基于GIS的新城区水文参数自动提取及应用

传统雨水管网规划与设计中,雨水汇水区主要依据道路网进行概化,不能根据地形自适应地划分,划分后的水文参数计算结果往往和实际情况有出入,针对此,提出了一种基于GIS的水文参数自动提取方法.结合城市开发后的下垫面情况和城市规划设计基础数据,构建顾及路网的地表DEM,运用GIS水文分析工具和GIS空间分析工具自动提取模拟地表的水文参数,并利用GIS几何网络组件构建带权有向雨水排水网络,运用SWMM模型进行降雨径流模拟和管段淹没分析,从而得到雨水管网平面布局最优方案.实验结果表明,使用该方法得到的雨水管网设计方案明显优于传统设计方案.     

低弗鲁德数条件下通气超空泡泄气机理数值模拟

基于RANS方程,采用分相流模型对超空泡在低弗鲁德数条件下的泄气机理进行了模拟,考虑了水-气两相之间的相互作用及重力效应.研究了不同湍流模型对泄气率的影响.得出了不同弗鲁德数和不同通气率条件下超空泡的泄气规律,与水洞试验现象一致.计算结果与经典经验公式对比表明数值方法具有很好的计算精度,对进一步研究通气超空泡的物理机制...     

绝热毛细管两相流特性与实验研究

在对绝热毛细管内制冷剂的流动特性进行研究的过程中，运用两相流漂移模型，并考虑制冷剂在实际流动中存在的亚稳态，开发了绝热毛细管内制冷剂两相流的数值计算程序，对毛细管内制冷剂的流动特性进行了分析；搭建了毛细管两相流实验装置，并将计算结果与实验数据进行比较，结果吻合的较好。     

孔板流量计内空化现象的数值模拟

以计算流体动力学CFD软件为工具,通过引入Schnerr-Sauer空化模型,并结合多相流Mixture模型与RNG k-ε湍流模型,对两通道非标准孔板流量计在空化发生条件下的内部流场进行数值模拟。考查等效直径比β=0.7时,流场中蒸汽体积分数和压力分布的变化规律,入口压力对空化数的影响以及雷诺数对流出系数和压力损失的影响。结果表明:入口压力增加到一定值时,在环隙边缘处首先发生空化现象,并且随着压力的增大,空化发生的区域增大,空化程度加剧;空化数随入口压力的增大而减小;空化效应对流量计的流出系数的影响较大,而对压力损失的影响较小。研究结果对孔板流量计的测量误差原因分析和提高测量精度有参考价值。     

音速喷嘴扩散段形状对流出系数的影响

以满足ISO 9300规定的圆环形喉部喷嘴为基础,设计了没有扩散段、极短扩散段及扩散段长度为喉径共3种不同扩散段形状的喷嘴,采用数值模拟的方法对喉径为13.7 mm和30 mm的喷嘴进行了模拟计算.将模拟计算结果与经验公式及试验结果作了对比,验证了模拟计算结果的可信性.又以30mm喉径喷嘴的模拟计算结果为基础,对不同扩散段形状喷嘴流出系数间存在差异的原因进行了分析.发现与密度场相比,速度场的分布对流出系数的大小起了更加重要的决定性作用;临界流的等效直径与流出系数正相关.     

音速喷嘴入口段形状对流出系数的影响

通过数值模拟的方法对喷嘴入口段形状对流出系数的影响进行了研究.喷嘴形状测量发现,喷嘴入口段的圆心都出现在喷嘴喉部的下游,此结构使得喷嘴的流出系数较理想形状下喷嘴的流出系数有所增加.考虑流量计算中密度、速度与温度的关系,及温度与边界层厚度的关系,推导了流出系数与边界层厚度间关系的表达式.应用推导得到的关联式,对不同喷嘴入口段边界层对流出系数的影响进行预测,其结果和模拟结果相一致.     

朱-王-唐非线性粘弹性本构模型在有限元分析中的实现及其应用

LS-DYNA可以满足用户对某些材料本构关系子程序开发的要求.本文首先编制了各向同性线弹性材料本构模型子程序,计算单轴拉伸作用,得到材料子程序开发的可行性;另外主要编制了飞机风挡材料采用的具有应变率效应的非线性粘弹性朱-王-唐本构模型,结果能很好地对朱-王-唐模型进行描述,特别是应变率对该模型的影响.并用于真实风挡的计算,得到的数值结果与试验值比较吻合.     

环槽流量计的数值模拟与优化

研究流量计内部流场和结构优化,对改善流量计的测量性能和提高测量精度,具有重要的现实意义。将计算流体力学(CFD)仿真试验应用于一种新型差压流量计——环槽流量计,考查不同等效直径比β、前端和尾部长度、等直径段长度以及雷诺数对环槽流量计的流出系数和压力损失的影响。结果表明:随着雷诺数的增加,流出系数逐渐增大并达到稳定值;随着β增大,流出系数先增大后减小;前端及尾部长度对流出系数影响不大,但尾部长度越大,永久压损越小;等直径段长度越小,永久压损越小。根据结果拟合出环槽流量计流出系数的公式,CFD数值模拟作为一种辅助设计和标定手段,有助于指导环槽流量计的现场测试。     

上游流动干扰对V锥流量计性能的影响

用实验方法对具有不同的等效直径比口值的V锥流量计的性能（特性）进行评价。流量计的性能是雷诺数和上游干扰的函数。利用水和油作为被测介质,在一个较宽的雷诺数范围内进行实验。在V锥流量计的上游5D、10D和15D处安装有一个闸阀,利用该阀作为扰流件来研究上游速度分布对V锥流量计的影响。具体的作法是在阀的不同开度（如开度为25％、50％、75％和全开）下做实验。根据实验研究可以看出：V锥流量计的流出系数Cd几乎与雷诺数无关。对于β=0．64的V锥流量计流出系数值为0．7256±1．78％,而对于β=0．77的V锥流量计,流出系数值为0．7315±1．9％。如果在V锥流量计的上游10D或更远处装有扰流件,则不会影响流出系数值。如果在V锥流量计的上游5D处安装扰流件,则Cd值的变化约为6％。     

上游扰流对双锥流量计输出特性的影响

为研究双锥流量计的安装使用条件,利用Fluent仿真软件对50mm管径,直径比β分别为0.5、0.6、0.8的双锥流量计展开了上游半月型孔板扰流件作用下的数值模拟研究,并结合一定的实流实验加以验证模拟计算的正确性.通过速度场与压力场云图信息,定性地分析扰流件与直管段长度对双锥流量计流出系数的影响.最后,利用平均流出系数相对误差作为安装条件影响的主要评价标准,定量地给出了上游半月型孔板下各β所需的最短直管段长度.     

考虑桨叶伺服控制的浮式风机多刚体动力学建模与验证

浮式风机是深远海域风力发电的关键结构,分析其在复杂海况下的动力学响应特征对保障远海风能开发具有重要意义。在初步设计和方案比选阶段,需要开发能够定量把握浮式风机动力学主要特征、且分析高效的一体化分析模型。为此,针对大型Spar式海上浮式风机,建立了多刚体动力学全耦合分析模型。基于Lagrange方程,推导了考虑桨叶转动与桨距控制的8自由度刚体运动方程。结合所建议的多刚体模型,基于Spar式浮式风机1∶50缩尺模型试验实测数据,建立了与试验物理模型相应的一体化多刚体数值模型,并进行了静力、纯风、纯浪以及风?浪联合条件下数值分析结果与试验观测结果的对比分析。采用本文建模理论,建立了OC3?Spar式浮式风机足尺结构数值分析模型,并与常用的风机结构分析软件FAST的计算结果进行了对比分析。通过与上述缩尺物理模型试验和足尺数值模型软件分析对比,验证了浮式风机多刚体动力学分析模型的有效性。     

临界流喷嘴数值模拟研究初探

介绍了国内外有关CFD软件在喷嘴领域内的应用现状。使用Fluent软件对0.95~0.4背压比下,喉径分别为20mm、8mm和2mm喷嘴的流动进行了数值模拟计算。对临界压力比的模拟结果表明:在相同设计临界背压比下,计算得到的临界背压比较设计值低,且随着临界流喷嘴喉径的增加有缓慢地增加。此外,通过计算得到了各喉径下喷嘴流出系数,模拟与实验结果的差异保持在可接受的范围,且有相同的变化趋势。     

一种基于正交试验设计的土中爆炸数值模型确认方法

提出了一种基于正交试验设计的土中爆炸数值模型确认方法。结合相应物理实验数据,该方法将数值模型确认问题转化为确定影响数值计算结果的各因素及其水平最佳搭配的优化问题。采用正交试验设计作为优化手段,达到了用较少的试验次数获得各因素及其水平最佳搭配的目的。通过极差分析,研究了在不同确认准则条件下,各因素及其水平对土中爆炸数值模拟结果的影响。计算结果表明:分别以最小计算耗时和最高计算精度为确认准则时,网格尺寸是影响数值结果的主要因素;以两者综合评估为确认准则时,计算方法是影响数值结果的主要因素。该文提出的这种方法为复杂数值模型确认问题的研究提供了新的思路。     

雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析

采用雷诺平均N—S方程和RNG κ-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力，通过改变来流速度大小和沟槽面布置位置，研究了雷诺数对沟槽减阻特性的影响规律。计算结果表明，来流速度对沟槽减阻率的影响很大，对于一种尺度的V型沟槽，存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围，最大减阻率可迭8．6％；沟槽面在沿来流方向上的布置位置对其减阻效果的影响则非常小。     

爆炸作用下板壳结构响应特性研究

对简单的板壳结构在爆炸载荷作用下的塑性响应特性进行了试验和数值仿真。运用 Hyperworks 和 LS-DYNA 程序,对基于两种不同钢材料模型建立的数值仿真模型进行计算,以试验结果为标准衡量不同材料模型在本试验条件下适用性,结果表明分段线性弹塑性模型适用于钢材料变形研究。得到不同空气域尺度对流固耦合数值仿真结果的影响,在保证计算精度并提高计算效率基础上,计算尺度应当为钢结构尺寸的3~5倍,计算尺度为钢结构尺寸3倍时,计算与测量结果偏差为2.5％;计算尺度为钢结构尺寸5倍时,计算结果几乎与试验值相当。     

异形截面木塑复合材料托盘的数值模拟与实验对比分析

利用有限元数值仿真技术,研究了具有异形截面的木塑复合材料托盘的承载能力。采用自定义截面梁单元建立木塑复合材料的异型截面梁模型;基于该异形截面梁模型,建立了托盘有限元模型,并进行承载能力计算;最后将数值计算结果与实验结果进行对比分析。研究结果表明：数值分析结果与实验结果有比较好的一致性;数值分析方法的计算精度满足实际工程需要。该方法用于具有复杂截面形状的木塑复合材料及制品的研究与开发,能节约实验及研发成本、缩短研发周期。     

基于细观单元等效化方法的混凝土动态破坏行为分析

混凝土材料具有明显的应变率效应,对其力学性质增强机理的认识还不统一。在细观随机骨料模型基础上,采用特征单元尺度划分试件网格,推导了考虑材料拉/压强度应变率效应的细观单元等效本构关系,建立了非均质混凝土材料的细观单元等效化数值模型。基于二维模型对Dilger等混凝土动态压缩试验进行了数值模拟,获得的数值结果与试验数据及随机骨料模型结果吻合良好,证明了细观单元等效化方法的准确性;进而对三维混凝土试件动态单轴拉伸和压缩破坏模式及宏观力学性质的加载速率效应进行了研究。数值结果表明:随着加载速率的增加,混凝土裂纹(损伤)数量增大,混凝土破坏将耗散更多的能量,是混凝土动态强度提高的主要原因。     

基于ABAQUS CEL的高速水冲击载荷仿真与试验研究

针对水陆两栖飞机水箱汲水过程中形成的高速水流冲击问题，开展了高速水冲击载荷特性研究。提出了一种基于调节腔内气压的水冲击试验方法，通过调节储水容器内气压改变水流冲击速度，开展高速水流冲击试验研究；运用ABAQUS CEL数值仿真方法，预设水流初始速度，建立高速水流冲击的有限元模型，分析了水流速度和水管端部与平板间距对于冲击压力的影响。结果表明：数值仿真计算结果与试验结果相差不大，验证了该模型的准确性；水流速度越大，平板受到的冲击压力越大；水管端部与平板的间距越大，平板受到的水流冲击压力越小。     

地铁列车运行引起地表振动的预测模型及其试验验证

针对地铁列车运行引起的地表振动响应问题,提出了一个数值预测模型。该模型根据移动荷载作用下的动力响应解,把地铁列车运行引起的振动问题归结到计算频率-波数域内的传递函数和频域内移动轴荷载的问题上。传递函数采用三维周期性有限元-边界元耦合的数值模型来计算,移动轴荷载主要考虑为频域内轨道不平顺激励下简化的轮轨接触力。利用此模型计算了北京地铁1号线东单站至建国门站区间地铁列车运行引起的振动响应,并利用现场振动试验数据对计算结果进行了验证。结果表明,此模型具有良好的适用性,可应用于地铁列车运行引起的地表振动的预测。     

泡沫铝百叶窗声屏障隔声计算及验证

基于3D有限元法和隔声计算理论,将百叶窗叶片考虑成多孔吸声材料,建立开孔声屏障声学有限元隔声计算模型,并基于此模型分析泡沫铝材料属性对百叶窗声屏障隔声性能的影响。隔声计算模型通过现有理论与试验结果对比验证,理论验证不考虑泡沫铝材料,试验对比验证考虑泡沫铝材料。基于验证后的有限元隔声计算模型,调查泡沫铝材料流阻率和降噪系数对百叶窗声屏障隔声性能的影响。结果表明,声屏障计权隔声量与泡沫铝流阻率近似为线性关系,并且泡沫铝材料流阻率越小越好;声屏障计权隔声量与泡沫铝降噪系数呈指数关系,当降噪系数大于0.55时,进一步提高吸声材料的降噪系数对百叶窗声屏障隔声量影响较小。