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关键词： 隧道   侧穿桥桩   爆破振动   爆破设计   数值模拟  

摘要： 以大连地铁5号线石葵路~劳动公园区间工程建设为背景,结合隧道施工工法(台阶法、CRD法),优化掌子面爆破参数,控制区间隧道爆破对桥桩的影响。右线采用台阶法,左线采用CRD法,台阶法的上台阶及CRD法的左上方①部洞室采用两次爆破,第一次为掏槽区域爆破,为第二次爆破提供临空面进而降低爆破振动。掏槽处炸药单耗为1.87~2.33 kg/m^(3),其余部位炸药单耗0.40~0.80 kg/m^(3),最大段别雷管使用Ms-15段非电导爆管雷管。基于实测数据反演爆破振动衰减规律公式,完成爆破振动安全预校核。采用SPH法对临近桥桩掏槽爆破进行数值计算,在单段药量0.3 kg情况下,对5 m远处受到爆炸载荷作用的桥桩进行了响应分析。计算表明桥桩无损伤,且爆破作业结束,桥桩安全无恙,表明侧穿桥桩段的技术方案是可行的。此外,模拟应力波在地层、桥桩中的传播过程,桥桩中应力波传播速度3280~3590 m/s,岩土层中传播速度平均为1620 m/s,数据显示振动在桥桩中传播速度明显大于在风化层与黏土层的传播速度。论文中炸药与临近岩石采用SPH方法,避免了大规模粒子计算对超算能力要求,对于远距离振动分布研究,此方法具有一定的借鉴意义。

关键词： 格子   Boltzmann   方法   气液两相流   多孔介质   三维数值模拟  

摘要： 本文基于格子Boltzmann方法,使用三维数值模拟研究了复杂多孔介质中大密度比气泡运动行为,重点探讨Eötvös数(Eo)、接触角(θ)和Reynolds数(Re)耦合作用对气泡速度、形态演化及停滞现象的影响规律.研究发现,在多孔介质中,接触角增大降低了气泡速度,并加剧速度波动,使气泡趋于扁平化.Eo的增大则可显著抑制扁平化趋势,稳定气泡速度,使其形态更接近子弹头状.当接触角较大且Eo较小时,黏附力增强会导致气泡停滞于多孔介质内部.此外,Re与接触角在阻力构成中呈竞争关系,对气泡的平均速度具有相互增强的作用,而在较大接触角下,Re增大会导致气泡尾部不稳定并易断裂.研究还表明,低Eo和低Re条件下气泡速度随Eo增大而下降,而在高Eo和高Re条件下则呈相反趋势,这一现象源于气泡形态的不稳定性对浮力和速度的影响.

关键词： 非淹没闸门   流量模型   收缩系数   流量系数  

摘要： 本研究深入探讨了水闸下游非淹没水流的动态特性,通过采用两种截然不同的模型分析闸门下的水流行为:一种是基于势场(Potential Flow, PF)理论构建的简化模型,另一种是基于Reynolds Average Navier-Stokes(RANS)方程构建得更为精细的模型。通过数值模拟结果与试验数据的比较,研究揭示PF模型在简洁性基础上表现出与试验高度一致的预测能力,从而证实其在模拟简单水流场景中的有效性。然而,也指出PF模型在能量损失预测方面的不足,这限制了其性能的适用范围。本研究的结果不仅为理解水闸下游水流机理提供了新的视角,同时对水工结构的设计与优化提供了有价值的参考。

关键词： 超高压   离散式结构   承压能力   大腔体  

摘要： 为了提高年轮式超高压模具腔体的极限承压能力、增大腔体容积,提出了一种缠绕离散式大腔体超高压模具结构,该模具主要由离散式压缸、支撑环和钢丝缠绕层组成。离散式结构消除了整体式压缸的周向应力,模具无需使用大尺寸硬质合金和支撑环,可有效提高模具的极限承压能力,降低模具制造难度,易于实现模具腔体大型化。对模具关键参数进行计算,得到确定模具结构最佳尺寸的方法。数值模拟结果表明:在相同的工作内压加载下,离散式压缸的应力值更低,压缸内壁的应力环境得到有效改善。对缠绕离散式大腔体超高压模具的极限承压能力进行预测,发现随着离散块数量的增加,模具的承压能力逐渐增强,但是增长速度越来越缓慢。因此,不能通过无限增加离散块数量来增加模具的极限承压能力。分析表明,缠绕离散式大腔体超高压模具的承压能力更高,降低了模具的运行成本。研究结果可为大腔体、高承压能力的超高压装置设计提供新思路、新方法。

关键词： 水下节流阀   冲蚀特性   流固耦合   数值模拟   FLUENT   寿命预测  

摘要： 目的针对水下节流阀在携砂油气冲蚀下被破坏现象展开研究,揭示携砂油气冲蚀对水下节流阀不同位置的影响规律,为优化设计和提升水下采油树的安全性和可靠性提供理论依据,保障油气生产过程的稳定性和连续性。方法使用CFD数值仿真软件,采用欧拉-拉格朗日(Eulerian-Lagrangian)流固耦合方法,针对携砂油气冲击节流阀内壁展开数值模拟研究,通过控制单一影响因素(如颗粒直径、油流速度、颗粒质量流量、节流阀开度等),揭示笼套式水下节流阀在不同影响因素下的冲蚀变化规律,并预测极端工况下水下节流阀的冲蚀使用寿命。结果笼套式水下节流阀的冲蚀主要发生在节流孔附近壁面(笼套护套、阀芯壁面的节流孔附近)和节流孔内壁面位置,且随着颗粒直径的增大,冲蚀率逐渐降低;随着油流速度和颗粒质量流量的增大,冲蚀率呈递增趋势;随着节流阀开度的增大,冲蚀率呈递减趋势;在最极端工况下,取1.5倍安全系数,水下节流阀节流孔的使用年限最低可达11 a。结论通过数值模拟与理论计算相结合的方法预测了水下节流阀的冲蚀寿命,提出了一种工程计算的方法和思路,从而保障水下采油树工作时的安全性和可靠性,以期为实际工程起到一定指导作用。

关键词： 水泵水轮机   数值模拟   驼峰   流动分离  

摘要： 水泵水轮机泵工况驼峰特性是一种典型的不稳定流动,严重影响机组运行的可靠性。为深入探究驼峰特性,研究采用SBES湍流模型进行仿真计算,有效捕捉到了不同导叶开度下泵工况的驼峰区。结果表明,不同导叶开度下驼峰区出现的流量工况显著不同,随着导叶开度增大驼峰区有向大流量偏移的趋势。分析各静止部件扬程损失发现,小流量工况驼峰区运行时活动导叶损失占比显著提高,且随着流量减小而增加。进一步对其流态分析发现,在驼峰区工况活动导叶吸力面产生了严重流动分离现象,衍生出大量涡旋流动,并且随着开度减小漩涡流动增多,这导致其水力损失的增加。而在大流量工况时,不稳定流动现象明显得到缓解。本研究对水泵水轮机的设计优化具有一定的借鉴意义。

关键词： 风致飞射物   CFD数值模拟   飞行轨迹   六自由度模型  

摘要： 利用计算流体动力学(CFD)中的六自由度模型(6DOF)数值模拟和自定义函数编译(UDF)更新动网格两种方法,研究了球状和板状飞射物在二维流场中的气动特性以及飞射物与流场的耦合运动情况,得到了两种飞射物在流场中的运行轨迹。将结果与风洞试验数据和经验公式进行对比,证明利用非定常CFD方法研究风致飞射物的飞行特性是可行的,并据此提出了较好的六自由度模型(6DOF)数值模拟方法,为研究风致飞射物的飞行特性提供了一种可靠的数值模拟方法。

关键词： 城市不良地质体   工程开挖   现场监测   原位试验   数值模拟  

摘要： 依托某城区红岩地块大型堆积体古边坡开挖工程,采用现场调查、监测反馈、原位试验和数值模拟等手段,分析该工程边坡的开挖响应。结果表明:新堆积体边坡(XHP1、XHP2)分布在早期堆积体范围内,滑动方向与原有堆积体一致,初步判断其为后者的局部复活;变形监测数据表明斜坡在自然状态下处于稳定状态;现场剪切试验准确测量和评估了岩土体的剪切强度、剪切刚度和变形特性等,为场地内工程设计和施工提供了重要参考依据;垂高5 m和10 m两种分层开挖方式的数值模拟表明,两种开挖方式对边坡的稳定性和破坏特征影响相似,塑性区范围影响不显著,因此在实际施工中选择后者以节省工期。研究成果为确保城区不良地质体上的施工安全和边坡稳定性提供了参考依据。

关键词： 砂砾石料   缩尺效应   PFC~(3D)   三轴试验   数值模拟   原级配  

摘要： 研究砂砾石料缩尺效应对精准预测砂砾石坝的强度特性有重要意义。通过室内大型静三轴试验和基于PFC^(3D)软件的数值模拟计算,分析了原级配砂砾石料强度特征及剔除法、等量替代法、相似法、混合法4种不同缩尺方法对砂砾石料力学性质的影响。结果表明,PFC^(3D)软件具有较好的数值模拟效果。四种不同缩尺方法(σ_(1)-σ_(3))-ε_(1)特征差异性明显,原级配砂砾石料具有较高的强度和明显的塑性破坏特征。原级配砂砾石料在经过不同缩尺方法缩尺后,其粘聚力c均会被降低,而内摩擦角φ的变化则与所采用的缩尺方法有关。研究成果为进一步反推原级配砂砾石料强度参数奠定了基础。

关键词： 两相流动   孔板   竖直集管   流量分配   数值模拟  

摘要： 为解决翅片管换热器中目前常用的喷嘴式分配器成本高,安装要求高的问题,提出了孔板型竖直集管式分配器,并在不同入口质量流量、入口干度、集管结构的条件下对两相制冷剂的分液特性进行实验和数值计算。结果表明:工质在孔板型竖直集管流动时存在“二次分配”的特征,即向上流动时会进行一次分配,之后其余工质会冲顶到达竖直集管顶部后回流,回流过程中会与向上流动的工质碰撞进行二次分配。随着质量流量和入口干度增加,两相工质进入竖直集管内速度增大,一次分配时液相工质进入下部出口管的流量减少,顶部回流后碰撞流入上部出口管较多。竖直集管管径的大小和进出口管位置与角度分别通过改变工质流动速度和流动方向从而改变流量分布。集管管径增加可以提升下部出口管出口流量,出口管管径的增加,距离孔板最近的出口管流量减少。