均匀流作用下悬浮隧道管段水动力参数分析

为研究断面形状对悬浮隧道管段绕流升力系数以及阻力系数的影响,采用RNG k-ε湍流模型,通过ADINA流体模块对8种不同几何形状、高宽比系数的悬浮隧道管段在均匀流作用下的绕流场进行了数值模拟,分析了悬浮隧道管段绕流升力、阻力系数的变化规律。结果表明：管段曲率是影响绕流场的重要参数,减小高宽比系数,采用平缓曲率断面可显著减小绕流升力、阻力系数;具有棱角的方形、长方形断面绕流升力、阻力系数均较大,压力变化复杂,不利于结构稳定;在相同断面面积的条件下,采用多边形断面以及曲边形断面设计可以大大减小绕流升力、阻力。     

高地应力巷道断面形状优化数值模拟研究

选取矩形、直墙半圆拱形、马蹄形、三心拱形、圆形和椭圆形6种巷道断面形状开展优化研究.采用FLAC5.0数值模拟软件研究了几种典型断面在岩体中开挖后巷道围岩塑性区分布、围岩主应力差分布和围岩变形特征,分析了不同侧压系数λ对它们的影响,在此基础上提出了巷道支护"等效开挖"的理念和"无效加固区"的概念.断面形状对高地应力巷道围岩主应力差分布影响不大,但等效开挖半径决定围岩塑性区分布,无效加固区越大,在巷道周边产生变形就越大,反之亦然.高应力巷道应根据λ的大小和主应力方向选择合理断面形状是圆形或椭圆形.     

顶板不平整巷道断面风速分布的多因素影响

表面粗糙度对于巷道通风及断面风速分布产生重大影响.本文从理论上定义了巷道中的壁面粗糙度(Ra),并基于顶板粗糙度的正态分布,建立了不同情况下的三心拱巷道模型,利用Fluent软件系统地研究了进口风速、顶板粗糙度和巷道高度对风速分布的影响.模拟结果表明,在Ra=0.1 m时,风速与从壁面到中心风速达到80％的点的距离(D...     

工业厂房自然通风热环境的数值研究

运用CFD技术对某典型工业厂房的自然通风进行了数值模拟。研究了热源、污染源参数一定时,不同进风口离地高度对厂房工作区热环境及污染物浓度分布的影响。分析了带热源工业厂房热环境的主要特点,认为评价这种高温环境时,应同时考虑工作区风速及建筑内壁面辐射的影响。为此,采用热应力指数HIS作为这类热环境的评价指标。结果可以看出,对于热源具有一定的高度的工业厂房,适当提高进风口位置,不仅可以增加自然通风量,提高工作区空气流速,改善工作区热环境,而且有助于降低厂房平均污染物浓度。随着H的增加,通风量和工作区风速增大,热应力指数和污染物浓度减小。当H增加到1.2m后,通风量和工作区风速基本不再变化。     

火源横向位置对隧道火灾烟气分岔流动影响

当发生隧道火灾时,纵向通风方式常被用于人员疏散和排烟,而纵向风速较大时,烟气将发生分岔流动,导致烟气层整体性被破坏,对人员疏散造成威胁.火源横向位置对隧道火灾烟气流动有显著影响,通过数值模拟对不同火源横向位置时烟气分岔流动特性进行了研究.结果表明,随着火源向侧壁靠近,烟气由对称型分岔流动转变为不对称分岔流动.当火灾发生在侧壁附近时,烟气转变为"S"型流动.随着火源与侧壁间距的减小,分岔流动临界风速呈指数型增加.     

间接空冷散热器空冷塔流动和传热的数值研究

依托实际工程项目,利用计算传热学(NHT)软件FLUENT,对自然通风状态下,某600 MW机组表面式间接空冷散热器空冷塔的流动和换热性能进行了数值模拟、分析和研究.确定了考核工况基准下,不同环境风速对空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量的影响.模拟结果显示,随着环境风速的增加,空冷塔通风量和间接空冷散热器散热量减小.它为间接空冷系统的优化设计提供理论依据.     

坡度对隧道拱顶烟气最高温度影响的数值模拟与实验研究

为研究坡度及隧道通风状况对城市隧道拱顶最高温度的影响,本文通过数值模拟和实验研究等手段,对0~3 m/s纵向通风风速下,坡度为0~±5%的城市地下隧道内拱顶最高温度的分布进行了研究;通过数值模拟和实验研究验证了无坡度时、Kurioka隧道顶棚最高温度理论模型,同时提出了坡度存在时该模型的修正模型.     

不同倾角和层厚的层状围岩隧道稳定性数值分析

为了研究层状围岩隧道开挖后围岩稳定性与层状岩体的层厚、倾角之间的关系,采用离散元分析软件UDEC,在不同倾角和层厚条件下,分析了层状围岩隧道开挖后围岩的变形规律和受力特征,研究了不同倾角、不同层厚对层状围岩隧道稳定性的影响.结果表明:当层厚和开挖跨度相同时,隧道围岩的竖向位移、水平位移和最大主应力随着结构面倾角的增大表现出先增大后减小的规律.当倾角和开挖跨度相同时,随着层厚的增加,隧道围岩竖向位移、水平位移和最大主应力均出现逐渐减小的趋势.     

风力机尾流场的实验研究

为了获得风力机的尾流场信息,同时为大型风力机的尾流场研究提供参考依据,利用轴流式风机提供来流风速,使用皮托管和手持风速仪对无风力机情况和单个小型风力机的尾流场进行测量,获得尾流区域的速度场、压力场以及诱导速度场的分布规律.结果表明：对于无风力机的情况,在同一测量断面处的风速随着半径的增加而逐渐减小;对于有风力机时,在同一测量断面处的风速随着测量半径的增加先增加后逐渐减小;对于不同测量断面,随着测量间距的增加,在同一角度的速度值的变化趋势逐渐变小.通过尾流的诱导速度曲线可以发现,在同一测量断面处的诱导速度随测量半径的增加呈下降趋势,而对于不同截面,同一角度的诱导速度曲线会相互交叉.     

多孔介质方腔自然对流的直接数值模拟

为了研究多孔介质方腔的自然对流传热,通过在方腔内布置固体颗粒的方式来模拟多孔介质结构,并采用虚拟区域方法求解多孔介质中的流场和温度场,分析了固体颗粒的数目、布置方式和形状对传热效率的影响.在高Rayleigh数下,多孔介质方腔自然对流的传热主要是通过壁面附近热对流产生的环流.通过直接数值模拟研究发现：当保持Rayleigh数和固体体积分数不变时,随着模拟多孔介质的颗粒数目的增加,壁面平均Nusselt数随之减小,即传热效率降低,进一步的流场分析表明规则排列时最外排颗粒到壁面距离对于传热效率有重要的影响;当固体颗粒数目和体积分数相同时,颗粒随机布置在高Rayleigh数时比颗粒规则布置有更高的传热效率,而颗粒形状对于传热效率的影响则不大.     

煤矿巷道断面形状及锚杆支护围岩变形的数值分析

为了研究巷道不同断面形状和锚杆支护对巷道围岩稳定性的影响,采用ANSYS有限元计算方法进行数值模拟,通过对计算结果分析,得出半圆拱形巷道为最佳断面且煤矿巷道锚杆支护能够有效地控制围岩的变形;煤矿巷道锚杆支护对竖向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩1.8 m范围以内及巷道的两个底角部;对于横向位移的控制作用较大的区域集中在巷道围岩顶板、两帮中部1.6 m范围以内及巷道的两个底角部.     

隧道横截面对电磁波传播特性的影响

利用解析方法与数值分析方法重点研究了电磁波在圆形隧道、矩形隧道和拱形隧道中的传播特性,得出了当隧道横截面积越大衰减率越小,及隧道横截面形状对衰减率影响。当频率较高时,圆形隧道、矩形隧道和拱形隧道的衰减率表达式是一致的;当隧道半径或长边长的一半大于波长10倍以上时,电磁波的衰减率很小,几乎与横截面形状无关,仅仅与隧道横截面积的大小有微弱的关系。     

高速列车气动性能的尺度效应分析

采用数值模拟方法,研究高速列车在不同运行工况(明线运行、明线交会、隧道通过以及隧道交会)下的尺度效应,探析模型缩比对列车气动力及表面压力的影响规律.结果表明:模型缩比越小,头车及整车的阻力系数越大,升力系数越小.对于单车过隧道以及隧道内交会,模型缩比的变化不影响车体表面测点的压力幅值在车体长度方向的分布特性.当列车全尺寸交会时,车体表面压力变化幅值最小.在不同运行工况下,当模型缩比为1/20时,车体壁面的压力变化幅值最大,相对全尺寸工况,幅值增加最多可达6%.研究结果可为将列车小尺度模型缩比试验外推到全尺寸时的数据修正提供理论依据,同时为模型缩比的风洞试验以及动模型试验的方案设计提供指导.     

不同风障形式下桥梁断面行车风环境及颤振性能

为研究不同形式风障下的桥面风环境和结构颤振性能,以主跨为918 m的单箱悬索桥为对象,首先结合CFD数值模拟,比较3种风障下风速剖面及侧风折减系数的变化规律,进一步选取带椭圆形风障的主梁断面和无风障的原始断面开展节段模型颤振和测力风洞试验,分别对比研究风障对颤振临界风速和静力三分力系数的影响,最后借助二维三自由度方法分析设置风障前后的颤振发散驱动的变化.结果表明:设置风障能有效地降低行车高度内的平均风速,改善桥面风环境;在对比方案中,矩形断面的侧风折减效果最佳,而椭圆形风障对于侧风的折减效果可接受,且阻力系数小于其他形式;设置椭圆形风障后断面的阻力系数较原始断面提高明显,颤振临界风速小幅度的提高,断面颤振发散机理发生显著变化.     

在交通拥堵的隧道火灾中纵向通风的合理送风风速研究

通过数值模拟手段对纵向通风时隧道内的烟气扩散特性进行研究,探讨较低风速时,针对不同火源功率、不同风速作用下,火源上、下游烟气的分层特性及温度分布特性,并在此基础上探讨纵向排烟在拥堵的交通隧道中应用的可能性.研究结果表明:如果起火初期隧道内以较低的纵向风速送风,保证上、下游烟气分层的存在,则纵向通风可用于交通拥堵的隧道.火源功率为5 MW时,该风速约为1.0 m/s;火源功率为20 MW时,较适宜的风速为1.0～1.5 m/s;火源功率为30 MW时,较适宜的风速为1.5 m/s左右.火源功率较大时,应尽早将火源下游附近的人员疏散,以确保安全.     

长大隧道内火灾烟雾运动和温度分布数值模拟

基于秦岭终南山特长公路隧道,建立了长大隧道的三维简化模型,综合考虑起火位置、通风速度和风向、及燃烧强度等影响,利用数值模拟方法对长大隧道内火灾燃烧特性和气体散布规律进行了研究,并对应不同火灾情况对通风措施和横向通道疏散方法进行了优化。数值模拟结果表明:火灾中隧道内最高温度出现在烟雾聚集区域,而且高温区随着烟雾的扩散而增大;通风对烟雾的运动和高温区分布具有重要影响,可以降低隧道内的温度,同时遏制烟气向上游通道扩散,但烟雾对下游影响范围增加;在不通风的情况下,该通道模型的上游区域比下游区域更易受到火灾的影响。     

高速铁路隧道通风竖井对气动效应的影响研究

采用三维可压缩非定常流动模型,通过有限体积法对三维Navier-stokes方程进行离散,对隧道壁面采用近壁面函数来处理,时间采用预处理二阶精度步后差分格式进行离散,对高速列车经过带有通风竖井的单线隧道所引起的压力变化进行数值模拟.并将不同竖井参数对隧道内压力变化的影响进行比较分析,初步得出最佳的竖井参数,为今后进一步研究更好的缓解出口微压波的措施奠定了基础.     

隧道埋深及开挖方法对于二衬支护时机的影响

为了研究隧道埋深和施工方法对二衬支护时机的影响,以广梧高速公路牛车顶隧道为工程背景,建立数值计算模型,分别改变隧道埋深和施工方法,得到相应的隧道二衬支护时机.结果表明：通过数值计算,可定量得到二衬及掌子面之间的允许距离和埋深的关系;当埋深较小时,二衬与掌子面的允许距离随着埋深的增加而增加;当埋深超过某一限值时,隧道二衬与掌子面的允许距离基本不变;开挖工法对二衬与掌子面间的允许距离影响比较显著,而对仰拱与掌子面的允许距离影响很小.随着开挖断面分部的增加,开挖对围岩的扰动减小,因而可以适当延缓构筑二衬时机.若选取Ⅲ级围岩中的全断面开挖法作为参考基准,则围岩中二衬与掌子面的允许距离将由于选择不同工法需进行修正,相应的修正值为：全断面法1.0,上下台阶法和中隔壁法均为1.5.     

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.     

沭水东调小断面长距离引水隧洞通风技术研究

沭水东调引水隧洞为小断面长距离引水隧洞,采用钻爆法无轨运输方式施工.小断面长距离隧道隧洞施工中,为了方便出渣一般采用压入式通风,风管直径较小,对通风造成很大困难.以沭水东调引水隧洞及三号施工支洞为背景,对小断面隧洞需风量和风压进行计算, 分析出小断面长距离隧洞施工中通风的影响因素,并且使用CFD软件对隧洞通风进行模拟,并得到通风管出口到掌子面不同距离时风流产生漩涡的大小和风速大小之间的关系,为施工通风提供提高通风效率的建议,对以后类似工程施工通风提供借鉴.