基于PFC~(2D)软件的柿树沟泥石流运动过程数值模拟

为了解泥石流的启动及运动过程,以栾川县柿树沟泥石流堆积体为例,基于堆积体室内大型直剪试验指标,利用PFC2D模拟软件对其启动及运动过程进行仿真数值模拟,分析了不同工况下堆积体的运动速度场、应力场及位移场,研究了崩滑松散碎屑堆积物质启动、形成泥石流的过程和机制。结果表明,强降雨是柿树沟沟内松散堆积体启动形成泥石流的触发因素;中雨工况下,地表径流的冲刷力仅对堆积体表层有影响,但堆积体整体形态基本无变化;暴雨工况下,泥石流沟上游的洪水迫使土石颗粒脱离堆积体表面,后缘表层土体首先开始运动,产生的推挤力不断推动前方堆积土体向前运动,坡面形态发生显著变化;暴雨时间越长,堆积土体的运动速度和位移也越大,最终导致堆积体发生连锁式破坏,形成泥石流。     

龙池地区“8.13”特大群发性泥石流堆积扇几何形态量化分析

为了解都江堰市龙池地区泥石流堆积扇的危害程度,实地测量了龙池地区36条已暴发的泥石流沟的堆积扇几何数据,分析了泥石流成因及堆积扇的特征,研究了泥石流堆积扇在堆积过程中的应力特征,得出了龙池地区泥石流堆积扇堆积长度、厚度和宽度等预测模型,并计算出龙池地区泥石流的屈服应力τ约为241Pa,沟口泥石流停淤深度hx0和hy0约为2.4m,与研究区野外观测数据相符,为强震区暴雨型泥石流灾害的防治提供了参考。     

龙池镇冷浸沟泥石流调查及危险度评价

5.12汶川地震和2010年8.13、8.19暴雨使龙池镇龙溪河两岸山体暴发了大规模群发性泥石流。为分析此次泥石流暴发原因,以冷浸沟泥石流为例,通过对冷浸沟的地形、水源、物源条件的调查分析,计算了该泥石流流速、峰值流量、固体冲出量等动力学参数,并评价了冷浸沟的危险度,得出泥石流的危险度为0.52,属于中度危险。     

磨西河流域坡面泥石流形成演化机制及防治

针对磨西河流域坡面泥石流的危害,基于现场调查和已有研究成果,研究了坡面泥石流物源及形成机制,发现覆盖层表土流滑、层内滑动、基覆界面滑动形成主要下蚀物源,沟道岸坡滑塌形成主要侧蚀物源,坡面泥石流具有流速大、单次堆积厚度小的运动堆积特征,在此基础上建立了磨西河流域坡面泥石流发育演化的动态过程,即初始期、发展期、衰退期、停止期,近一步明确了其阶段性动态暴发特征,并建立了基于下蚀系数的总储量、动储量的简便计算模型,提出了针对不同泥石流沟发育阶段的防治建议。     

基于CASC2D模型的县北沟流域径流模拟研究

基于物理基础的分布式水文模型中的CASC2D模型,对县北沟流域径流过程进行了模拟分析,以确定性系数、洪峰相对误差、径流深相对误差为评判标准。结果表明,采用CASC2D模型在县北沟流域的径流模拟效果良好,8场洪水中有6场洪水确定性系数在0.75以上,且均值为0.85。洪峰相对误差合格率为100%,径流深相对误差合格率为87.5%,只有1986062614这场洪水径流深相对误差不合格。可见,CASC2D模型在县北沟流域具有较好的适用性,能用于该流域径流过程的模拟。     

非下交曲线坐标系数值模拟加力燃烧室湍流两相流燃烧

采用双流体模型对航空发动机加力燃烧室的湍流两相流燃烧过程进行了数值模拟,数值计算方法为非正交曲线坐标下非交错网络的SIMPLE方法,差分网络分区方法生成,计算时对整个流场进行分区迭代直至得到收敛结果。气相化学反应速率用涡旋破碎模型（EBU）,充分考虑两相之间的质量、动量和能量的相互作用,数值模拟结果合理。     

三种紊流模型模拟溢流坝泄流精度的对比分析

为研究不同紊流模型对溢流坝泄洪数值模拟的适用性和准确度,采用标准κ-ε模型、RNGκ-ε模型及大涡模拟(LES)模型等3种经典紊流模型对某溢流坝泄流过程进行数值模拟;同时,将数值模拟出的溢流坝坝面的水流流态、流速及坝面压强等溢流坝泄流过程的重要水力指标结果与物理模型试验结果进行对比分析。结果表明,RNGκ-ε模型对溢流坝泄流的流态模拟效果最好,与物理模型试验结果最为一致;LES模型对坝面水流流速、坝面压强及空化数的模拟效果最好;采用标准κ-ε模型模拟出的各个指标精度最低。因此,针对溢流坝泄流过程数值模拟,应优先采用RNGκ-ε模型和LES模型。     

固气比对超浓相煤粉气力输送流型影响的模拟

针对目前密相气力输送数值模拟过程中所存在的关键问题,提出了一种描述固相内部相互作用对颗粒运动影响的数学模型。该模型建立在离散颗粒模型的基础上,使其既能够模拟悬浮流动的稀相颗粒运动,又能模拟管内出现堆积情况的超浓相气固两相流。利用所建立的数学模型对高压超浓相煤粉气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟,模拟结果揭示了典型的栓塞流、沙丘流等流型特征及其流型随固气比的演变规律,并结合实验进行了验证。管道输送栓塞流波动性较为明显,波动频率向高频转化;平均栓塞长度随着进料固气比增大而增大。     

煤粉粒径对密相气力输送流型影响的数值模拟

针对目前密相气力输送数值模拟过程中所存在的关键问题,提出了一种描述固相内部相互作用对颗粒运动影响的数学模型,采用该模型能够对稠密气固两相流动(乃至颗粒发生大量沉积的情况)进行数值模拟.新模型在离散颗粒模型的基础上,通过描述颗粒所在局部空间的固相浓度及颗粒群运动特征所建立,使其既能够模拟悬浮流动的稀相颗粒运动,又能模拟管内出现堆积情况的密相气固两相流.利用所建立的数学模型对高压密相煤粉气力输送的颗粒流动过程进行了数值模拟.模拟结果显示,随着颗粒粒径增大,粉体密相气力输送流型从沉积层流变化为沙丘流,进而演变成栓塞流的演变过程,并结合实验验证了典型的栓塞流、沙丘流等流型特征;并且平均栓塞长度随着粒径的增大而减小,而随着粉体粒径的增大,输送管道中固相容积份额则整体上呈增大趋势.     

氧化沟弯道流场的模拟与改进

针对氧化沟弯道水流流态的复杂性,利用Fluent仿真软件对氧化沟弯道水流流速进行模拟分析,对不同设置形式氧化沟内水流的速度分布情况进行模拟比较,探讨导流墙的设置对减少污泥沉积的机理。     

地埋管换热器分区运行对土壤热堆积特性影响的研究

为了缓解埋管区域土壤的热量堆积问题,提出了埋管换热器按内中外、块状、间隔三种分区运行的策略,利用CFD软件建立了10×10的井群换热模型,对地源热泵系统在三种分区与不分区运行策略下运行十年进行数值模拟,分析不同分区运行策略对土壤温度分布和土壤热堆积特性的影响。模拟结果可知:不分区、内中外分区、块状分区、间隔分区四种运行策略下埋管区域的平均温度分别为25.23、23.31、23.06、23.28℃,最高温度分别为40.62、32.77、40.65、38.93℃;分区运行较不分区运行可以有效缓解热堆积作用,埋管区域整体温度较不分区运行时降低了2.00℃左右,内中外分区策略可以显著缓解埋管区域热堆积。     

泥石流对山区风电场冲击防治研究

为研究泥石流与刚性防护结构的作用,使用耦合的离散元方法和计算流体力学方法(CFD-DEM),分别模拟单相流和两相流对刚性防护结构的冲击.计算结果表明:单相流以堆积机制为主,而两相流表现出爬升机制;两相流中由于液体的拖曳和浮力作用,颗粒内部的接触数减少,能量耗散降低,导致颗粒的爬升高度和最大冲击力分别增加426％和488...     

渤海湾滨海平原河网地区降雨径流模拟

渤海湾滨海平原河网地区河道纵横交错,流态多样,降雨径流过程复杂。为准确模拟其降雨径流过程,在水文特征数据矢量化的基础上,将以二维非恒定浅水运动方程为控制方程的二维水动力模型与以河道汇流关系及水文方法为基础的一维河道拟序汇流模型相耦合,建立了适用于平原河网地区的降雨径流模型。经实测数据验证,模型可靠。研究表明,该模型可模拟计算渤海湾滨海平原2015年各时刻各处产流量、水位、流速及其变化过程;计算得出各河道的入水、出水水量及主要河流的入海水量,实现了对平原河网地区的降雨径流模拟。     

寒区长距离输水渠道水流冻结模型试验研究

研究寒区渠道内水流冻结规律对于渠道冰冻灾害防治有积极意义,研制了寒区长距离输水渠道水流冻结模型试验系统,模拟了渠道中冰塞、冰盖的形成过程,分析了水流结冰变化规律及冰盖形成前后水位和流速的变化规律;利用COMSOL Multiphysics软件三维仿真了模型内水流的流态,并与实测流速结果进行对比。结果表明,研制的模型试验系统可较真实地模拟长距离输水渠道冬季运行的实际状态,是研究渠道冬季运行的有效试验手段;冰盖的形成起源于冰花、碎冰在水中障碍物或流速缓慢区域的堆积和热增长;冰盖形成的时间与流速成线性关系;冰盖形成后渠道过水断面各个位置流速普遍减低。     

新疆黑石沟花岗岩裸露区历史泥石流形成条件及活动特点

西北地区干旱少雨,但却在新疆天山、阿尔泰山及东西准噶尔盆地等硬质岩裸露地区频繁暴发泥石流,究其原因与粗粒花岗岩自身易遭到物理风化有关。以哈密市天山故乡河流域三道沟左岸黑石沟花岗岩裸露地区为例,黑石沟特殊的地形条件（高差大、沟床比降大、沟道内存在两级高度6～8 m的跌水坎）、粗粒（粒径达0.5～2.0 mm）花岗岩易温差风化及夏季（6～8月）降水集中、降雨历时较短、降雨强度大是形成泥石流的充分必要条件。根据泥痕断面法和雨洪法判断历史上黑石沟内曾暴发多期泥石流,重点探讨了最为显著的两期泥石流侵蚀、输移、堆积的活动特点及泥石流堆积物粒度特征及流体性质,发现该沟泥石流为典型的低频稀性水石流,潜在危害性大,应采取防治措施。     

安县高川河流域泥石流物源特征及其活动量预测

汶川地震后,地震灾区次生地质灾害十分活跃,尤其是泥石流灾害,呈现出爆发频繁、规模巨大、影响周期长等特点,究其缘由,主要与地震产生的大量物源有关。以绵阳市安县高川河流域8条主要泥石流沟为例,通过现场实际调查,结合遥感影像,统计了研究区内泥石流物源情况,得到了各泥石流沟的物源总量及动储量。从统计结果看,研究区内各泥石流沟物源均较为丰富,具备再次发生大规模泥石流的条件;研究区泥石流物源主要来自于地震崩滑体,通过对崩滑物源的统计分析,发现其分布表现出明显的高程效应、坡度效应、坡体结构效应以及上下盘效应。并在此基础上,基于灰色理论,建立了研究区泥石流活动物源量的GM(1,5)预测模型,通过残差验证,证明了该模型具有较高可信度。     

基于RMA2模型的滩地风机基础水动力模拟研究

基于RMA2模型,以雷诺形式N-S方程为基础、以加权余量伽辽金有限元为基本求解方法,在实测地形上对河道进行概化,采用二次三角形网格离散模拟区域并进行局部加密,模拟了电场建设前后辽河滩地风机基础周边河段的水位、流速、流场分布等特性。结果表明,电场建成后对河道水位、流速影响均较小,虽存在局部绕流现象,但影响范围较小,绕流迅速消退,为电场建设和河道防洪评价提供了科学依据。     

电除尘器内部流动特性的数值模拟

针对电除尘器内部流场运动规律,采用基于有限元法的COMSOL软件对电除尘器三维模型进行数值模拟,分析了主流速度和电流体动力学(EHD)流对电除尘器内部流场的影响。通过泊松方程与电流连续性方程耦合模拟电晕放电,采用稳态不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-?湍流模型求解气流流动,运用流体流动粒子追踪模块模拟粒子运动轨迹。结果表明:随着通道入口流速的增大,二次EHD流影响逐渐减小,主流流速达到1 m/s时,EHD流影响消失,主流速度占据主导地位;对于1μm粒径的粒子,随着入口流速从0.3 m/s提升到1 m/s,收集效率由48%降低到15%;有无EHD流对于粒径小于10μm粒子收集效率的影响可忽略不计。     

降雨和径流综合作用下的细沟断面形态分异特征

为探究特定细沟自身的空间形态差异及其形成机制,采用室内模拟试验,研究了沿程冲刷与溯源侵蚀共同作用条件下细沟断面形态的分异特征。结果表明,沟宽与宽深比沿坡长方向呈先减小后增大的非线性规律,沟深则呈沿程减小的线性规律;沟宽与流量、坡度指数关系中的流量指数、坡度指数沿坡长方向分别由0.95、0.79降至0.47、0.31,沟深关系中流量与坡度指数也呈类似的沿程递减规律,宽深比指数关系中的两个指数在坡面下方均接近于0;沿程冲刷对细沟断面的塑造作用体现为沟宽与沟深的同时增加,作用强度沿坡长方向降低;溯源侵蚀的塑造作用体现为沟宽增大速率大于沟深,断面向宽浅方向发展,作用强度逆坡长方向降低;沿程冲刷与溯源侵蚀在空间上的叠加效应导致了细沟断面形态的分异特征。因此,在沟蚀防治过程中,可在一定汇流范围内布置截排水设施,以避免形成较大股流导致沿程冲刷与溯源侵蚀。     

非均匀来流条件下SCR系统静态混合器布置及喷氨优化数值模拟研究

针对某650 MW机组W炉SCR系统静态混合器在非均匀来流条件下的布置及喷氨优化进行了数值模拟研究.通过分析常规导流板设计下SCR系统内流场,提出利用静态混合器对SCR系统进行分区流场优化.大范围混合器布置在脱硝入口烟道,分区混合器布置在喷氨格栅下游并将烟道划分为3个分区.经分区流场优化后,SCR系统内流速、温度和NO...