建立起二级轻气炮发射过程的数学模型.运用经典Runge-Kutta方法求解药室方程,二阶MacCormack格式和Harten二阶TVD格式求解轻气室方程,通过两部分计算的交替进行,实现了二级轻气炮发射过程的数值模拟.分析不同差分格式对计算结果的影响,MacCormack格式具有较高的整体计算精度,而TVD格式可以更好地捕捉流场中的激波.     

瓦斯爆炸对躲避硐室影响的数值模拟

为研究瓦斯爆炸对矿井躲避硐室的影响,在封闭及开口管路中分别进行了瓦斯爆炸过程的数值模拟,运用ICEM软件建立了躲避硐室的物理模型,使用FLUENT软件对不同边界条件下的瓦斯爆炸压力、温度变化进行数值模拟,运用Origin软件对瓦斯爆炸过程中的压力、温度变化进行曲线拟合.结果表明:封闭条件下,躲避硐室中承受的最大爆炸压力和最高温度分别为0.61 MPa以及2 269 K;开口条件下,躲避硐室中承受的爆炸超压及最高温度分别降至12.39 k Pa和1 773 K.综合爆炸超压及爆炸引起的高温影响,躲避硐室应该尽可能地远离独头巷道.     

滑坡涌浪的三维SPH方法模拟及其工程应用

滑坡涌浪是一种严重的次生地质灾害.滑坡体与水体的强耦合作用以及非线性水波演化是其核心特点.本文基于Navier-Stokes方程和光滑粒子动力学(SPH)离散方法,建立了能反映上述特点的滑坡涌浪产生过程的数值模型,并将其应用于复现小湾荒田滑坡涌浪事件,模拟了其三维涌浪产生的全过程,得到了符合实际观测结果的首浪参数.通过对涌浪近场特征的分析表明,常见的V形河谷中,涌浪首浪的形成受地形影响显著,可传播的涌浪波幅远小于冲击产生的首浪,传统的二维或半无限空间三维模型可能明显高估远场的涌浪高度.     

椭球粒子受光诱导介电泳的数值模型

基于分子动力学提出了一种光诱导介电泳控制椭球粒子运动的数值模型.研究了光电芯片中椭球粒子承受的光诱导介电泳和斯托克斯阻力,采用Runge-Kutta方法计算不同长宽比粒子的自转速度.采用COM SOL有限元计算电场,借助Velocity-Verlet算法模拟了粒子受介电泳的运动轨迹.仿真结果表明,粒子长宽比越大,转速越快;在28,30μm位置处的椭球粒子,受正介电泳力向光斑运动,且沿着电场强度梯度方向行进,最高速度可达到312μm/s.以上仿真的转动速度和运动轨迹都与实验保持了较好的一致性.     

狭长型地铁基坑的空间效应定量化研究

为定量化分析狭长型地铁基坑的空间效应对支护结构变形的影响,在验证基坑数值模型有效的基础上,通过有限元数值模拟方法研究了不同长宽比和深宽比基坑开挖后支护结构的变形.结果 表明:随着基坑长宽比的增大,长边支护结构的最大水平位移变化显著,且明显大于短边的最大水平位移,浅坑的(H/B ＜1,H为挖深、B为基坑宽度)长短边最大水平位移比达到8,深坑(H/B＞1)的位移比在3左右;基坑长宽比为1＜L/B ＜3(L为基坑长度)时,基坑长边的水平位移受空间效应影响变大;工程设计中,长宽比为3左右的浅坑和长宽比为2左右的深坑适合采用二维剖面设计方法.     

悬索桥吊索断裂动力响应分析的有限元模拟方法研究

为精确模拟吊索断裂动力过程,基于拆除构件法,对模拟悬索桥断索动力过程的数值方法展开研究.以某自锚式悬索桥为工程背景,详述了三种悬索桥吊索断裂动力过程模拟方法(瞬时刚度退化法、瞬时加载法、等效卸载法)的机理和特点,并对影响结构断索动力响应的因素展开分析.研究表明:采用瞬时刚度退化法模拟悬索桥吊索断裂动力过程简单有效;悬索桥断索后结构的动力响应与限元分析模型中是否包含失效吊索单元、断索持续时间、断索过程中吊索拉力损失变化关系以及断索工况等因素密切相关.     

射流泵喷嘴收缩角的取值

为了研究喷嘴收缩角对射流泵性能的影响,采用数值计算和试验研究相结合的方法,对浙江某公司生产的XDPm255A型射流泵进行了研究.根据Fluent的数值模拟结果,在射流泵不同面积比下,分析不同的喷嘴收缩角对射流泵内部流场以及外特性的影响.通过数据拟合,进一步得到面积比在2.01~5.06时射流泵喷嘴收缩角在高效区取值的拟合趋势线,并对其进行试验验证.结果表明:当射流泵的面积比一定时,对应不同的喷嘴收缩角均存在1个最优流量比,其可使射流泵的效率达到最高;当面积比增大时,最优流量比也随之增大;射流泵高效区喷嘴收缩角取值拟合趋势线是可靠的.     

V型河道下滑坡涌浪的传播与爬高

为了研究V型河道中滑坡涌浪的传播形态及爬高特点,采用有限差分法,基于计算流体力学软件Flow-3D,建立数值模型对滑块沿斜坡下滑涌浪的产生和传播过程进行了模拟。并以千将坪滑坡为例,分析了大型滑坡体在V型河道下涌浪的产生、传播及爬高特征,在此基础上研究了不同爬坡坡度和水深对最大波高和最大爬高的影响。研究结果表明,模拟结果与实测资料基本一致;深V型河道中涌浪的爬高受两岸坡度影响突出,通用的爬高计算公式可能会明显低估涌浪爬坡坡度;最大涌浪高度随水深增加呈先增加后减小的变化趋势。     

非对称喷嘴喷雾模拟网格适用性研究

离散油滴模型(DDM)和拉格朗日油滴-欧拉气体(LDEF)算法的喷雾数值模拟对网格具有很强的依赖性.对某非对称三喷孔喷嘴的喷雾过程进行了网格参数适用性研究,分析了网格依赖性的来源,探讨了网格形式以及径向、轴向、周向网格尺寸变化对喷雾的影响,与实验数据对比了喷雾形态和贯穿距离,并研究了对索特直径的影响.分析了不同网格长宽比的影响.结果表明,非对称三喷孔喷嘴的喷雾数值仿真中,极坐标类型的网格具有更好的适用性.随着网格尺寸减小,贯穿距离和索特直径基本都呈现增大的趋势,但径向尺寸对贯穿距离的影响稍大于轴向尺寸.网格尺寸和长宽比存在一个最优值使得模拟的贯穿距离与实验值拟合得最好.     

引射器关键结构参数优化设计及验证

引射器的性能受几何尺寸影响,相关设计方法给出的结果差异较大,存在设计点偏离严重的问题.针对小膨胀比煤层气气井引射需要,利用基于气体动力学理论的索科洛夫经验公式对引射器进行初步设计,并通过CFD方法对其关键结构尺寸进行数值优化,得到关键结构参数如喷嘴间距、混合室直径、混合室长度及扩压室长度等对引射器性能的影响规律.对比分析理论设计和模拟优化得到的引射器几何尺寸,发现CFD方法优化后的引射器等熵效率较理论设计高出13%左右,并通过实验验证引射器在偏离设计工况时,等熵效率急剧降低,表明数值模拟设计的引射器效率最高,在工程上为偏离设计工况的引射器设计提供了参考.     

低矮建筑屋面风荷载体型系数的数值模拟

采用剪切应力输运(SST) k-ω模型,对门式刚架屋面风场和表面风压进行数值模拟分析.在不同高宽比、长宽比及不同坡度情况下,研究低矮双坡房屋的屋面风荷载体型系数的变化规律和分布特征.结果表明,低矮建筑的屋面分压分布与屋面的长宽比、高宽比及主导风向均有很大的关系;随着高宽比和长宽比的增大,屋面分区的风荷载体型系数的变化呈...     

井下避难硐室压风供氧分布规律研究

为实现避难硐室内良好生存环境,提高人员生存环境质量,并为今后避难硐室的设计提供指导性依据,基于数值模拟软件FLUENT仿真平台,以压风供氧方式下的避难硐室生存区为研究对象,对主要扰动源进行分析,建立两种压风供氧管路方案下的避难硐室三维模型.通过控制方程组、RNG k--ε湍流模型、有限容积离散方法和SIMPLE算法相结合的方式,实现避难硐室空气分布可视化.得出在压风供氧下,以九个布气孔弥散式均匀布气的管道布置及尺寸设计最优方案,以及硐室内氧气和二氧化碳体积分数的主要分布规律.通过现场载人试验验证了数值模拟的可靠性.     

壳程多通道管壳式换热器中并列分置管束长宽比与深度换热

为研究壳程多通道管壳式换热器中并列分置管束长宽比锐减对其内部速度场及深度换热性能的影响,抽取具有代表性的单元流路区域建立并列分置管束模型.对长宽比范围在1.85～9.23、传热管数目分别为10,20,30,40和50的5个并列分置管束模型应用FLUENT软件进行了数值模拟.研究结果表明:当管程与壳程轴流段平均速度均为10 m/s时,随长宽比锐减,并列分置管束换热性能下降且壳程阻力显著增加,壳程流体速度分布越来越不均匀.在典型工况下,长宽比大于4.62的并列分置管束中冷流体出口温度高于热流体出口温度,即可以实现深度换热,在长宽比小于3.08的并列分置管束模型中不能实现深度换热.这为壳程多通道管壳式换热器的结构设计提供参考依据.     

迷宫密封泄漏特性的试验研究

为了研究迷宫密封泄漏特性,设计并搭建了旋转密封试验台,测量了典型迷宫密封在8种压比、5种转速、固定密封间隙下的泄漏量和密封腔室压力.通过数值模拟结果的对比分析,找出了压比、转速对迷宫密封泄漏特性和腔室压力的影响规律.研究结果表明:搭建的旋转密封试验台在迷宫密封泄漏量和密封腔室压力的测量精度上是可靠的;相比于试验结果,数值计算获得的泄漏量和腔室压力的最大相对误差分别为3.25%、3.6%,表明试验与数值结果吻合良好,数值方法可以较准确地预测迷宫密封的泄漏量和腔室压力;相同转速下的流量系数随着压比的提高而增大,小压比下的流量系数增加迅速;相同压比下的转速对流量系数的影响很小,可以忽略;迷宫密封腔室压力系数沿流动方向逐渐减小,密封腔室结构对压力系数影响很大.