湍流模型对喷动床内气、固相流动特性的影响

为了掌握湍流模型对喷动床内气、固2相流动特性的影响规律,采用双流体模型对喷动床内气、固2相流动行为进行了数值模拟研究。运用颗粒动理学理论描述颗粒相应力封闭流体控制方程,使用Gidaspow曳力模型描述气、固相间作用,将数值模拟结果与相关文献的实验结果进行了对比、验证,分析了3种湍流模型及颗粒碰撞恢复系数对喷动床内喷动形式、颗粒速度、颗粒体积分数及颗粒湍动能的影响规律。研究结果表明:湍流模型对喷动床的径向颗粒速度及孔隙率等参数的模拟结果影响不明显,但对喷动床内轴向流动的模拟结果,特别是喷射区及喷泉区内颗粒的体积分数和颗粒湍动能具有显著的影响,标准湍流模型下的床内颗粒湍动能在喷泉区最高,其体积分数云图也能较好地表现喷动的结构。颗粒碰撞恢复系数对喷动床内多相流动的数值模拟具有较强的敏感性,在数值模拟工作中需合理取值。     

三维离散颗粒单元模拟无黏性土的工程力学性质

基于三维离散单元颗粒流理论,引入了在极限剪力状态下颗粒间可以发生滑动的接触本构模型,建立颗粒体试样,并赋予颗粒相应的细观结构参数进行无黏结摩擦材料的三维应力应变数值模拟。通过大量的颗粒流数值试验,从细观力学角度对砂土的工程力学特性进行了初步的模拟研究。对砂土的室内常规三轴试验及其剪切带形成和发展进行了数值模拟,分别对比了不同围压下三维颗粒体试样与室内三轴的应力应变关系曲线,基本再现了试样的加载曲线。通过进一步分析颗粒细观结构参数变化对组成材料的宏观力学的影响及其剪切位移场的形成和发展规律,结果表明颗粒介质之间的摩擦系数、颗粒组成材料的孔隙率对材料的宏观力学行为有比较明显的影响。研究的意义在于理想的颗粒流数值模拟试验能够突破常规的室内土工试验能力及其局限性,对于砂土的细观结构的影响研究成为可能,并且揭示了微观的一些规律,对今后的岩土工程的颗粒模拟提供了有价值的参考。     

一种颗粒阻尼装置的等效减振特性研究

颗粒阻尼是通过在有限封闭空间内填充颗粒,利用颗粒之间的碰撞摩擦等能量消耗作用进行减振的。由于颗粒材料振动响应的高度非线性,在理论上难以直接建立其减振力学机制表达。本文通过动力模型试验和数值模拟建立了一种等效阻尼模型来表征颗粒的耗能特性。首先设计了高精度激光振动位移检测试验平台,对颗粒阻尼结构模型的振动状态进行了位移时程测量,对比分析了不同颗粒阻尼装置的减振规律;在试验基础上,采用颗粒接触有限元模型对颗粒阻尼装置的工作过程进行了数值模拟,通过与试验结果比对验证数值模型及参数选取的有效性;最后将数值模型中的颗粒系统基于开尔文模型表达颗粒阻尼装置的减振效应。物理试验研究与数值模拟结果表明,不同颗粒材料和粒径的颗粒阻尼装置有不同的减振效果;参数合理的等效阻尼模型能有效表达颗粒阻尼装置的减振效果。     

砂土双轴试验的颗粒流模拟

采用颗粒流程序 ,对砂土试样的双轴试验进行了数值模拟。将数值计算结果和室内试验实测结果进行了比较 ,发现颗粒流方法能较好地模拟室内试验。通过改变计算模型中颗粒单元的性质 ,给出了在不同颗粒单元参数时砂土试样的宏观性质 ,其结果对研究土体的本构模型有一定的应用价值     

盾构隧道垂直土压力松动效应的颗粒流模拟

通过对比室内三轴试验和颗粒流程序双轴数值试验结果,确定了颗粒流模拟砂土的细观参数;通过对室内挡板下落试验的颗粒流数值模拟,验证了颗粒流模拟土拱效应的可行性。在此基础上对盾构隧道垂直土压力的松动效应进行了颗粒流模拟,分析了不同盾尾空隙、不同埋深、不同直径和不同围岩时作用在管片上的土压力、土体位移和土体颗粒接触力的变化情况。结果表明,土拱效应主要发生在隧道上部1～2倍隧道直径的范围内,隧道顶部土体通过土拱效应可大幅度减少作用在隧道上的土压力。     

电除尘器波形板与小芒刺线匹配的优化研究

给出了以波形板、芒刺线作电除尘器收尘极、放电极的实验和数值模拟结果。利用可加偏压的边界探头测量电晕放电条件下近板场强和板面电流分布，芒刺距离、刺长对电晕放电的影响规律和决定最佳板距的因素进行了研究。在此基础上，获得与ＺＴ－２４板匹配的小芒刺线的最优几何形状。对波形板配光圆线在放电条件下电场、电流分布作了数值模拟。     

岩石单轴拉伸破坏过程的数值模拟

用三维梁–颗粒模型BPM3D(Beam-Particle Model in Three Dimensions)对岩石材料在单轴拉伸条件下的力学性质和破坏过程进行了数值模拟。梁–颗粒模型是在离散单元法基础上,结合有限单元法中的网格模型提出的用于模拟岩石类材料损伤破坏过程的数值模型。模型中材料在细观层次上被离散为颗粒单元集合体,相邻颗粒单元由有限单元法中的弹脆性梁单元联结。梁单元的力学性质按韦伯(Weibull)分布随机赋值,以模拟岩石材料力学参数的空间变异性。材料内部裂纹通过断开梁单元来模拟。通过自动生成的非均质材料模型对岩石材料的破坏机理进行研究。岩石在单轴拉伸状态下破坏过程细观数值模拟结果显示,岩石材料宏观破坏是由于其内部细观裂纹产生、扩展、连接的结果。数值模拟结果与实验结果的对比分析表明了模型的适用性。根据数值模拟结果对岩石材料的破坏机理进行了探讨。     

干砂强夯动力颗粒定向细观颗粒流分析

通过引进和开发二维颗粒流程序,基于相似理论建立了可以模拟砂土地基强夯加固的细观颗粒流模型,结合小比尺室内细观模型试验,从颗粒细观力学角度入手对干砂在强夯冲击加固过程中的颗粒定向特性进行了数值模拟。结果表明,数值模拟结果与试验结果具有较好的一致性,实现从细观角度揭示干砂强夯动力微观加固机理,研究工作为今后砂土强夯加固宏细观机理研究提供了一条新的思路。     

堆石体三轴剪切试验的三维细观数值模拟

从细观角度出发,采用随机模拟技术建立堆石体的三维随机颗粒模型,基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒间的相互接触,采用损伤软化模型描述细观单元的应力应变关系,当细观单元的损伤度超过损伤阀值时删除该单元,采用Weibull概率分布描述堆石体材料物理力学性质的非均匀性。以水布垭面板堆石坝茅口组堆石为研究对象,进行其三轴剪切试验的变形体离散元细观数值模拟,采用应变控制加载,再现了堆石体的颗粒变形和运动规律。数值计算结果表明,数值模拟能够较好地反映堆石体三轴试验的变形规律,得到的轴向应变–偏应力曲线和轴向应变–体积应变曲线接近试验曲线。从能量角度分析了颗粒变形、颗粒间的摩擦、颗粒的损伤破碎、颗粒运动在加载过程中对系统的贡献。     

关于土渗透系数颗粒流细观参数研究

利用颗粒流程序PFC2D对地下水的渗流作用进行了模拟,给出了颗粒流数值模拟确定渗透系数的方法,并对与渗透系数有关的细观参数进行了参数分析,并与渗透系数建立了关系.文中结论为颗粒流理论模拟地下水渗流相关的岩土工程问题提供了依据和理论基础.