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关键词： 隧道通风   当量长度   模型试验   数值模拟   面积比  

摘要： 长大隧道行车道通风排烟试验模型中,模型当量长度的调节方法尚不成熟。依托青岛地铁1号线瓦屋庄站—贵州路站区间隧道,搭建隧道模型试验平台,通过安装节流环控制隧道出风口面积以改变压降,实现隧道模型当量长度的主动调节。结合数值模拟方法开展31组变参数试验,揭示面积比对隧道模型当量长度的影响;在此基础上,改变出风口形状,完成多组面积比工况的模拟。研究结果表明,当面积比为0.133~0.735时,隧道行车道通风模型当量长度计算值为21.86~362.53 m;经数值模拟反演验证,隧道行车道模型当量长度仅与面积比有关,与出风口形状及模型原始长度无关,出风口面积比是调节当量长度的核心参数。

关键词： 陡坡   SPH   数值模拟   波浪破碎  

摘要： 文中利用SPH的方法建立数值水槽,通过与实验结果进行对比,证明了SPH数值水槽模拟的有效性,对波浪在陡坡传播的破碎过程进行数值模拟,发现传播速度较大的时候,卷舌在撞击回流的波浪后会出现二次卷舌的现象.并从流场和涡量方面分析了规则波在陡坡上波浪传播破碎的演化过程,更进一步证明了基于SPH方法数值水槽在用于陡坡的波浪传播模拟实验的精确性.

关键词： 轴流式水轮机   激光多普勒LDV   尾水管   流速分布   数值模拟  

摘要： 低水头轴流式水轮机尾水管的水力损失在整个机组的水力损失中占有较大的比重,采用何种尾水管进口流速分布可以使尾水管获得较好的能量回收性能以及稳定的流态是水力设计时应重点考虑的因素。针对ZZ560型水轮机改造开发的转轮,采用激光多普勒测速LDV技术对尾水管进口流速分布进行测试,并结合CFD计算结果进行分析,得到了ZZ560型水轮机较好工况点的尾水管进口流速分布规律。结果可供轴流式水轮机的水力设计参考。

关键词： 注浆   裂隙岩体   动水   参数优化   数值模拟  

摘要： 针对单裂隙岩体动水条件下注浆参数的优化,采用理论分析、物理模拟、相似模拟与工程验证相结合的方法,研究了单裂隙岩体动水注浆。首先,通过搭建单裂隙动水注浆模拟试验平台研究了动水流速、浆液水灰比、注浆压力对堵水效率的影响,并借助响应面BBD试验法设计三因素三水平试验(共17组平行试验)。结果表明:当动水流速为6.29 cm/s、水灰比为0.93、注浆压力为0.34 MPa时,堵水率预测结果为91.42%。之后,基于浆液流变特性建立了浆液微元体运动学方程,得到了浆液扩散距离、黏度及整个注浆过程中的压力随时间变化的公式,将所得公式导入COMSOL进行浆液扩散模拟,并在物理相似模拟平台进行对比验证。研究发现,随着注浆时间的增加,浆液扩散的形状由圆形变为椭圆形,再变为“U”形,物理模拟得到的堵水率为88.39%,数值模拟得到的堵水率为90.17%,堵水效果好,两种方法与预测结果吻合度均在95%以上。最后,进行了现场工程验证,所得矿井涌水量由32.75 m^(3)/h降低至4.82 m^(3)/h,堵水率为85.28%,优化效果良好。

关键词： 银   制氧速率   搅拌槽   数值模拟   响应面优化   速度场  

摘要： 冶金、化工、医疗和航空航天等领域的用氧需求越来越大,为了提高液态银的制氧速率,通过理论推导出制氧腔氧气压力为零时液态银制氧速率最大,1243 K时,制氧速率最大为4.0747×10^(-8)mol·cm^(-2)·s^(-1)。为使液态银中的氧加速扩散,用搅拌装置对银液进行搅拌,以桨叶转速,搅拌槽直径和桨叶间距为考察因素,基于计算流体力学(CFD)技术,采用组分运输模型、多重参考系模型、标准k-ε湍流模型,对制氧搅拌槽进行优化模拟研究,用三因素三水平响应面法进行多因素方差分析。以增大制氧速率为主,兼顾搅拌功率最小为优化目标,优化结果为:桨叶转速为708 r/min,搅拌槽直径为390.3 mm,桨叶间距为484.3 mm,即桨径槽径比为0.77。通过搅拌加快了氧向制氧腔液面的扩散速度,增大了制氧速率。

关键词： 废热锅炉   螺旋异径火管   传热   数值模拟   动态仿真  

摘要： 为探究脱油沥青气化工艺中火管式废热锅炉的结垢问题,针对脱油沥青特殊的灰分组成和进出口温差较大的场景,采用计算流体力学(CFD)方法,结合熔融液相比例模型、临界速度模型与脱落模型,将整根火管划分为A~G共7个管段,模拟了工业火管锅炉中单根火管的灰分沉积分布、沉积表面温度和出口温度的变化,并讨论了合成气入口流量的相关影响。结果表明,火管废锅中的灰分沉积主要集中在A、B管段,在A、B段连接处出现的最大灰分沉积厚度为6.37 mm。灰分沉积后总传热效率仅降低0.88%,但各管段传热效率变化显著。考察合成气流量的影响时,发现合成气出口温度与合成气流量呈正相关。将合成气流量(以操作工况28.9 m/s为基准,设置入口气速为操作工况的80%、90%、100%、110%和120%,全文以此表示合成气流量)由80%增加到120%,火管末端G段的出口温度仅由590.51 K增加到605.56 K,可采取增加合成气流量方式提高蒸气产量。但随着合成气流量增加,除A段管壁温度降低外,B~G段管壁温度均随之升高。在合成气流量为120%的条件下,温度最高的B、C段的管壁温度分别为756 K和768 K,接近材质最高工作温度773 K,不利于锅炉运行的稳定性。

关键词： FRP-混凝土界面   动态剪切滑移模型   冲击   数值模拟   应变率效应  

摘要： 纤维增强复合材料(fiber reinforced polymer,FRP)与混凝土粘结界面的动态剪切滑移关系是冲击荷载作用下FRP外贴加固混凝土结构安全评估与设计的基础。基于4组FRP-混凝土界面动态单剪试验数据和有限元分析软件LS-DYNA中*MAT_COHESIVE_MIXED_MODE_ELASTOPLASTIC_RATE材料模型,建立了耦合应变率效应的界面动态剪切滑移模型。进一步基于该模型对另外3组动态单剪试验进行了数值模拟,通过对比界面粘结滑移关系、荷载-位移曲线和FRP应变时程,验证了建立的模型和参数计算方法的适用性。将上述模型应用于FRP加固RC板和梁的落锤冲击试验的数值模拟分析中,并与常用的FRP-混凝土界面接触表征方法(共节点、tiebreak和cohesive)进行了对比。结果表明:共节点方法预测的跨中挠度偏小,而tiebreak和cohesive接触的预测结果偏大,该文建立的界面动态剪切滑移模型预测精度最高。

关键词： 钢筋混凝土   近场动力学   裂纹扩展   数值模拟  

摘要： 利用近场动力学单键双参数(uni-bond dual-parameter peridynamic,UDPD)方法对准静态下钢筋混凝土构件的破坏过程进行了模拟,考虑了物质点之间长程力的作用,修正了核函数。采用适用于混凝土等准脆性材料的损伤模型,通过弱化钢筋与混凝土之间的键,模拟了二者界面的黏结滑移效应,建立了在不同剪跨比下钢筋混凝土梁的近场动力学(peridynamics,PD)模型。结果表明,裂纹扩展的路径和形式与试验结果相吻合。

关键词： 进出水口   数值模拟   流态   流速分布   流量分配  

摘要： 为研究及优化抽水蓄能电站进出水口及前池体型,采用Realizable k-ε紊流模型对进出水口流场进行三维数值模拟,研究分析进出水口底板高程、前池体型等对流场流态、流速分布及流道间流量分配等水力特性影响。计算结果表明:适当降低进出水口底板高程,增加淹没深度,可增加水体厚度从而增强其调节能力,限制水面的表面涡流发展至流道内部,进而削弱表面涡流对内部流场的影响,优化流场及流态,避免吸气漩涡出现;优化进出水口外前池体型,增大前池转弯段转弯半径,使外部边界过渡平顺,减小边界约束及阻滞作用,可显著改善前池的流场流态,流场主流可自动调节,不受阻滞从而保障流向不发生较大偏转,一定程度可以降低前池有害涡流的形成及发展,进而减小因前池流场不佳及进出流不顺畅对进出水口流道内部带来的影响,可有效减小各孔道内流速分布不均匀系数,使流速分布更均匀,同时可改善各孔道间流量分配均衡性,使其相关水力特性指标控制在规范及设计要求的范围内。

关键词： 电磁成形   磁脉冲辅助冲压成形   2219铝合金   数值模拟   等效应力   尺寸精度  

摘要： 目的为进一步提升2219铝合金火箭贮箱箱底瓜瓣构件的尺寸精度,进行了瓜瓣构件磁脉冲辅助冲压成形工艺的研究。方法设计磁脉冲辅助冲压成形工艺方案,基于LS-DYNA R8.0有限元软件,建立了2219铝合金瓜瓣构件磁脉冲辅助冲压成形有限元模型,并通过实验进行了有效验证。通过数值仿真模拟分析了板料成形过程及其成形效果,阐明了瓜瓣构件磁脉冲辅助冲压成形的变形行为。结果板料冲压成形后的等效应力显著集中于圆角过渡区域,应力分布不均导致贴模性较差。引入电磁成形后,板料在瞬时交变脉冲电磁力的作用下具有显著的应力震荡效应,等效应力经高速震荡后可得到有效释放,在放电电压为10 kV条件下,平均应力从71.1 MPa下降至30.4 MPa,降低了57.2%。板料的贴模间距曲线幅值更均匀,平均贴模间距从0.91 mm降低至0.52 mm,随放电电压的不断提高,瓜瓣构件的平均贴模间距不断减小。结论磁脉冲辅助冲压成形可有效改善瓜瓣构件的贴模性,经过放电电压12 kV以上的电磁成形后,板料的平均贴模间距在0.5 mm以下,降低了45%以上。