二沉池动态仿真模型研究

基于固体通量理论和沉淀池内各层质量守恒,建立二沉池一维动态模型。利用VS对该模型进行编程,此模型能够模拟二沉池内不同时刻、不同深度污泥浓度以及最终出水及底流浓度,通过模拟数据和实际数据的比较,来验证模型的合理性。     

三维耦合Timoshenko梁功率流主动控制研究

研究了三维耦合梁结构中的功率流传播与主动控制。首先基于Timoshenko梁理论,采用行波方法建立了包含弯曲波、纵波与扭转波的三维耦合梁结构动力学模型,并获得了其精确动力学响应;进一步得到结构中传播的主动功率流,分析了纵波与扭转波对总功率流计算结果的影响;以主动功率流为目标函数,优化得到了最优控制力的大小与相位,然后对结构施加最优控制力,最终实现了三维耦合梁结构的功率流主动控制;进行了数值仿真,结果表明:采用行波方法计算三维耦合梁结构的动力学响应准确可靠;在进行三维耦合梁结构功率流计算时,需考虑纵波和扭转波的影响;包含剪切变形和转动惯量影响的Timoshenko梁模型较Euler-Bernoulli梁模型计算的结果更为精确,且在中、高频段尤为突出;功率流主动控制可以明显降低三维耦合梁结构在频域和空间域中的振动功率流,且最优控制力的微小偏差与误差传感器的位置对控制效果的影响较小。     

粉粒体斜面慢速流的三维颗粒流程序仿真

为了研究粉粒体斜面慢速流的机理,在分析粉体流动性影响因素的基础上,应用颗粒离散元法三维颗粒流程序建立斜槽仿真模型并进行三维流动过程模拟,观察颗粒在斜槽内的流动情况及单个颗粒在流动过程中的受力、位移和速度,测量颗粒内部力场和颗粒速度场变化。结果表明,随着斜槽倾角的增大,粉粒流的速度呈连续、不均匀增大,堆积颗粒之间的接触力与不平衡力显著增大,并对流速产生一定的影响。     

考虑接触非线性的航行体出水结构动力学分析

水下发射航行体在出水过程中,随着沾湿表面积减少,航行体与周围流体相互作用而产生时变流固耦合效应,并引起结构动力学特性的变化。同时,考虑到航行体通常采用舱段式结构,各舱段在连接处存在非线性接触问题,对结构动力学特性也存在实质性影响。在考虑上述因素影响的情况下,将航行体简化为Timoshenko梁模型并利用有限元方法对结构动特性和动响应进行计算分析,得到了出水过程时变流固耦合效应及连接刚度非线性对航行体结构固有频率及动力响应的影响规律,在此基础上进一步分析了连接结构、载荷及出水速度的变化对结构动响应特性的影响。     

斜交简支梁桥纵向地震碰撞反应精细化研究

为精细化分析简支斜交桥地震碰撞反应,首先基于Hertzdamp碰撞理论,采用开放式地震模拟软件OpenSees建立能够考虑碰撞过程中摩擦作用的简支斜交桥精细化计算模型;然后从动力特性、动力反应层面验证模型的可靠性;最后采用三维精细化计算模型分析斜度、摩擦对斜交简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响。结果表明：梁体与桥台间最大碰撞力的产生位置随着斜度的变化而改变;最大碰撞力的大小不仅与斜度有关,而且与斜交桥梁端与桥台间摩擦系数也存在一定关系;摩擦作用削弱了斜度对梁端锐角处纵向最大位移的影响,大幅度减少上部结构峰值转角,使峰值转角最大值滞后在较大斜度时出现;不考虑摩擦作用会高估锐角处梁端纵向最大位移反应。     

高速列车过隧道对弓网动力学影响分析

为研究高速列车通过隧道时产生的受电弓空气动力学效应对弓网动力学性能的影响,分别建立了受电弓/高速列车空气动力学仿真模型和弓网耦合系统动力学模型。采用滑移网格技术实现了高速列车运动,通过有限体积法求解三维瞬态可压缩Navier-Stokes方程和 两方程湍流模型,计算了列车速度为350km/h通过隧道时受电弓的气动抬升力,对考虑和未考虑列车通过隧道产生的受电弓气动抬升力作用时的弓网动力学响应进行了对比分析。计算结果表明,受电弓气动抬升力在隧道入口和出口时出现峰值,隧道内的气动抬升力较明线上大;通过隧道时产生的受电弓气抬升力变化对弓网接触压力和接触线抬升位移具有显著影响,导致受流质量变差。     

辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射特性的影响

为了分析不同车轮辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射特性的影响,建立了车轮有限元-边界元混合振动声辐射模型。首先,根据车轮实际拓扑结构建立三维实体有限元模型,采用分块Lanzos法求解结构的特征值问题,然后采用模态叠加法计算车轮结构在法向单位力激励下的动态响应,将车轮外表面的速度处理成声学边界元的输入,计算车轮的辐射噪声。数值计算中,考虑了S型、直型和波浪型三种辐板型式和轮缘、名义滚动圆处和车轮外侧三个轮轨接触点位置。结果表明,辐板型式和轮轨接触点位置对车轮声辐射具有较明显的影响。而且,不同辐板型式车轮在不同轮轨接触点位置下的声辐射特性也不尽相同。数值分析可以为低噪声车轮的选型提供一定的参考。     

方柱绕流的二维和三维数值模拟

为了深入研究方柱绕流中流动情况,详细分析方柱受力,通过采用标准k-ε模型和DES模型,运用有限体积法对单方柱绕流进行了数值模拟,着重研究了流场形态、升阻力系数变化曲线,给出了流场中方柱在不同雷诺数下受到的升力和阻力的变化情况.通过与前人的实验和数值结果比较,证明了DES计算模型对于三维钝体绕流计算是可行的.表明三维数值模拟优于二维数值模拟,且随着雷诺数的增加,CD的平均值增加而St数先增大再减小.     

平流式沉淀池二维数值模拟——数学模型及计算方法的验证

建立描述沉淀池内的水流流动、混合与沉淀特性的k-ε双层模型及传质沉降模型,速度与压力解耦时使用了SIMPLE算法,采用交错网格技术布置变量,利用混合有限分析格式来离散求解所建立的数学模型。结合文献中经典的实验结果进行数学模型及计算方法的验证：首先检验了不同雷诺数范围内水流由池底进入时模型的预测能力,与Imam等的速度场（Re=10900）及挡板后方回流涡长度（雷诺数从2500～25000）进行了比较,验证了模型的有效性;与Imam等的实验及计算所得过流曲线进行了比较,结果表明本文预测的结果精度更高;低浓度污染物〈150～200mg／L时,固相对液相的影响可以忽略,所建立的沉降模型可以预测沉淀池内污染物的去除率,计算结果与其它文献值吻合良好;水流入口从池子中部进入时流场发生了变化,入口处出现了两个旋涡,预测结果也得到了验证。因此作者所建立的数学模型及求解方法可以用来预测沉淀池内低悬浮物固体浓度污水的流场,传质与沉降特性。     

新月形薄覆冰导线气动力特性数值模拟研究EI北大核心CSCD

通过CFD方法对亚临界状态下的圆柱绕流开展了数值模拟,将不同计算工况下的平均风压、平均风速、脉动风速、斯托劳哈数(St)等结果与试验结果进行对比,研究了近壁面网格及展向长度对结果的影响,比较了LES与k-ωSST湍流模型的计算结果。在此基础上,针对覆冰导线分别建立二维与三维计算模型,计算了新月形薄覆冰单导线的气动三分力系数,并与试验结果进行对比。利用覆冰导线表面风压分布特性对空气动力学参数随攻角变化出现的尖峰现象进行了分析。结果表明,二维与三维覆冰导线模型存在较大区别,采用三维计算模型是必要的,展向长度取3倍导线直径能取得较好的计算结果。     

液化气体汽车槽罐缺陷评估及修复

液化气体在工业生产和民用等方面应用广泛,其运输工具为液化气体汽车槽罐。槽罐与＂V＂型支撑连接焊缝受运输振动等因素影响,易出现裂纹缺陷,且易过渡到罐体母材上。对一实例缺陷进行了原因分析,对槽罐的使用寿命进行了评估,给出了缺陷修复工艺和预防措施。     

Simulation Research of Vaporization and Pressure Variation in a Cryogenic Propellant Tank at the Launch Site

In order to improve depiction of pressure variation and investigate the interrelation among the physical processes in propellant tanks, a 2D axial symmetry Volume-of-Fluid (VOF) CFD model is established to simulate a large-sized liquid propellant tank when the rocket is preparing for launch with propellant loaded at the launch site. The numerical model is considered with propellant free convection, heat transfer between the tank and the external environment, thermal exchange between propellant and inner tank wall surfaces, gas compressibility, and phase change modeled under the assumption of thermodynamic equilibrium. Vaporization rate of the vented LH2 tank and prediction of pressure change in the tank pressurized with GHe are obtained through simulation. We analysis the distributions of phase, temperature, and velocity vectors to reveal interactions among the propellant’s own convection motion, heat transfer and phase change. The results show that the vaporization rate is mainly affected by heat leaks though the tank wall when the tank is vented, but it does not completely accord with the trend of the leakage because of convection motion and temperature nonuniformity of the liquid propellant in the tank. We also find that the main factors on pressure variation in the pressurized tank are the heat transfer on the tank wall surface bonding the ullage and propellant vaporization which has comparatively less influence.     

相变蓄热球对水箱热分层特性影响的实验研究

相变蓄热技术是提高太阳能利用效率的重要途径之一。本文基于三水合醋酸钠,搭建了一套相变蓄热水箱实验系统,在初始水温为80℃、进水温度为5℃的工况下,测试得到了水箱的热力学特性,并基于水箱内各温度点随无量纲时间的变化,采用填充效率和混合数分析法,分析了相变蓄热水箱的热分层特性。实验结果表明:当水箱温度为80℃时,普通水箱和相变蓄热水箱的能量分别为18.81 MJ和19.34 MJ。进口体积流量相同时,相变蓄热球越靠近水箱进口,水箱的热分层效果越好。普通水箱的热分层效果要强于相变蓄热球在第1、2和3层时,但弱于相变蓄热球在第4层时。当进口体积流量为9 L/min、t^*=1时,相变蓄热球在第1层和第4层时的填充效率分别为0.497和0.581,而普通水箱的填充效率为0.573。随着进水流量的增大,水箱内混合程度升高,斜温层厚度变大,水箱分层效果下降。当进口体积流量大于7 L/min且相变蓄热球位于底部时,相变蓄热水箱的热分层特性最佳。     

防晃水箱控制高层建筑地震反应的理论研究

防晃水箱是在一般水箱内安置环形防晃板，在高层建筑顶部设置这种水箱可以对建筑物的地震反应作被动控制。本文对这一系统进行了数值模拟，考虑了水箱和结构间的相互耦合作用，研究了水箱对建筑物地震反应的影响，数值分析为合理设计水箱提供了理论依据。     

Expansion of clouds from pressurized liquids

This paper deals with the cloud formed by the expansion of a pressurized liquid as a result of tank rupture. Effects of combustion are ignored in this cloud model and the only energy for cloud formation is that of the pressurized liquid before tank rupture. The present cloud model is applicable to the rupture of a tank containing a volatile non-flammable or flammable liquid before ignition. The rupture of a tank of non-volatile flammable liquid can also result in the formation of a cloud if the liquid is heated before tank rupture. Although the latter case can be treated by the methods described here this paper is focussed on the type of cloud formed by liquids that are normally volatile at ambient temperature and are shipped pressurized at that temperature.     

边壁周期性不规则国柱形储液罐的动态特性分析

对罐壁具有ｃｏｓ(ｍθ)（ｍ＝１,２,…）型初始不规则的立式圆柱形储液罐的动态特性进 行了理论分析,探讨了初始不规则对储液罐固有频率的影响。借助于速度势函数推导了罐中 的液体动压分布。文中将初始不规则看成是初始位移,采用半解析有限元法处理罐壁,由 Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理推导了储液罐的自由振动方程。在该方程中不仅考虑了初始不规则对液体动压 的影响,也考虑了初始不规则所引起的罐壁环向振型间的耦合作用。算例结果表明,边壁初 始不规则对某些固有频率的影响是不容忽视的。     

破片撞击燃料箱时水锤效应的数值仿真研究

为了揭示高速破片对燃料箱的毁伤机理,采用数值计算的方法研究了单破片、多破片撞击燃料箱所形成的液压水锤效应,计算分析了单枚破片的撞击速度和多枚破片之间的距离对箱体变形的影响。结果表明,单枚破片高速撞击燃料箱时,撞击速度每增大100 m/s,变形高度增加4.3%;当多枚破片以1400 m/s的速度撞击燃料箱时,破片之间的距离越小,箱体的变形量越大;当燃料箱体的变形最大时,破片间距为8.3倍破片直径。     

LNG低温储存容器的结构及适用性分析

重点介绍真空储罐、子母罐、双层球罐及低压储罐国内现有的4种LNG低温储存容器的结构。基于储存容器的不同特点,分析了各自的适用性,并对其优缺点进行了对比。     

桔瓣式球型储液罐爆破振动响应分析

为研究深孔台阶爆破工况下,爆区中远端既有桔瓣式球型储罐振动响应问题,采用ANSYS/LSDYNA建立有限元模型,结合流固耦合算法,分析了不同起爆方式下球罐关键质点动态响应情况,重点研究了罐壁处不同质点的振动峰值速度和罐内储液对峰值速度的影响。结果表明:爆破地震所引起的振动破坏效应主要集中于球罐迎爆面罐壁与支柱连接处,其中罐壁与支柱连接处附近最为剧烈,易突破振速安全阈值,需要重点防护;采用延时起爆,减小药量等合理起爆方案可有效削弱爆破地震效应;适量调整罐内储液高度也可有效提高球罐自身的稳定性,起到有效的防护作用。     

大型方形卧式真空罐的强度研究

本文针对大型方形卧式真空罐进行设计及强度分析,设计出罐内壁长15 m,宽5 m,高6.5m的大型方罐,方罐罐口和罐门的法兰采用方管直接焊接成法兰的新型形式,利用有限元方法分析所设计的真空罐的强度,得到真空罐受力后的变形和应力,结果表明设计合理可行.