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关键词： 自适应网格   叶顶间隙泄漏涡   空化   计算流体力学(CFD)  

摘要： [目的]为研究叶顶间隙泄漏涡及其空化的形成机理与演变特性,建立一套适用于叶顶间隙泄漏涡空化问题的自适应网格策略。[方法]使用基于Q准则和空气体积分数2种参数的自适应网格细化法,分别针对漩涡和空化以不同的网格分辨率进行网格加密,结合雷诺时均(RANS)、大涡模拟(LES)和分离涡模拟(DES)等3种湍流模型,对NACA0009水翼的叶顶间隙泄漏涡空化流动进行了数值模拟,研究网格分辨率和湍流模型对计算结果的影响,分析叶顶间隙泄漏涡的演变特性与尾流场中涡量和湍动能等参数的演变规律。[结果]结果表明:自适应网格细化法可用较少的网格达到较高的计算精度,精密的网格和先进的湍流模型亦可显著提高模拟效果。[结论]空化的发生也会对尾流场产生显著影响。相关研究成果可为今后间隙涡空化的研究和分析提供一定参考。

关键词： 车-桥系统   风洞试验   数值模拟   气动特性   风屏障  

摘要： 列车运行速度不断提升,运营环境复杂多变,车-桥系统在强风环境下的安全性问题日益凸显。风屏障作为常见的防风措施,在保障列车运行稳定性和桥梁结构安全性方面发挥着重要作用。基于计算流体动力学方法,对32 m简支箱梁桥、CRH2型列车以及不同高度风屏障组成的耦合系统进行系统数值模拟,深入探究车辆、桥梁与风屏障之间的相互气动影响及其作用机制。结果表明,风屏障能在横风下可有效削弱列车所受气动力;随着风屏障高度逐步增加,桥梁迎风侧风屏障承受的侧力始终高于背风侧;同时,列车对迎风区域风屏障的侧力具有一定削减作用。风屏障的合理设置能优化车-桥系统的气动特性,综合考虑各子结构的相互影响,风屏障高度设定为3h时,系统气动表现更为理想。

关键词： 地铁隧道   暗挖   地裂缝   模型试验   地表沉降   围岩   应力   数值模拟  

摘要： 地裂缝是一种特殊的城市地质灾害,对西安地铁工程施工安全与长期运营构造成了威胁。为了揭示地裂缝场地地铁隧道施工围岩扰动影响规律,以西安地铁6号线穿越地裂缝带为工程背景,采用几何比例尺为1∶20的物理模型试验,并结合数值模拟技术,研究了隧道穿越地裂缝带暗挖施工过程中的围岩响应特征。结果表明:地表沉降与围岩应力变化随开挖步长呈反“S”型,其发展大致分为微变形、急剧变形和稳定变形3个阶段;施工过程中,地表沉降与围岩应力的峰值均出现在地裂缝处,且随着与地裂缝距离的增大而减小,受地裂缝影响的范围为上盘20.1 m、下盘18.6 m;开挖方向决定了围岩应力与变形的大小,从地裂缝下盘至上盘开挖方式引起的地表沉降与围岩应力均要略小于从地裂缝上盘至下盘开挖方式;开挖过程中围岩在地裂缝处出现应力松弛,围岩应力增加最大值可达3.05 kPa(对应原型值为61 kPa)。

关键词： 隧道坍塌   破碎带   数值模拟   归一化  

摘要： 为研究隧道在复杂地质条件下开挖穿越破碎带引发坍塌的机制,以青岛地铁四号线工程项目穿越破碎带为研究案例,建立复合地层隧道穿越破碎带过程有限元模型,分析隧道施工过程中位移场和应力场的演化规律,并对多元前兆信息进行综合分析。将多元信息归一化,得到坍塌多元前兆信息的响应顺序:渗压场>位移场>应力场=剪应变增量。提出了漏斗状破碎带区域的坍塌多元前兆信息匹配模式,具体表现为渗压场先减小后增大;位移场一直增大;应力场先增大后减小;剪应变增量先增长,而后缓慢下降。

关键词： 低成本脱磷剂   转炉炼钢   数值模拟   熔化行为   脱磷效率  

摘要： 本文研究了一种基于厂内固废的低成本脱磷剂的制备方法、应用效果以及其在转炉熔池中的熔化行为。通过实验与数值模拟相结合的方法,探讨了脱磷剂的化学成分、物理性能及其在高温铁水中的熔化规律。结果表明,该脱磷剂具有成本低、脱磷效果好、熔化速度快的特点,且通过优化生产工艺和参数,可显著提高脱磷效率,为钢铁工业的绿色生产提供了新的思路。

关键词： Blender软件   Python编译器   泥石流   虚拟现实技术   数值模拟  

摘要： 我国的泥石流灾害活动频繁,灾害规模大、危机面广,且重复成灾。“灾害学”课程属于防灾减灾专业基础课和必修课,如何直观地模拟出泥石流灾害进而提升课程教学质量意义重要。基于此,开展了基于开源软件的泥石流灾害三维场景构建与可视化动态仿真实验研究。具体研究内容包括:设计并构建了受灾地区地形、暴雨天气、暴雨引发泥石流等三维场景模型;研究了泥石流灾害的影响因素,建立了基于数据驱动的泥石流参数化仿真实验模型,实现了泥石流“启动-输移-堆积”过程的可视化动态仿真;基于上述研究,提出并设计了“灾害学”课程实验方案。实践结果显示,上述方法实现了对泥石流灾害的全过程动态可视化仿真,为“灾害学”等课程提供了一种新的实验方法和教学思路。

关键词： 螺旋扁管   气-固两相流   传热性能   数值模拟  

摘要： 为强化煤气冷却器的传热能力,采用了螺旋扁管与气固流态化相结合的方式,在相同条件下与普通圆管进行传热性能比较。利用FLUENT软件对不同结构换热管进行数值模拟,分析了不同气体速度、不同扁度、不同导程下换热管的传热性能,并用传热增强因子E和综合传热性能评价因子η来评价换热管的综合换热能力。研究结果表明,颗粒的加入能够明显强化气相传热,与普通圆管相比传热增强因子最大为363%,所对应的参数气体速度为7 m/s,扁度为2.4,导程为200 mm。综合传热性能评价因子在相同螺旋扁管扁度下,随着螺旋扁管导程的增大而减小;在相同螺旋扁管导程下,随螺旋扁管扁度的增大呈现先增大后减小的变化规律。当螺旋扁管内气体速度为7 m/s,扁度为2.2,导程为200 mm时,热交换器的综合传热性能评价因子达到最大值为2.68。研究结果对于提升煤气冷却器强化传热具有一定的指导意义。

关键词： 分层湍流   水平剪切   温盐分层   湍流混合   直接数值模拟  

摘要： 海洋中普遍存在由温度、盐度差异形成的垂向密度分层现象,其典型流动结构包括对流混合层和强密度梯度层。为研究这种分层结构对温度、盐度和密度垂向混合输运的影响规律,针对由致稳温度梯度和盐度梯度组成的双分层流体,提出了一种在背景剪切作用下由有限大小初始扰动诱发的非线性分层形成机制,并利用二维直接数值模拟验证了该机制能够诱发分层流态。结果表明:温度剪切强度直接影响密度分层界面的光滑程度;平均密度剖面的分层形态主要由平均盐度剖面形态主导;流场瞬时热流和盐流具有强相关性,表明二者对流输运均由流场中高密度梯度界面的空间振荡运动主导。本研究揭示了海洋温盐湍流混合的一种新形态,对发展海洋温盐分层湍流的参数化模型具有重要参考价值。

关键词： 龙卷   数值模拟   超级单体   类龙卷涡旋(TLV)  

摘要： 采用非静力中尺度数值模式WRF V3.6.1模拟1522号“彩虹”台风外围广东佛山EF3级强龙卷天气过程。基于模式模拟资料分析了强龙卷发生的近风暴环境条件、龙卷母体风暴超级单体和类龙卷涡旋(Tornado-Like Vortex,TLV)的演变特征。结果表明:近风暴环境CAPE揭示出有利于龙卷风暴发生发展的热力不稳定条件,TLV附近CAPE达1000~1500 J·kg^(-1),近风暴环境0~3 km和0~1 km垂直风切变大值区与TLV系统位置呈很好的对应关系,在TLV发展期和强盛期,0~3 km垂直风切变分别达15×10^(-3) s^(-1)和20×10^(-3) s^(-1)以上,0~1 km垂直风切变分别达25×10^(-3) s^(-1)和30×10^(-3) s^(-1)以上;模拟的100 m、500 m和1500 m高度的雷达回波能较好揭示龙卷超级单体风暴钩状回波形成、发展和消散的演变特征;成熟期的龙卷风暴内部,前侧下沉气流(FFD)和后侧下沉气流(RFD)加强,有利于风暴内部上升气流的增强,前侧阵风锋(FFGF)和后侧阵风锋(RFGF)形成锢囚结构,加强低层环流,促进近地面气旋式环流和TLV的发展加强,TLV系统中心位于上升气流与RFD之间、靠近上升气流一侧。龙卷发生之前伴随着低层中气旋的明显增强及中层中气旋的发展,低层强中气旋与龙卷生成相对应。

关键词： 返排液   分离釜   多相流   离散相   数值模拟  

摘要： 在水平井压裂作业时会产生高压大流量含废气的返排液,分离出废气成本高、污染大、效率低。因此设计了一种基于液滴瞬态碰撞及重力分离机理的复合型气液自动分离釜,包括挡流板、稳流板、折流板捕雾器、互锁式同轴浮筒装置。分析了液滴瞬态碰撞机理,建立了分离釜内部气液多相流模型,并通过有限元法进行了数值模拟,研究了入口速度、挡流板倾角、稳流板、捕雾器形状对分离效率的影响。结果表明:挡流板垂直时分离效率最高;折线形折流板捕雾器对离散相的除雾效率最好;稳流板可提高分离效率,使流动变得稳定;在满足生产的前提下,入口速度越小分离效率越高。最后对样机进行了试验,试验表明分离釜可实现气液自动分离,效率为96.6%,解决了分离效率低及出气口出液、出液口出气等问题。