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关键词： 重力流   停泵水锤   水柱分离   空气阀   空气阀调压室  

摘要： 长距离重力流输水系统在大流量输水期间需开启首部泵站加压供水,形成重力流加压联合输水,如遇事故停泵极易引起管线内水柱分离,产生弥合水锤威胁工程安全。采用特征线法对空气阀、空气阀+末端阀联合、空气阀+末端阀+溢流管联合、空气阀+空气阀调压室联合4种水锤防护方案开展水锤数值模拟。结果表明:对长距离重力流加压联合输水系统,利用末端阀关闭形成增压波无法有效改善管内负压效果,还可能带来管内最大压力超标问题;利用调压管和空气阀组合的空气阀调压室兼顾了补水和补气功能,与空气阀联合防护对于管内正、负压均有良好的防护效果,可作为长距离重力流加压输水系统的首选防护手段。

关键词： 阻力式水轮机   叶型优化   数值模拟   供水管道   水电开发  

摘要： 叶轮是水轮机的核心部件,叶轮的叶片形状对水轮机性能有着较大的影响。为提升管道式水轮机的发电性能,提出一种叶轮叶片扭转的阻力式管道水轮机,并采用数值模拟的方法,探究扭转角对叶轮性能参数的影响。研究结果表明:在叶尖速比为2以及管道流速为1.5 m/s的情况下,在所分析的0°~45°九组叶轮中,静态力矩在27°之内都有不同程度的提升,而效率与输出功率会随扭转角度的增加有一定程度下降;扭转角为10°的叶轮能在保持水头损失、输出功率和效率略有降低的情况下,使静力矩提升22.37%。通过对叶轮扭转来增加叶轮的静态输出力矩可以提高叶轮的启动效率,研究结果可为阻力式管道水轮机的叶轮优化设计提供参考。

关键词： 托顶煤巷道   快速掘进   数值模拟   超前预注浆  

摘要： 在厚煤层掘进巷道时常沿底掘进,导致巷道顶板上方留有一定厚度的顶煤,由于煤体的强度低于岩体,因此常会出现顶煤冒落甚至全部垮塌的现象,严重危害生产安全。本文以现场调研和数值模拟手段为切入点,详细调查常村煤矿2701皮带顺槽的地质情况,提出不同支护方案和预注浆技术,并进行数值模拟对比分析,最终得到“锚杆索+500 mm间距超前钢管”的掘进处置技术。经现场工业性试验后,顶板片冒现象基本不再发生,该方案有效控制了2701皮带顺槽的顶板变形,巷道得以快速安全掘进。

关键词： 分离式双箱梁   涡振   风洞试验   数值模拟   逆序结构  

摘要： 以某实际大跨分离式双箱梁桥为研究背景,结合风洞试验与数值模拟方法,研究了设置双竖向下稳定板这一气动措施对主梁涡振响应的影响;在此基础上,引入动模态分解(DMD)技术与拉格朗日拟序结构(LCS)方法,从拉格朗日视角下对主梁断面周围流场结构及示踪粒子的输运行为进行了深入分析。结果表明:原始主梁断面在不同攻角条件下均表现出显著的涡振现象,当采用双竖向下稳定板后,涡振幅值显著降低,结构响应得到有效控制;数值模拟结果表明,优化后的断面能有效将中央开槽处的大尺度涡旋打散为小尺度结构,耗散掉原大尺度涡结构能量,并显著减小作用于下游断面的表面压力;动模态分解显示优化后断面的平均流场在双竖板位置处存在着明显的涡结构,其流场主模态能量幅值和空间结构发生了明显改变,并改变了高阶流场结构;从拉格朗日视角下显示出优化后中央开槽处的示踪粒子将明显增加,周围拉格朗日结构数量增多,形状变得相对扭曲且模糊,对周围流体粒子的吸引程度降低,导致下游箱梁所受的气动力减弱,尾流难以形成周期性、规律性的涡脱落行为,从而有效抑制涡激振动的发生。

关键词： 水蓄冷   蓄冷水箱   数值模拟   卧式矩形水箱   结构优化  

摘要： 在夏季,空调及其他制冷设备的使用增加了电网系统负担,提升了电网系统季节性超负载事故发生率。参考削峰填谷思想,设计了一种实现冷水资源灵活运用的卧式矩形蓄冷水箱,建立水箱三维简化模型,通过数值模拟分析冷水在水箱中的流动规律并通过物理平台试验验证其精确性,基于以上结果对蓄冷水箱模型进行优化,利用udf文件实现水箱入口温度随出口温度实时变化,同时分析不同隔板数量对蓄冷效果的影响。经数据模拟发现双隔板蓄冷水箱较于原水箱半循环蓄冷指数提升9.1%,蓄冷效率提升11.23%;四隔板蓄冷水箱半循环蓄冷指数提升10.9%,蓄冷效率提升11.52%。研究可为卧式矩形蓄冷水箱数值模拟及冷热水分层结构优化奠定基础。

关键词： 观音圣坛   计算流体动力学   数值模拟   风荷载   台风   流场分析  

摘要： 采用Realizable k-ε湍流模型,对浙江普陀山观音圣坛表面的风压分布特性进行了数值模拟研究。通过与刚性模型测压风洞试验结果的对比,验证了数值模拟方法及参数设置的有效性;针对风洞试验确定的最不利风向角,数值模拟研究了台风工况对结构表面风荷载的影响,并结合周围地形进行了机理分析。结果表明:圣坛结构正面中上部存在较大的风压力,侧面及背面为风吸力;气流在圣坛结构各层挑檐位置因存在明显的流动分离现象而存在较强的风吸力,容易引起局部破坏;受周围地形的影响,圣坛结构与山体之间出现了风加速现象,导致侧面出现较大风吸力;在台风影响下,来流风速廓线更为陡峭,风加速区域明显增大,圣坛结构侧面及背面的负压增强,且分布更为复杂。

关键词： 堆积层滑坡   暴雨类型   数值模拟   变形机理   稳定性分析  

摘要： 暴雨是堆积层滑坡灾害发生的主要诱因之一,暴雨作用下滑坡体渗流场的时空动态特征是评价滑坡稳定性和开展气象风险预警的关键。针对当前主要以降雨强度为变化参数的模拟分析工况存在的不足,以广东省特大型地质灾害——丰顺县三坑村滑坡群Ⅲ号滑坡为例,基于现场调查和资料分析,建立精细化滑坡地质结构模型,采用统计方法分析区内降雨特征,将暴雨划分为“均匀型”和“峰值型”两种类型,通过模拟滑坡体内浸润线及孔隙水压力的变化,分析滑坡在不同类型暴雨下的渗流场动态,进而分析滑坡的应力-应变场与位移特征,开展稳定性定量评价研究。研究结果表明:均匀型暴雨会显著影响滑坡深部渗流场,造成明显局部变形;峰值型暴雨诱发滑坡模式随雨量峰值位置的变化而有所差异,前锋型降雨诱发的变形表现出牵引式特点,随着雨量峰值后移,滑坡变形表现出推移式特点。数值模拟结果和滑坡实际变形较为吻合,研究成果可为堆积层滑坡的治理及防护工程的设计提供借鉴。

关键词： 组合支护   支护结构变形   锚杆   内支撑  

摘要： 以某桩锚桩撑组合支护的基坑工程为依托,通过MIDAS GTS NX有限元软件对基坑开挖过程进行还原模拟,同时探究桩锚桩撑所占比例的变化对基坑支护结构变形的影响。模拟结果表明:随着桩锚支护所占比例的增加,支护结构变形与锚杆轴力均逐渐增大并趋于稳定,但是内支撑轴力则呈现出逐渐减小的变化趋势。

关键词： 气动光学   热效应   流场-光场耦合分析   波前畸变   泽尼克多项式  

摘要： 激光光束在从激光器出口到发射系统出口这一段内部通道中传输时,气体吸收激光能量,使内通道中流场的温度和密度产生不均匀变化,导致了波前相位畸变及远场光束质量的降低。为了分析此类问题,本文建立了流场与光场相耦合的气动光学热效应研究框架,对圆直管道内的热效应问题进行数值模拟研究,采用泽尼克多项式拟合波前畸变,结合自适应光学校正分析了畸变水平及其对远场光强特性的影响。结果表明,无自适应光学校正时,通光0.5 s内热效应导致的波前畸变极为严重,当管道半径与光束半径之比大于1.5时则能够有效减轻热效应;采用自适应光学校正则能将波前畸变降低70%左右,同时也能大幅提高光束的远场光强及聚焦性能。因此,控制激光传输通道几何参数与采用自适应光学校正是抑制热效应的有效途径。

关键词： 城市轨道交通   地铁隧道   壁后注浆   扩散机制   数值模拟  

摘要： 为研究不同工况下运营期地铁隧道壁后注浆浆液的扩散机制,根据注浆所涉及的物理过程推导扩散过程中的数学模型,编制基于有限单元法与流体体积法的三维数值计算程序,以实际工程为背景分别模拟不同土体条件下运营期地铁隧道壁后注浆堵水时浆液的扩散行为,并采用室内模型试验验证数值模拟结果的合理性。研究结果表明:在硬土中,浆液主要是向垂直于衬砌结构的方向劈裂,浆脉在衬砌背后难以形成较大面积的封闭加固体;而在软土中,随着注浆压力的增大,浆液逐渐沿着隧道与土体的界面扩展,注浆结束后,浆液沿着隧道壁后形成一个均匀分布的封闭加固体。模型试验与数值模拟趋势相同,证明了隧道壁后注浆扩散机制的正确性。