分层环境中异重流运动问题的直接数值模拟

为了研究线性分层环境下的开闸式异重流运动过程的问题,采用改进的高精度直接数值模拟（DNS）模型,在正交坐标系下,以DNS为基本求解器,实现物质运输方程和Navier-Stokes方程同步求解.采用距离函数平滑初始状态的不连续运输方程,利用具有六阶精度的迎风紧致差分格式（UCCD）改进原模型,更准确地求解物质输运方程.通过求解一维对流方程和入侵重力流的模拟结果验证了模型的可靠性.开展泥沙异重流与线性分层环境掺混过程的研究,并获得了高精度数值结果,可以更好地捕捉中间入侵的异重流产生的内波效果.结果表明：该模型不仅可以准确模拟入侵异重流卷吸分层环境水体的过程,还可以准确模拟头部运动位置、异重流卷吸沉降以及能量转换等问题.     

三峡水库香溪河库湾特殊水温分层对水华的影响

三峡水库蓄水后,香溪河库湾暴发了多次藻类水华.通过分析香溪河库湾2008年全年水温分层及水华暴发的空间特性,研究了水体分层特性与水华空间分布的关系.结果表明:三峡水库库首江段在3至4月份出现了水温弱分层现象,垂向温差在1～2℃,基本不暴发藻类水华;香溪河库湾中下游水体因受长江倒灌异重流的影响,呈"阶梯"型分层模式,上游水体因受低温来流底部异重流影响,呈"半U"型分层模式;香溪河库湾水体主要进行"水平"而非"垂直"能量交换,呈现下游深水区水温分层较弱、上游浅水区分层反而较强的特殊空间分布特点;受库湾水温分层结构的影响,香溪河库湾下游近河口段水域水华暴发强度低,上游水域水华暴发强度高;水华暴发率和水体稳定率能够分别反映香溪河库湾水华暴发程度和水体稳定程度特性,二者相关性显著.结合临界层理论能够很好地解释三峡水库干支流水华暴发过程.     

开闸式异重流3维运动现象及不确定度研究

异重流在自然界和工程界非常普遍,对人类工业生产及生活具有重要的影响。利用两台高速摄相机从侧视及顶视记录开闸式异重流3维运动形态,通过重复性试验分析异重流头部位置、速度、高度及角度的不确定度（采用变异系数衡量）,研究与异重流3维运动的关联性。由试验顶视图结果可知,异重流头部位置存在横向差异,异重流运动确实存在3维现象。异重流横向扩散不均匀和水槽边壁摩擦阻力的差异是造成异重流存在3维运动现象的根本原因,不确定度正是因为异重流3维运动而存在,这与试验观测到的异重流头部平面形态由波瓣和沟裂组成的现象一致。试验表明：在所研究时刻及盐度下,头部位置、速度、高度和角度均服从正态分布。当异重流处于加速阶段,头部位置和速度的变异系数随时间迅速递减,减速阶段则维持在定值附近,且变异系数均小于6%;头部高度和角度的变异系数在运动过程中始终维持在定值附近。由试验结果可知,异重流自身3维运动现象所导致的头部位置或速度的不确定度,约等于平均头部位置或速度的5%～6%,可作为日后进行单次异重流试验量测时不确定度的参考依据。     

三峡水库支流库湾水体富营养化及水华机理研究进展

水体富营养化及水华问题已成为三峡水库蓄水以来最主要的水环境问题,弄清水华生消机理并提出有效防控措施已成为三峡水库运行管理的重要工作.结合国内外相关研究现状,分析了大坝建设诱导水华的主要机制,总结了三峡水库水华生消研究成果,阐述了藻类水华生消机理及影响因素.结果表明,三峡水库蓄水后支流库湾最大变化是产生了分层异重流,由分层异重流导致的水体分层是藻类水华暴发的主要诱因,"临界层理论"能够很好解释三峡水库支流库湾水华生消过程.鉴于三峡水库目前仍处于发育阶段,建议后期深入开展支流水华预测预报及其水库生态调度防控工作.     

分层水库异重流试验

采用概化模型试验对典型温度分层水库中异重流的运动特性进行研究.首次在实验室内模拟了水库水体的温度分层.试验显示:在特定条件下,在水库模型入口底部加入高锰酸钾溶液而形成的底层异重流沿库底运行一定距离后会从底坡分离,进入与其密度相同的水层后沿水平方向运行形成间层流.根据试验结果分析了温跃层平均密度梯度与分离点深度和间层流厚度的关系.     

瓦斯爆炸过程中火焰传播规律的模拟研究

在模拟实验和数值计算的基础上 ,研究了瓦斯爆炸过程中火焰传播规律及其加速机理 .研究结果表明 ,障碍物对瓦斯爆炸过程中火焰传播规律有重要影响 .障碍物的存在将使瓦斯爆炸过程中火焰的传播速度迅速提高 .瓦斯爆炸时 ,火焰阵面附近温度较高 ,阵面前附近区域温度梯度变化较大 ,阵面后区域的温度变化较小 .障碍物附近温度很快上升到最大值 ,然后由于化学反应结束及管道壁吸热 ,温度开始下降 .在火焰传播通道上设置的障碍物对气相火焰具有加速作用 ,加速作用的机理主要是由于障碍物诱导的湍流区对燃烧过程的正反馈造成的     

燃气连续性泄漏扩散规律的研究

燃气的泄漏和扩散会对人员和环境造成极大的危害,为此,利用CFD方法对燃气连续性泄漏后的扩散现象进行了数值模拟.以丙烷为例,着重研究了障碍物宽度、燃气泄漏速度、风速、泄漏源与障碍物的距离等因素对燃气的扩散过程的影响.在大量数值模拟数据的基础上,经分析得到了燃气在扩散过程中遇障碍物阻挡时的分布规律.     

基于组分输运模型和RNG k-ε模型的浑水异重流数学模型研究及其应用--研究生论坛稿件

基于组分质量守恒理论,将浑水异重流的运动过程看成是含沙浑水中的泥沙这一组分在水体中的传输过程,建立组分方程,与考虑了平均流动中的旋流流动情况的RNGk-ε方程组进行耦合求解,利用目前广泛使用的商用FLUENT软件进行数学模型计算,并采用室内模型试验进行论证。结果表明:该数学模型可以有效模拟浑水异重流的潜入和前锋运动过程,为深入研究水库、湖泊及河流入海口浑水异重流问题提供了新的途径。借助此模型模拟了水库内汛期浑水异重流运动情况。     

两步计算模式下的三门峡水库异重流模拟

摘 要：针对传统的水深平均异重流模型在实际应用中获取上游边界条件的困难,提出了两步计算模式下的水库明流与异重流耦合模型。浑水明流段与异重流段交替运算,利用潜入点弗汝德数与体积比含沙量的关系作为判别条件确定异重流段的上游边界位置与相应水沙条件,在设置下游边界条件时使用极限吸出高度公式计算异重流出流流量。采用该模型计算了三门峡水库两次异重流的形成、发展与消退全过程。模型预测的异重流潜入位置与观测结果一致,对库区内三个监测断面的异重流到达时间做出了较为准确的预测。计算的清浑水层交界面高程和含沙量过程与实测结果相符,模拟结果反映出浑水水库发生时异重流排沙效率降低的现象。因此该模型可用于水库异重流过程模拟和排沙方案设计。     

自适应速度控制在张力卷取机中的应用

对张力卷取机中的自适应速度控制问题进行了研究,利用西门子公司的张力卷取控制工艺板,将研究的结果应用到了武钢推拉式酸洗线的张力卷取机中,使卷取机在加速减速过程具有良好的张力,取得了良好的效果.     

公共聚集场所疏散通道障碍物对人员疏散安全性的影响

目的分析因障碍物的存在,导致公共聚集场所疏散通道附近人员群集滞留的影响因素.方法利用基于自适应网格生成器技术的人员流动二维元胞自动机模型,实现对具有障碍物的疏散通道上高密度人群流动的计算机模拟.结果可以清晰地观察到人群流动过程中的绕流障碍物现象,以及由于障碍物存在导致疏散通道附近人群滞留与成拱现象.结论在同样的人员密度和初始期望速度情况下,障碍物的尺寸及其与疏散通道的相对位置对高密度人群流动安全性有一定的影响.     

爆震管结构对脉冲爆震发动机性能影响研究

为了探究爆震管结构对无阀自适应式脉冲爆震火箭发动机性能的影响,采用汽油为燃料,富氧空气为氧化剂,对采用不同结构掺混段和障碍物的脉冲爆震火箭发动机进行了工作频率为20 Hz的无阀式多循环实验研究.研究结果表明,渐扩结构掺混段的使用可以缩短PDRE的DDT距离和DDT时间;螺旋凹槽和环形凹槽对DDT过程的加速效果较差;渐扩...     

应力波加载条件下 907A钢-20℃时的动态断裂与止裂研究

在应力波加载(SplitHopkinsonPressureBar)条件下,采用动态分析方法对907A钢在-20℃时的裂纹起裂、扩展、止裂全过程进行了研究.实验结果表明在-20℃时,907A钢的动态裂纹扩展过程是一先加速后减速的过程,其最大裂纹扩展速度V     

不同水库干支流水体交换差异及成因分析

基于2018年3月19日小黑江库湾及糯扎渡水库干流水流、水温、浊度、电导率等监测数据,分析了糯扎渡水库小黑江库湾水动力特征及其成因,并与三峡水库香溪河库湾水动力特性进行对比分析.结果表明:糯扎渡水库干流水体从库湾表层和底层同时倒灌进入库湾,小黑江上游来流从库湾中层流向库湾下游;干支流水温差异决定了小黑江库湾分层异重流的形成过程.上游来流与库湾的水温差异是导致小黑江库湾上游来流和香溪河库湾上游来流以不同形式流出库湾的主要原因;干流水体水温分层结构的差异是导致糯扎渡水库干支流和三峡水库干支流水体倒灌形式不同的主要原因.     

五轴线性插补中进给速度的规划控制方法

针对五轴线性插补时减速点难以预测、仅对平动轴速度规划导致旋转轴角速度/角加速度超限等问题,提出一种进给速度规划控制方法.该方法基于对旋转轴角速度/角加速度的约束控制,在计算出平动轴实际最大可达速度/加速度后再进行平动轴的速度规划,依据平动轴加减速控制规律分别计算加速、匀速和减速阶段的插补周期数量,并将残余距离均匀分配到各减速周期以使最后一个周期结束时刚好到达插补路径段终点.实例验证数据表明,所提出方法无须预测减速点也能准确定位插补路径段的终点,同时旋转轴与平动轴在各自运动学约束条件下可实现加减速过程的协调一致,在提高机床性能及运动控制精度等方面具有较好的实际应用价值.     

考虑干支流倒回灌的小浪底水库异重流模拟

小浪底水库支流众多,支流库容占总库容的41.3 %,干支流倒回灌对干流洪水演进和库区淤积过程有重大影响,为此本文提出了考虑干支流倒回灌影响的水库一维明流及异重流耦合模型。推导了不同类型倒回灌引起的水沙控制方程附加项,并提出了相应的水沙耦合形式的浑水明流与异重流控制方程。针对不同的倒回灌形式提出相应的倒回灌流量计算方法：对于干流水位涨落引起的干支流倒回灌,提出了零维水库法在使用有限体积法的数学模型中的实现方法;对于异重流向支流的倒灌,采用考虑支流底坡影响的异重流倒灌流量公式计算。将这两种方法与已建立的水库一维明流与异重流耦合模型结合,模拟了2006年小浪底水库调水调沙实验的完整过程,对库区内水位下降、上游段冲刷及人工异重流形成与发展均做出了较为准确地模拟。模拟结果显示,干支流倒回灌过程对于异重流厚度变化过程和调水调沙出库沙量有显著影响,对于汛前泄水阶段库区水位下降速度也有一定影响,支流淤积在一次异重流过程淤积总量中可达43.5%。相对于简化干支流倒回灌过程的计算方法,该模型对异重流排沙比的预测效果更好,证明其有助于实现更加科学合理的调水调沙方案设计。     

障碍物位置对瓦斯爆炸火焰传播影响的数值模拟

利用计算流体动力学软件FLUENT研究了受限空间内平行障碍物和交错障碍物对火焰形状的影响.模拟采用500mm×150mm二维矩形空间模型,计算了2个平行障碍物、2个交错障碍物、3个平行障碍物、3个交错障碍物等4种工况下的火焰发展过程.障碍物间距100 mm,阻塞率为0.5.选取k-epsilon Realizable湍流模型,P1辐射模型和涡耗散模型模拟瓦斯爆炸火焰传播.模拟结果表明:受到交错障碍物影响,10ms处已经出现明显的火焰湍流,且交错障碍物具有更大的预热区面积.火焰传播过程与实验相近,模拟结果可靠,为进一步利用数值模拟方法研究瓦斯爆炸相关内容提供了参考.     

城市道路人行横道处驾驶人决策行为规律及损失

为给驾驶人在城市道路人行横道处安全通行提供决策依据,通过进行驾驶人决策与风险感知试验,对驾驶人的感知风险及决策行为进行分析.给出了驾驶人感知风险随机动车速度变化的规律及驾驶人决策行为的损失函数,基于概率论构建了驾驶人碰撞风险概率模型,并标定了在不同车速等级下的行车延误和碰撞风险损失.研究结果表明:当行车速度较低时,驾驶人采取匀速和加速为较优策略,而减速则会增加损失;当行车速度处于中等时,驾驶人采取加速、减速、匀速策略损失相差不大,但以匀速较优;当行车速度较高时,驾驶人对于自身的最优策略应该是保持匀速通过.     

底部倒灌异重流运动特性试验研究

以三峡水库支流库湾广泛存在的倒灌异重流为背景,构建室内物理模型,以入流量、初始水位、温度差3个主要影响因子,设计系列工况对底部倒灌异重流运行特性进行模拟试验研究,分析异重流头部移动速度、交界面高度、头部厚度等主要水力学要素的变化过程及受入流量、初始水位、温度差的影响规律.研究表明底部倒灌异重流头部移动速度沿程呈线性递减,头部交界面沿程呈线性升高,头部厚度沿程呈线性递减.异重流运动稳定后,同一断面处,异重流头部速度随入流量、初始水位及温差的增加而增大,交界面高度随入流量及初始水位的增大而升高;异重流头部厚度受初始水位变化影响最敏感,随初始水位升高而增加.     

静水中抛泥过程泥沙云团下落运动机理研究

采用双流体模型研究了抛泥过程中泥沙云团下落运动机理，并通过实验验证了模型的合理性。试验图像表明，双流体模型比单流体模型更适合于这类问题的模拟。数值仿真发现，完整的泥沙云团下落过程可以分为3个阶段：加速下沉阶段、减速下沉阶段、渐近稳定下沉阶段。前两个阶段表现为水与整个云团的相互作用，类似于各向同性异重流，后一阶段表现为泥沙颗粒自然沉降。泥沙云团在加速下沉阶段所引起水的对称涡与泥沙云团的运动是不同步的，对称涡是引起泥沙云团扩散的重要因素。