內(nèi)凹型閥碟調(diào)節(jié)閥流場三維數(shù)值模擬研究

運(yùn)用三維變密度不可壓計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)微型y形沖擊射流進(jìn)行流動(dòng)結(jié)構(gòu)研究.結(jié)果表明:入射角度和入射速度是影響流場結(jié)構(gòu)和混合效果的兩個(gè)重要因素,分別存在有最佳入射角度和入射速度.我們發(fā)現(xiàn)在射流角度等于90°、射流速度為中速時(shí),其流場結(jié)構(gòu)最利于混合,因?yàn)榇藭r(shí)射流的接觸面積最大.另外,射流速度越大,其分割強(qiáng)度值也越大,因此混合性能也越差.當(dāng)速度太大時(shí),會(huì)使兩股流體的接觸面破碎而散落在空間中,使其不再接觸,因此對(duì)分子間的擴(kuò)散和混合不利.

深基坑開挖變形的三維數(shù)值模擬研究——采用三維快速拉格朗日差分分析方法(fastl~grangiananalysisofcontinua3d)將南京a、b大廈支護(hù)結(jié)構(gòu)(懸臂支護(hù)結(jié)構(gòu)、單層支點(diǎn)混合支護(hù)結(jié)構(gòu)、鉆孔灌注樁連拱支護(hù)結(jié)構(gòu))與一定范圍內(nèi)的土體(長、寬、高)作為一個(gè)整體，結(jié)合基...

采用rngκ-ε紊流模型與vof方法對(duì)散粒體滑坡涌浪進(jìn)行數(shù)值模擬；通過與已有文獻(xiàn)的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析；發(fā)現(xiàn)數(shù)值模擬得到的滑坡體水下初始堆積形態(tài)與試驗(yàn)結(jié)果吻合較好；且波幅計(jì)算精度較高；基于此；建立了某山區(qū)河流型水電工程庫區(qū)的三維模型；模擬了碎土石滑坡涌浪在庫區(qū)內(nèi)的生成與傳播過程；并分析了涌浪的波幅和波速特征；研究結(jié)果表明；通過數(shù)值模擬獲得的涌浪波幅和傳播速度等參數(shù)；可以為大壩安全評(píng)估和滑坡涌浪災(zāi)害影響范圍預(yù)測(cè)提供一定的科學(xué)依據(jù)；還可為通航河流航行船舶的避險(xiǎn)范圍提供參考；

介紹了通徑為20″(1″=25.4mm)的大口徑中壓球閥閥體、新型c形金屬密封環(huán)組件等的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);在閥座與球體之間采用整體碟形彈簧和新型閥座密封填料,以保證高壓密封,提高使用壽命;閥芯采用空心球體結(jié)構(gòu)和分段沖壓成形加工工藝,有效地保證了球體的加工精度和質(zhì)量,降低了生產(chǎn)成本;在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中,充分考慮了球閥的密封、防火、啟閉傳動(dòng)及制造工藝的要求;對(duì)其中結(jié)構(gòu)復(fù)雜的球閥閥體和空心球形閥芯進(jìn)行了強(qiáng)度計(jì)算和ansys應(yīng)力、應(yīng)變模擬分析計(jì)算,二者計(jì)算結(jié)果一致,并認(rèn)為閥體的厚度由其大開孔處局部應(yīng)力的整體補(bǔ)強(qiáng)確定。

為了提高風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的耐磨性能,基于多孔射流擴(kuò)散及疊加原理,提出一種耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥,其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是閥芯由活動(dòng)多孔板及具有導(dǎo)流板的固定多孔板組成.利用rngk-ε模型分別對(duì)耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥及傳統(tǒng)插板閥氣相流場進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析比較,研究結(jié)果表明:在耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的出口處流場分布比較均勻,而插板閥在出口處存在嚴(yán)重的偏流及回流現(xiàn)象,氣流均勻程度很差,所提出的耐磨風(fēng)量調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)是合理的,具有較好的耐磨性能.

采用三維水動(dòng)力學(xué)模型,借助非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重構(gòu)地形,開展了金沙江干流山區(qū)水庫通航流態(tài)的數(shù)值模擬研究。以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進(jìn)行了模擬,重點(diǎn)關(guān)注了水深、流速、平面流場和典型彎道的環(huán)流結(jié)構(gòu)等水動(dòng)力學(xué)特性,進(jìn)一步對(duì)河段可能的礙航點(diǎn)進(jìn)行了分析。計(jì)算結(jié)果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢(shì),基本可滿足三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)某些流量級(jí)下,局部卡口、突擴(kuò)和彎道河段可能出現(xiàn)礙航流態(tài)。研究結(jié)果可為金沙江梯級(jí)水庫群聯(lián)合調(diào)度提供技術(shù)參考。

采用三維水動(dòng)力學(xué)模型,借助非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格重構(gòu)地形,開展了金沙江干流山區(qū)水庫通航流態(tài)的數(shù)值模擬研究.以攀枝花河段為例,選取不同的來流條件進(jìn)行了模擬,重點(diǎn)關(guān)注了水深、流速、平面流場和典型彎道的環(huán)流結(jié)構(gòu)等水動(dòng)力學(xué)特性,進(jìn)一步對(duì)河段可能的礙航點(diǎn)進(jìn)行了分析.計(jì)算結(jié)果表明:在一定的出流邊界條件下,河道水深整體呈沿程遞增趨勢(shì),基本可滿足三級(jí)航道標(biāo)準(zhǔn);同時(shí)某些流量級(jí)下,局部卡口、突擴(kuò)和彎道河段可能出現(xiàn)礙航流態(tài).研究結(jié)果可為金沙江梯級(jí)水庫群聯(lián)合調(diào)度提供技術(shù)參考.

提出了包括實(shí)際工程地形的施工導(dǎo)流工程三維數(shù)值模擬的方法.基于catia模型設(shè)計(jì)軟件建立了蘇丹上阿特巴拉水利樞紐儒米拉大壩分期導(dǎo)流三維模型,實(shí)現(xiàn)了實(shí)際工程地形與建筑物實(shí)體的融合,真實(shí)地反映了實(shí)際工程的空間布置情況.將模型導(dǎo)入計(jì)算水動(dòng)力學(xué)軟件flow-3d中,采用紊流雙方程中的rng模型,用truvof方法進(jìn)行自由表面的追蹤,在1,000,m~3/s、5,380,m~3/s流量下,對(duì)溢洪道內(nèi)部水流流速、流態(tài)、水面線、底板壓力進(jìn)行了數(shù)值模擬.經(jīng)過對(duì)比分析,證明了模擬結(jié)果與試驗(yàn)值吻合較好,從而驗(yàn)證了模型的可靠性.在取得水力學(xué)參數(shù)的基礎(chǔ)上,考慮建筑物附近的河床沖刷,探討了圍堰附近覆蓋層沖刷的數(shù)值模擬方法.該研究為解決復(fù)雜水利工程的三維建模問題及相關(guān)數(shù)值模擬提供了新的方法,具有一定的參考價(jià)值和良好的應(yīng)用前景.

利用cfd軟件fluent對(duì)多級(jí)導(dǎo)葉式清水離心泵的內(nèi)部流場進(jìn)行了數(shù)值模擬,得出了葉輪及導(dǎo)葉內(nèi)部流道的速度和壓力分布規(guī)律,并發(fā)現(xiàn)了葉輪進(jìn)口回流,出口的二次流動(dòng)特征等葉輪內(nèi)部流動(dòng)的細(xì)節(jié),導(dǎo)葉出口區(qū)產(chǎn)生了一個(gè)低壓區(qū)等流動(dòng)特征。然后根據(jù)自編計(jì)算軟件利用計(jì)算得到的速度場數(shù)據(jù)計(jì)算出泵的揚(yáng)程、功率、效率和流量之間的關(guān)系曲線,并與試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較。結(jié)果表明:在設(shè)計(jì)工況附近,預(yù)測(cè)值與試驗(yàn)值吻合較好,在其它工況點(diǎn),特別是小流量工況點(diǎn),誤差較大。

利用標(biāo)準(zhǔn)k-ε雙方程湍流模型,采用vof法追蹤自由水面,應(yīng)用瞬態(tài)piso算法求解壓力速度耦合的方法,采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格并在溢流壩頂進(jìn)行網(wǎng)格加密,模擬計(jì)算了七孔溢洪道流場的三維水力特性,得到了設(shè)計(jì)工況的泄流能力、水面曲線、速度場。通過物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證,兩者結(jié)果吻合較好。

在運(yùn)用數(shù)學(xué)模型對(duì)水流流場進(jìn)行模擬時(shí),僅依靠一維或二維模型還無法兼顧部分模擬區(qū)域的真實(shí)水力學(xué)變化,因此有必要展開流場三維模擬。利用流體力學(xué)軟件flow-3d,建立分層水庫近壩區(qū)的浮力流三維數(shù)值模型,對(duì)近壩段水流結(jié)構(gòu)以及水電站下泄水溫進(jìn)行精確模擬。分析了相同水溫分層條件下,不同浸沒高度、不同流量對(duì)下泄水溫的影響,同時(shí)對(duì)比了同一下泄流量不同出流方式的下泄水溫差異。結(jié)果表明:在相同水溫分層條件下,流量越大,最大吸入高度越大,取水口可以吸入更接近表層溫度較高的水體;在最大吸入高度以上只改變淹沒深度,取水口前流場基本不發(fā)生變化,對(duì)下泄水溫影響很小;復(fù)雜三維地形可以改變水體的流線,對(duì)下泄水溫影響很大。

基于n-s方程、rngk-ε模型和有限差分法建立了潰壩洪水分析的三維數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行了潰壩洪水通過直角彎道的模型試驗(yàn),并將計(jì)算值與實(shí)體模型試驗(yàn)結(jié)果中洪水的實(shí)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果表明渠道內(nèi)洪水位的計(jì)算值與實(shí)測(cè)值高度吻合,流速大小與方向也基本一致.為進(jìn)一步研究潰壩洪水沖刷問題,在水流模型的基礎(chǔ)上加入了泥沙模型,并采用槽寬突變渠道中潰壩洪水沖刷的模型試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證結(jié)果表明洪水水位的實(shí)測(cè)值與數(shù)值模擬計(jì)算值吻合較好,沖刷完成后的沖刷坑深與堆丘高度也基本一致,說明所建的泥沙模型在研究潰壩洪水泥沙沖刷問題時(shí)有較好的準(zhǔn)確性與實(shí)用性.

應(yīng)用動(dòng)態(tài)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)超臨界調(diào)節(jié)閥汽門的開啟過程進(jìn)行非定常數(shù)值模擬研究,動(dòng)網(wǎng)格劃分應(yīng)用彈性平滑和局部重劃方法,出口壓力隨時(shí)間分布規(guī)律應(yīng)用udf(用戶自定義)技術(shù)給定。同時(shí),在數(shù)值模擬過程中分析了汽門開啟過程閥桿橫向力和軸向力變化規(guī)律。計(jì)算結(jié)果表明,在調(diào)節(jié)閥開啟過程30%~55%開度過程馬赫數(shù)、靜壓等參數(shù)變化較為劇烈,而在55%~100%開度過程,各參數(shù)變化較為平緩。

分岔隧道是一種新的隧道建設(shè)型式,它一般由四車道大拱隧道或連拱隧道逐漸過渡到上下行分離式雙洞隧道,因此它同時(shí)具備標(biāo)準(zhǔn)間距的分離隧道、小凈距隧道、連拱隧道以及四車道大拱隧道等多種結(jié)構(gòu)型式隧道的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)型式一般分為大跨襯砌段、雙連拱襯砌段、加強(qiáng)襯砌段和一般襯砌段4種斷面型式。作為一種新的隧道建設(shè)型式,目前國內(nèi)尚不多見,缺乏可供參考的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)。由于分岔隧道型式的特殊性和復(fù)雜性,施工難度和風(fēng)險(xiǎn)均較大,因此,研究施工圍巖的穩(wěn)定性有著非常重要的意義。本文基于連續(xù)介質(zhì)模型,通過大型有限元軟件abaqus,主要對(duì)施工過程進(jìn)行數(shù)值仿真模擬,著重分析研究大拱與連拱過渡段和連拱以及小凈距過渡段施工過程中的圍巖變形和破壞特性,并得出結(jié)論,為設(shè)計(jì)施工提供參考依據(jù)。

采用6種方法對(duì)大口徑球閥閥體的壁厚進(jìn)行對(duì)比設(shè)計(jì),進(jìn)而求出最佳壁厚值,運(yùn)用有限元軟件ansys,考慮各種載荷的影響,對(duì)閥體進(jìn)行三維數(shù)值模擬。結(jié)果表明,無論是在強(qiáng)度還是在剛度上,都符合設(shè)計(jì)要求。

本文采用數(shù)值模擬方法預(yù)測(cè)由近地三維流動(dòng)風(fēng)引起的建筑物的表面風(fēng)壓。文中運(yùn)用一種擴(kuò)展的ｋ－ε紊流封閉模型，導(dǎo)得了穩(wěn)態(tài)流動(dòng)風(fēng)的統(tǒng)一形式的控制微分方程。采用控制容積法對(duì)微分方程作了離散，ｓｉｍｐｌｅｃ壓力校正迭代算法實(shí)現(xiàn)了非線性離散化方程的求解。實(shí)例計(jì)算與分析比較表明，本文的模擬方法改善了對(duì)建筑物側(cè)風(fēng)面和頂面風(fēng)壓值的預(yù)測(cè)。

建立包括雙線盾構(gòu)隧道、凍土帷幕、聯(lián)絡(luò)通道以及泵房在內(nèi)的三維數(shù)值模型,模擬了地層凍結(jié)、聯(lián)絡(luò)通道開挖和支護(hù)的整個(gè)過程。分析了聯(lián)絡(luò)通道以及泵房開挖對(duì)凍土帷幕、初支護(hù)和主隧道的影響。從而,確定了初支護(hù)及凍土帷幕的受力最不利位置和發(fā)生最大變形的位置,并提出相應(yīng)的控制指標(biāo)。

本文根據(jù)支流改道工程河道水流的特點(diǎn)結(jié)合通航水流條件研究特性,建立三維河道數(shù)學(xué)模型,對(duì)某水電站支流改道工程對(duì)下游通航水流條件影響進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,研究成果表明:支流改道后,隧洞出口水流對(duì)下游航道的影響范圍有限,僅對(duì)出口附近局部區(qū)域內(nèi)水流存在一定影響,且其水位、流速、流向變化值較小,支流改道工程對(duì)下游引航道及其連接段的水流條件無明顯影響,由于數(shù)模中支流出口水流采用斷面流速不均勻系數(shù)來概化模擬隧洞出口水流,所以建議設(shè)計(jì)在支流出口處加設(shè)消力墩等措施使隧洞出流與主河道水流平順銜接,增加工程安全裕度。

應(yīng)用final程序?qū)λ紙厚R岸高邊坡進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,分別研究了清江水布埡南昌市陡邊坡整體三維應(yīng)力場,位移場特征,考慮了巖體結(jié)構(gòu)總體上硬下軟、為層分布等重要特征,研究了邊坡巖體內(nèi)進(jìn)行地下洞室開挖后邊坡力學(xué)狀態(tài)的改變,基于削坡是水布埡馬岸主陡國的重要整治措施之一,研究中進(jìn)行了各種分步開挖工況下的削坡有效性定量研究,對(duì)重要工況同時(shí)進(jìn)行了vi度地震作用下的動(dòng)力作用分析。

針對(duì)突擴(kuò)跌坎應(yīng)用于高速泄流的深孔中其破壞原因眾說不一的問題,通過對(duì)亭子口水利樞紐底孔突擴(kuò)方案的三維數(shù)值模擬研究,分析了突擴(kuò)跌坎型的壓強(qiáng)分布、流速分布、底空腔和側(cè)空腔的形態(tài)及整個(gè)流態(tài)分布,并進(jìn)行了物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果表明,該突擴(kuò)跌坎方案布局合理、有效,且物理模型試驗(yàn)與數(shù)值模擬結(jié)果吻合。

為預(yù)測(cè)閘壩下游局部沖刷坑形態(tài)和發(fā)展,基于fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)當(dāng)卡水電站下游局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內(nèi)復(fù)雜的自由液面,將床面瞬時(shí)剪切應(yīng)力作為泥沙起動(dòng)及運(yùn)輸?shù)乃畡?dòng)力學(xué)條件,計(jì)算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎(chǔ)得到河床高程坐標(biāo)的瞬時(shí)變化;采用改進(jìn)的泥沙起動(dòng)臨界剪切應(yīng)力計(jì)算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時(shí)造成的輸沙率數(shù)值計(jì)算的異常;采用彈簧光順模型及局部網(wǎng)格重構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對(duì)比沖刷坑最終形態(tài)表明,數(shù)值模擬值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值吻合良好,說明數(shù)學(xué)模型計(jì)算準(zhǔn)確,結(jié)果可信。

為預(yù)測(cè)閘壩下游局部沖刷坑形態(tài)和發(fā)展,基于fluent動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)對(duì)當(dāng)卡水電站下游局部沖刷進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。采用vof水-氣界面追蹤方法來處理閘壩下游沖刷坑內(nèi)復(fù)雜的自由液面,將床面瞬時(shí)剪切應(yīng)力作為泥沙起動(dòng)及運(yùn)輸?shù)乃畡?dòng)力學(xué)條件,計(jì)算出不同方向上床底泥沙單寬體積輸沙率,以此為基礎(chǔ)得到河床高程坐標(biāo)的瞬時(shí)變化;采用改進(jìn)的泥沙起動(dòng)臨界剪切應(yīng)力計(jì)算公式,有效地避免了床面坡度接近泥沙休止角時(shí)造成的輸沙率數(shù)值計(jì)算的異常;采用彈簧光順模型及局部網(wǎng)格重構(gòu)模型實(shí)現(xiàn)了閘壩下游局部沖刷坑的三維演化過程。通過分析對(duì)比沖刷坑最終形態(tài)表明,數(shù)值模擬值與模型試驗(yàn)實(shí)測(cè)值吻合良好,說明數(shù)學(xué)模型計(jì)算準(zhǔn)確,結(jié)果可信。