不同浑水含沙量下的分离鳃内部流场三维数值模拟

为研究浑水含沙量对分离鳃的速度场及泥沙分布特性的影响,采用层流模型和欧拉粒子多相流模型,运用Phase Coupled SIMPLE(PC-SIMPLE)算法,对分离鳃内的水沙两相流流场进行了三维数值模拟。计算结果表明:浑水含沙量对分离鳃内速度分布规律没有影响,但浑水含沙量越大,分离鳃内的平均速度越大,平均含沙量亦越大;浑水含沙量越小分离鳃的水沙分离效果要好;沿分离鳃高度方向,越靠近分离鳃的上端,其水沙分离速度越快,就越容易获得清水。     

空间电荷条件下超、特高压直流复合绝缘子电压分布

针对高压直流输电线绝缘子沿串电压分布问题,提出按离子流场模型求解。采用有限元迭代方法,求解了离子流场控制方程。对±500 kV直流复合绝缘子沿串电场及电压分布进行了计算,并与不考虑空间电荷条件下的静电场求解结果进行了对比,通过与试验测量结果比较,验证了考虑空间电荷时,计算结果更接近实际测量结果,并将该方法应用于特高压±800 kV直流绝缘子沿串电压分布问题的计算求解中。结果表明,由于电晕产生电荷的抑制作用,绝缘子在高压端及低压端的电压和电场强度均有较大改变。得到了不能将直流绝缘子沿串电压分布问题简化为无电荷影响的模型求解的结论,建议采用离子流场有限元迭代计算方法求解该问题。     

曲线坐标系下的三维k-ε-A_p固液两相湍流总沙输运模型

本文建立非正交曲线坐标系下的三维k-ε-A,固液两相湍流模型研究弯道内的水流泥沙运动和河床冲淤变形.河床变形计算采用推移质模型和总沙模型两种处理方法.两相湍流模型在计算推移质输运时采用泥沙的横纵向速度处理推移质的强度和方向,利用泥沙垂向速度计算悬沙与床沙之间的交换通量.计算发现两相湍流模型的河床冲淤变化分布结果比单相湍流模型的结果更接近试验结果,两相湍流总沙模型计算结果中局部区域的水深比两相湍流床沙模型计算得到的水深小.床面变形以及固液两相横纵向流速分布分析比较表明,泥沙运动的横向和纵向分布对床面变形的影响起重要作用,单相湍流模型在计算弯道内的推移质运动时夸大了二次流对泥沙横向输运的作用.     

基于欧拉-拉格朗日方法的明渠中悬移质淤积数值模拟

为了研究水利工程中悬移质泥沙淤积时的运动轨迹,基于欧拉-拉格朗日方法建立了三维悬移质泥沙输移数学模型,模型中采用标准k-ε湍流模型计算水流紊动流场,在拉格朗日坐标下计算泥沙颗粒轨迹,颗粒受力考虑了有效重力、阻力、虚拟质量力和Saffman升力。与传统的扩散模型和双流体模型相比,该模型摆脱了依赖泥沙浓度分布资料给定泥沙进口边界条件的局限性。使用该数学模型对经典的悬移质泥沙净淤积水槽实验进行了模拟,通过对计算的泥沙浓度垂向分布沿程变化与实验结果的对比,验证了数学模型的可靠性。模型还较好地模拟得到了实验中泥沙浓度在垂向上呈现的非单调变化。     

水蒸气辐射特性分析与计算

利用宽带k分布的传统模型和改进模型计算了水蒸气主要辐射带的吸收系数k与累积分布函数g(k)的对应关系,并与逐线计算结果进行对比,对于工程应用较为重要的大吸收系数范围,宽带k分布的改进模型计算结果与逐线计算更为接近;利用指数宽谱带模型、宽带k分布模型的传统模型与改进模型计算了水蒸气各谱带在不同温度、不同行程长度下的发射率,通过与逐线计算结果比较,宽带k分布的改进模型的误差相对较小,并且该模型计算简单,更适合常压下水蒸气辐射特性计算。     

浑水水力分离清水装置内弱旋流动的数值模拟

本文采用了不同的网格划分方案对装置内的弱旋流场进行计算,将计算结果与实测值对比,选出最优方案。在最优网格数下,分别采用RNGk-ε模型与RSM模型对装置内部流场进行计算,计算结果与实测结果均表明装置内的切向速度场呈现明显的强迫涡特征,有利于装置内的水沙分离;装置内的径向速度随着半径的增加而减小,在中心处取得最大值,并且通过理论分析给出了相同的结论。雷诺应力的初步分析表明装置内的湍流场可以近似为各向同性,因此综合考虑计算精度和计算耗时,RNGk-ε模型就可以较快地计算浑水水力分离清水装置内的湍流场,而不需选择计算时间较长的RSM模型。     

非均匀悬移质泥沙弥散速度本构方程

天然河流中泥沙由非均匀颗粒组成，泥沙的非均匀性对于水沙运动和河床演变过程具有重要影响。然而目前非均匀悬移质泥沙研究中很少考虑不同粒径颗粒相互作用，颗粒相互作用对非均匀沙悬浮的贡献仍不明确。本文旨在建立非均匀悬移质泥沙弥散速度本构方程，其可反映非均匀泥沙悬浮的主要力学机制。首先，基于固液两相流理论，建立非均匀沙挟沙水流的两相流方程，充分考虑不同粒径颗粒相互作用力，并推导挟沙水流两相浑水方程以避免相间作用耦合复杂的问题。其次，为封闭两相浑水方程，引入弥散速度的概念，建立非均匀沙各粒径组弥散速度本构方程，揭示非均匀沙悬浮本质上是浑水紊动、颗粒自身作用、其他粒径颗粒作用三种作用共同影响的结果。最后，基于非均匀沙弥散速度本构方程得到非均匀悬移质泥沙的输沙方程，分析非均匀沙浓度垂线分布规律，将其应用于明渠恒定均匀流中，计算的非均匀沙浓度垂线分布与实验数据能较好地吻合。相对于均匀沙公式，在浓度相对较高、粒径差异大的条件下，非均匀沙公式的计算值与实验值符合得更好，进一步验证了非均匀沙弥散速度本构方程能够从力学本质上反映不同粒径颗粒相互作用对颗粒悬浮的影响机制。     

基于有限元法的多相异步电机电磁场分析

采用有限元法针对一个六相异步电机建立了二维及三维电磁场分析模型.经后处理得到电流密度,气隙磁密的分布情况,以及功率损耗等结果,并分析比较了二维与三维的计算结果.分析结果表明二维计算结果与三维计算结果存在一定差别,二维模型结果并不能反应实际电机参数分布.采用三维电磁场,计算可得到更精确的电机性能参数,与实际电机更为接近,...     

钱塘江河口段潮动力对污染物稀释扩散作用探讨

本文采用了平面二维有限元数学模型模拟计算了钱塘江河口段的潮汐和潮流场，并建立了二维水质模型，分别在大、小潮情况下对该地区污染物的稀释扩散进行了计算。在此基础上，分析比较了在潮动力条件不同的大潮和小潮情况下污染物稀释扩散情况，发现在排放口附近区域浓度增量在大潮时较低，体现了大潮较强的稀释能力；在远离排放口的区域在大潮时的浓度增量则较高，说明更多的污染物在大潮时被挟带到了更远的地区，体现了大潮较强的扩散能力。     

改进复合材料杆塔多波阻抗模型及其仿真计算

针对目前复合材料杆塔耐雷性能仿真分析中多采用传统多波阻抗模型,雷击过电压仿真计算结果偏大的情况,考虑导线对地电容影响,提出了改进的多波阻抗模型,根据110 kV复合材料杆塔结构与接地方式,计算各部分波阻抗;建立复合杆塔三维模型,利用有限元法计算导线对地等效电容;利用改进多波阻抗模型计算分析不同塔型、不同接地引下线方式的复合材料杆塔耐雷特性,并与传统模型计算结果进行对比。结果表明,考虑电容时杆塔上的过电压下降了38%,更接近实际值;采用沿线路方向内侧竖直悬垂接地引下的方式可使复合材料杆塔的耐雷水平最大化。     

泾河东庄水库排沙试验研究

泾河东庄水库是拟建在典型的高含沙河流上的水利枢纽。本文运用河工动床模型相似理论和异重流运动相似条件的最新研究成果进行了模型设计和制作 ,并进行了典型组次的排沙试验 ,研究不同水沙条件、河床边界条件及库区蓄水条件下的排沙情况 ,得出了排沙比及排沙量与进出库流量、沙量、含沙量和初始库水位的关系     

基于SWAT模型的温榆河流域非点源污染模拟与分析

流域非点源污染是水体污染的重要来源之一.本文以北京境内的温榆河流域(北关闸以上)为研究区,建立了温榆河流域SWAT(Soil and Water Assessment Tool)模型.利用北关闸及沙河闸2004-2005年的实测月径流、泥沙、总氮及总磷等数据进行了模型的调参及验证.应用模型对不同水平年的径流、泥沙和非点源污染负荷进行了模拟计算,分析了流域内点源和非点源污染的贡献率,并重点对非点源污染的时空产输出特性进行了分析.结果表明,与点源污染比较,温榆河流域内的非点源污染贡献不大.对于非点源污染输出量,从时间分布看,讯期所占比例超过全年的90%;从空间分布来看,在沙河闸上游以林地为主要土地利用类型的区域非点源污染负荷模数较小,而以山区旱地为主要土地利用类型的非点源污染负荷模数较大.     

基于三维等效磁网络法计算混合励磁爪极发电机负载特性

用三维等效磁网络方法计算了一台新型混合励磁爪极发电机负载特性.传统的电路法和磁路法不适合求解此类发电机电磁场.等效磁网络方法计算时间短且计算精度较高,在给出新型结构发电机三维等效磁网络模型的基础上,进一步通过计算得到混合励磁爪极发电机负载特性,最后给出输出电流优化结果.与有限元计算结果的一致性验证了计算结果的有效性,对混合励磁发电机的优化设计具有一定的理论参考价值.     

海绵校园水体和底泥污染指标变化及相关性

天津大学北洋园校区是海绵校园建设示范校园。本文以天津大学北洋园校区人工水系为研究对象,通过监测人工水系水体和底泥中各污染指标浓度的变化,研究水体和底泥中污染物的变化规律;同时,通过分析水体和底泥中不同污染指标的相关系数与多元回归决定系数,分析水体和底泥中污染物的相关性和底泥对水体水环境变化的贡献。结果表明：海绵校园人工水系水体污染物浓度与污染源分布和水体流动性有关,且夏季较好,春季较差,主要污染物为氮（其中,总氮Ⅳ类-劣Ⅴ类、氨氮为Ⅲ类-Ⅴ类）、化学需氧量（Ⅳ类-劣Ⅴ类）。同时,底泥中各污染物浓度在四个季节中无显著变化,主要污染物为氮（其中,总氮0.1 ~ 17.1 mg/kg、氨氮0.6 ~ 4.7 mg/kg）和化学需氧量（26.9 ~ 190.4 mg/kg）。另外,各污染物在水体和底泥中的浓度与全水环境浓度（水体浓度+底泥浓度）之间的多元回归决定系数存在前两者之和大于或小于全水环境的情况,说明水体与底泥对不同污染物的影响存在协同性或重合性,即海绵校园人工水系水体和底泥中各污染物存在相关性。     

均压电极垢层电沉积模型分析与应用

换流阀是高压直流输电系统中的核心设备,阀冷系统用于阀体组件的散热,而阀冷系统散热器腐蚀和均压电极结垢将导致换流阀运行故障,因此研究阀冷系统的腐蚀和结垢特性,对保障换流站安全可靠运行尤其重要。基于散热器腐蚀和垢层的沉积机理,应用有限元方法,建立了考虑电极表面沉积反应、物质传递过程的均压电极垢层沉积模型,所建模型能够模拟垢层生长过程、分析电极表面附近电场以及腐蚀离子浓度分布。基于该模型分析了电极表面垢层的沉积行为特性、电极表面的垢层分布,讨论了不同电压等级对垢层厚度的影响,得到垢层主要分布在高电位电极、电极尖端垢层量远大于电极平行位置以及电压等级升高,垢层厚度明显增大的仿真结果。结合实际换流站阀冷系统的运行数据和电极结垢形貌,验证了垢层沉积模型的有效性。     

瞬时单位线的优化估计

瞬时单位线集中反映了流域的汇流特性，便于流域暴雨洪水关系的理论研究和地区综合，在流域防洪兴利工程计算领域具有重要意义。目前常用矩法估计瞬时单位线，据此还原的洪水过程与实测洪水过程之间，特别是洪峰点之间，常具有明显的差别，为此，提出通过用加速遗传算法求解还原洪水过程与同次实测洪水过程加权残差绝对值和最小化问题，来优化估计瞬时单位线的一套数值方法，实测研究的结果表明了该方法的有效性，计算精度高于矩法。     

大型城市湖泊群引水调度模式研究

武汉东湖是国内最大的城中湖,东湖、沙湖、严西湖和北湖组成了大型城市湖泊群。＂大东湖生态水网构建工程＂将重建长江与湖泊群的水力联系,通过引江济湖改善湖泊群的水生态系统。为确定工程合理的引水调度模式,本文建立了湖泊群水动力水质模型,采用正交规则网格,考虑污染物的自然降解和底泥释放,采用零厚度隔板模拟湖中的隔堤,并对模型进行了率定和验证。综合考虑可引长江水量和入湖径流总量,选取典型平水年,对三种引江济湖调度模式进行了深入研究,通过建立的水动力水质模型的动态模拟计算,分析与比较各种调度模式的引水效果,为大东湖生态水网连通工程的实施提供科学的决策依据。     

大型电机定子三维流体场计算及其对温度场分布的影响

文中从计算流体力学理论出发，对大型电机定子通风结构进行分析，建立了定子径向通风沟内流体运动的微分方程，确定三维流体场的求解区域和边界条件，并进行了数值计算和分析，得到了径向通过沟内的三维流体场的分布。在流体场计算的基础上计算了径向通风沟内各壁面的散热系数，建立定子三维温度场的数学模型并进行计算。将基于三维流体场分析得到的定子温度分布与传统的温度场计算结果及解析法计算的结果和实测值进行比较，证实大型电机定子内流场与温度场存在较强的耦合关系。     

基于流场-温度场耦合计算的新型空心电抗器设计与分析

按照H级绝缘要求设计的新型空心电抗器 ,采用NOMEX纸作为绝缘材料 ,提高了空心电抗器耐热等级。通过空心电抗器磁场 -电路耦合首先计算磁场、电感和电流等参数 ,然后将计算得到的焦耳热作为流场 -温度场耦合计算的热源。得到空心电控器的温度场分布。这样在设计阶段就可以对空心电抗器进行热性能分析 ,从而保证设计的电抗器满足绝缘要求。对采用玻璃纤维和NOMEX纸作绝缘材料的空心电抗器进行比较 ,结果表明 ,采用新型绝缘材料后 ,电抗器结构变小 ,重量减轻     

高功率密度永磁无刷直流电动机

提出了一种新型的车用高功率密度稀土永磁无刷直流电动机。该电机的定子为机座内壁通水冷却结构。其特点在于：电机的密度高,气隙磁场的方波形状好。文章从提高功率密度的角度介绍电机本体的独特结构,并用有限元方法对磁场分布和电枢反应进行了分析计算,以验证理论分析。