内燃机分支管道三维不稳定流场的数值模拟

为了提高换气系统流动性能，采用数值计算方法，对内燃机换气系统直分支管道和弯曲分支管道分别进行了稳定流动和不稳定流动的数值模拟计算，模拟计算采用三维、可压、粘性、湍流模型，通过研究发现，分支管道内速度、压力分布比较均匀，在支管入口处有一回流区，最大速度、最大压力以及压力梯度出现在支管、总管接口处总管一侧；在相关尺寸大致相同的情况下，直分支管道与弯曲分支管道流场分布随时间的变化无太大差别；由于分支管分流的作用，两种类型分支管道中各参数随时间变化程度基本相同，计算结果可作为换气系统管道简化计算和接口边界简化处理的理论依据。     

环口板加固T型圆钢管节点的应力集中系数

由于焊接钢管结构在焊缝处的刚度具有不连续性,因此,该部位存在很高的应力集中现象。局部高应力的存在,使节点在长期循环荷载的作用下,会产生微小的疲劳裂纹,而疲劳裂纹的扩展最终会导致整个节点的疲劳破坏。在研究管节点疲劳破坏时,主要通过热点应力幅(S-N曲线方法)确定其疲劳寿命。在计算焊缝处的热点应力幅大小时,经常用到焊缝周围的应力集中系数。本文对4个环口板加固T型圆钢管节点试件以及相应的4个未加固试件的应力集中系数进行了试验研究。通过试验测试和结果分析,得到了轴向荷载下环口板加固试件及未加固试件沿焊缝的应力集中系数分布,通过比较发现,环口板加固后的T节点试件的应力集中系数相对于未加固试件有明显减小,说明这种加固措施可以提高管节点的疲劳寿命。     

基于PIV的明渠紊流压强场测量技术研究

基于粒子图像测速（PIV）的压强场测量技术可实现流动内部瞬时压强的非接触式、高时空分辨率、全场测量。本文采用欧拉法根据时间解析的速度场重构压强梯度场，再采用虚拟边界全向积分法结合边界条件得到压强场，实现了基于PIV的明渠紊流压强场测量技术。为了使用基于PIV的压强场测量技术准确测量明渠紊流压强场，利用时间解析的明渠紊流直接数值模拟数据和PIV速度场对该测量技术的精度、误差来源及主要影响因素进行了分析。基于本文数据，发现该测量技术的测量结果几乎无平均偏差，但均方根误差相对较大约为25%；通过分析由速度场重构压强梯度场及由压强梯度场积分得到压强场两个阶段的测量误差表明，压强场测量误差主要发生在由速度场重构压强梯度场这一阶段，主要受流场测量参数和边界条件给定方法的影响。进一步分析了上述主要影响因素对压强测量误差的影响规律，发现压强场测量误差随流场采样间隔的增加而增大，随流场测点间距的增加先减小后增大；基于本文数据得到在内尺度无量纲测点间距约为7时误差最小，但该测点间距最优值的普适性尚待更多数据支撑；在矩形测量区域边界4个角点布置压强边界点时，压强场测量误差会显著降低。将该压强场测量技术初步应用于明渠均匀紊流，发现时均压强测量结果较为准确，压强紊动强度测量结果误差相对较大，但垂向分布趋势接近。研究结论为明渠紊流压强场的实验测量提供理论依据和实践参考。     

钢管壁厚对管节点疲劳性能的影响

评述了管节点疲劳裂纹的扩展过程的疲劳寿命的估算方法，分析了海洋平台Ｔ型管节点焊险近的应力分布情况，在试验和节点应力分析的基础上，按断裂力学分析方法进行疲劳寿命，得出了管节点疲劳性能与壁厚关系和计算公式。     

电厂主蒸汽管道的寿命评价

本文应用连续损伤力学理论与有限元法耦合的方法，研究开发了电厂主蒸汽管道的寿命评价软件。利用该软件可预测高温高压管道寿命；估算服役管的剩余寿命；模拟管道裂纹的扩展过程。文中针对材质为１２Ｃｒ１ＭｏＶ的蒸汽管道进行了高温力学性能实验，计算了服役管的剩余寿命，取得了令人满意的结果。     

流体输送管道的固-液耦合特性

用有限元法推导流体输送管道固－液耦合振动方程，得到反对称的固－液耦合阻尼矩阵和对称的固－液耦合刚度矩阵。用QR法计算管道的前四阶固有频率。分别讨论了流体流速、压强变化以及固－液耦合阻尼和刚度对管道固有频率的影响；给出了不同边界条件管道的临界速度和管道前四阶固有频率－流速曲线。这对于火箭发动机燃料馈给管道、水轮机供水管道、城市集中供热干管、输水母管、石油集输管线等的研究与设计都有参考意义。     

轻型码头结构提高疲劳寿命的方法研究

结合大连新港新建30万吨级(兼靠45万吨)进口原油码头工程,研究离岸深水港码头导管架结构在系泊船舶撞击下的疲劳损伤.采用通用有限元程序ANSYS计算船舶撞击作用下导管架平台的内力与结构构件的名义应力,通过应力集中系数换算,得到管节点的热点应力.采用挪威船级社(DNV)规范的S-N曲线对该热点应力进行校核,从而获得码头导管架在船舶撞击作用下的疲劳寿命.通过对比疲劳寿命的计算结果可知,采用灌浆管节点,可有效降低管节点的应力集中系数,提高结构的疲劳寿命.     

多次补焊对T型焊接接头疲劳强度的影响

研究了高强钢T型接头焊缝多次补焊工艺及经过多次补焊后接头材质的变化规律和多次补焊对疲劳性能的影响,对高强钢进行了疲劳实验,并推出了疲劳寿命公式.根据Nishida公式计算出每次补焊后焊址的应力集中系数及其与补焊次数的关系,为船检局修改规范,对平台进行多次补焊提供了实验依据.     

多层住宅烟道内流场的仿真研究

为了探明多层住宅烟道串味的机理，采用κ-ε湍流模型，利用两相流理论，对多层住宅烟道内的流场进行数值模拟，得到烟道内的压强、速度和体积分数分布图．结果表明：在第一支烟道与主烟道的交汇处压强梯度较大，一楼排放的烟气大部分向上流动，第二支烟道附近油烟的体积分数梯度大、     

连续梁桥上CRTS双块式无砟轨道疲劳特性

为探讨梁轨非线性互制作用下连续梁桥上双块式无砟轨道系统静动力荷载下结构响应，预测桥上无砟轨道结构的疲劳寿命，基于梁轨相互作用原理与车辆-轨道-桥梁耦合动力学原理，以昌景黄铁路某(40+64+40)m连续梁为研究对象，采用有限元方法建立了考虑桥梁、支座、底座板、道床板、扣件和钢轨等构件及结构层间非线性约束的连续梁-CRTS双块式无砟轨道的一体化空间分析模型，研究列车静活载作用下桥梁、道床板、底座板及钢轨的动力响应特性与无缝线路纵向力分布规律，分析连续梁桥上无砟轨道结构疲劳特性。结果表明：温度荷载作用下钢轨最大压应力位于连续梁两端，最大拉应力位于桥梁跨中；竖向荷载作用下钢轨最大拉应力位于连续梁桥墩，最大压应力位于桥梁跨中；制动荷载作用下钢轨拉、压应力极值均位于桥梁桥墩；钢轨纵向力由温度荷载控制，最大应力为143.1 MPa,满足规范要求；列车动载作用下，简支梁和连续梁上钢轨最大拉、压应力相当，道床板最大拉应力出现在连续梁跨中限位凹槽附近，其板底拉应力大于板顶，底座板最大拉应力出现在连续梁主墩附近，且板顶和板底的拉、压应力基本相同；列车动载作用下，钢轨最易破坏处寿命约27.1 a,道床板和底...     

气固两相分支管路输送特性的试验研究

在水平T型分支管道中,用压缩空气对平均粒径为0.25 mm砂石进行气力输送试验。通过试验,当输送气速和分支管路流量控制阀开度变化时,对分支管路各自的阻力特性和固相颗粒在各分支管路中的流量分配特性进行了研究。结果表明,在发送压力保持不变的情况下,随着表观气速的减小,气固两相流在各分支管路单位长度上的压差,当开始时逐渐减小;但当气速下降到一定程度后,各分支管路单位长度压差转而增大;当各分支管路流量控制阀的开度差值变大时,分支管路各自的单位长度压差曲线逐渐远离,而固相颗粒在分支管路中的流量分配情况也发生较大变化。     

天然气管道带气开孔补强结构的应力分析

为了探讨天然气管道带气开孔特殊开孔补强结构受压后的应力情况,利用有限元分析软件对天然气管道带气开孔5种模型进行了有限元建模及应力场分析.5种模型分别为整补、方补、仅焊支管、先焊支管再焊圆形补强圈和先焊支管再焊方形补强片.分析结果显示：整补和方补最大应力位于接管与补强片连接拐角处,其他3种模型最大应力位于主管开孔边缘下表面拐角处;在支管直径与主管直径之比为2/3,管内压力为0.6 MPa时,5种模型的最大应力分别为53.324 MPa、52.878 MPa、59.006 MPa、48.662 MPa和34.806MPa.对于20号钢和Q235材料,补强结构受压后符合强度要求.整补和方补最大应力相差不足1MPa,整补模型的下半瓦片对开孔接管处的补强效果不明显,一般情况下采用方补即可;而先焊支管再焊补强件较整补和方补,最大应力下降较多,补强效果较好;先焊支管再焊方形补强片的补强效果最好,建议在带气开孔中采用此方式.     

水平管内自然对流对热进口段空气强制对流传热的影响

本文研究了水平管内空气层流强制对流传热时,自然对流对热进口段传热和流动的影响。数值计算结果显示：速度和温度分布因自然对流影响变形为非对称,速度最大值和温度最小值向管下部偏移。对流传热系数在圆周上的最小和最大值分别出现在管顶部和底部,二者之差最大可达5倍,其平均努塞尔特数明显高于无自然对流影响的强制对流。     

异程布置的冷冻水系统管网水力特性计算方法

大型中央空调冷冻水系统管网水力特性精确计算是研究其优化设计和运行的必要条件,简化模型因计算误差大而无法应用于大型管网拓扑结构的水力计算。以异程布置的冷冻水系统为研究对象,在充分考虑末端支路温度调节阀调节特性的基础上,建立了管网水力特性精确数学模型,提出了虚拟流量的计算机逻辑算法。以10个AHU支路的异程式管网为仿真计算对象,计算该管网最小供回水压差以及不同供回水压差条件下的各支路温度调节阀开度和实际流量,计算结果符合异程式管网存在较大压力不平衡的固有特性。该计算方法能够确保计算收敛,实现了利用一个逻辑程序计算管网各种水力特性,为异程式管网水力特性研究提供了参考价值。     

复杂服役环境下高压阀门疲劳可靠性数值分析

高压阀门因长期处于高温、高压工况下,同时还需承受温度场、流场和压力场等多个物理场的耦合作用,故在使用较短的时间后就可能因产生裂纹、泄漏、疲劳破坏等而失效。为了提高高压阀的抗疲劳可靠性,基于疲劳累积损伤理论,运用名义应力法得到耦合作用下阀门的疲劳寿命,并借助于ANSYS仿真软件对其进行模拟,得到了阀门在高温高压环境下稳定工作的温度场和应力场的分布规律。仿真结果表明:阀门工作过程中,受到损伤最大的区域为其入口和出口靠近锥阀槽内的转角处,可采取对该部位进行热喷涂以减少结构突变、增大过渡圆角以使结构强度分布均匀、选择更合适的材料等措施进行改善,从而提高阀门的可靠性。     

圆管层流脉动流动的数值模拟

为研究圆管层流脉动流动特性,建立了二维非稳态轴对称模型,对壁温恒定、入口速度周期性变化的流体进行数值模拟.分析了速度振幅和频率对层流流动的影响,得到了频率和振幅对压力、温度、壁面摩擦系数影响的规律.研究表明:脉动流动时,压力、温度、壁面摩擦系数围绕相同Re下稳态流动时的数值波动;压力与速度之间存在相位差;压力、壁面摩擦系数的波动与速度振幅和频率成正比;温度的波动与速度振幅成正比,与频率呈反比;当流体脉动的频率和振幅足够大时,会在近壁面处出现回流,并且出现回流的时间会随着频率和振幅的增大而增长.     

气体钻井钻具内气体冲蚀机理研究

采用计算流体动力学方法建立高速气体冲蚀无刺孔钻杆接头和具有腐蚀坑的钻杆接头模型。无刺孔的钻杆接头内,只有钻杆内产生腐蚀坑后,流场才变为钻杆本体刺漏的主要影响因素之一;钻杆带有腐蚀坑时,其钻杆内的最大流速远大于无腐蚀坑钻杆内的最大流速;钻杆的穿刺及断裂主要是由于裂纹从钻杆内壁向外壁不断扩展的结果。     

宾汉流体湍流流动的理论研究

依据宾汉流体本构方程,建立了适用于求解宾汉流体湍流流动的控制方程。采用压力加权校正算法,实现了宾汉流体速度场与压力场的关联。在理论研究基础上,对圆管内宾汉流体湍流流动进行了数值研究,取得了与已有的实验结果吻合较好的结果;同时,对直圆管内宾汉流体屈服应力和塑性粘度对湍流流动的影响进行了探讨。     

运动参数对回转体倾斜入水流场特性影响

为分析回转体低速倾斜入水过程中入水空泡形态及流体动力特性演化规律,基于Fluent流体计算平台,并利用动网格技术,针对小型回转体以不同入水速度和入水角度的倾斜入水过程开展数值仿真研究.数值仿真结果与试验结果良好一致性,证明了文中数值仿真方法的正确性与有效性.基于该数值仿真方法,针对不同入水速度和不同入水角度回转体低速倾斜入水过程流场特性进行分析.数值计算结果表明:在距离自由液面相同位置处,回转体倾斜入水产生所产生的入水空泡,其直径随着入水速度的增加而小幅增大,随着入水角度的增加而减小;入水速度对流场中压力分布规律有较大影响,在同一入水深度处不同入水速度回转体入水过程中流场的最大压力随着入水速度的增加而增大;入水角度对回转体附近流域的最大压力影响较小,但最小压力随着回转体入水角度的增加而增大;不同入水角度回转体,母线压力峰值位置随着入水角度的增加而逐渐向母线右端点偏移,但其值差别较小;不同入水速度回转体其阻力系数峰值差别不大,不同入水角度阻力系数峰值随着入水角度的增加而增大,但稳定后的阻力系数值随着入水速度的增加而减小.     

雨水口泄流对城市洪涝影响的数学模型

为了研究雨水口泄流对城市洪涝的影响,建立包含雨水口泄流计算模块的平面二维水动力学模型. 采用典型街区结构的水槽试验数据对模型进行率定和验证,超过85%的测点纳什效率系数大于0.77. 将模型应用到英国Glasgow的城市街区,采用综合流速公式和孔流堰流公式计算的排水总量最大差值占总水量的26.5%,前者考虑侧支管对雨水口泄流能力的限制作用,更符合实际情况. 与不考虑雨水口泄流相比,采用综合流速公式计算雨水口泄流后,最大淹没范围减少29.4 %,主干道上最大积水水深减小0.395 m,最大积水水深处的洪水波到达时间延后100 s.