等效势流场的假设及在溢流坝面二维流场计算中的应用

按溢流坝面流场流动的特点，提出了等效势流场的假设，从理论上述了等效势流场是成立的，并根据这一理论假设地溢流面二维流场进行了水力计算，计算值与实验结果吻合。     

泄流状态下输气管道内检测器流场计算

针对输气管道内检测器运行速度控制问题,研究了在泄流状态下输气管道内检测器的流场计算方法.基于输气管道内检测器的运行原理,利用标准孔板流量计构造内检测器泄流孔模型.以计算流体动力学理论为基础,应用计算流体动力学软件ICEM CFD和ANSYS CFX11.0生成流场模型并进行了数值模拟,用流体流经标准孔板时的流场模拟泄流状态下输气管道内检测器的流场,实现了对气体流经标准孔板前后压力场、速度场的数值分析.利用计算所得结果对流体流经内检测器模型的一些特点进行了分析,并对泄流孔的不同孔径进行了模拟.研究结果表明：利用标准孔板流量计作为在泄流状态下的输气管道内检测器模型具有一定的尝试性,对进一步研究输气管道内检测器速度控制问题具有一定的辅助作用.     

基于动态亚格子模型的方柱绕流大涡模拟

目的 对高雷诺数下的方柱绕流进行数值模拟,得到方柱下流场时间平均结果以及湍流流场的流场特征,用于验证亚格子模型对大涡模拟(LES)计算精确性的影响.方法 基于有限体积法(FVM)的流体计算开源软件OpenFOAM,采用两种不同动态亚格子模型下的大涡模拟方法,模拟高雷诺数(Re =2.2 ×104)下的方柱绕流.结果 通过数值计算得到流场完整的平均和脉动结构,并得到阻力系数、升力系数、斯托拉哈数等重要的气动力参数,经对比与试验实际情况吻合.结论 高雷诺数复杂流场下亚格子应力的封闭形式对大涡模拟的计算结果有重要的影响,采用动态模拟技术一方程模型计算结果优于常规的Smagorinsky模型,在高雷诺数复杂流场下的计算是高效的,为结构抗风的数值研究提供了参考.     

船体和螺旋桨相互干涉时的兴波阻力计算

为了更加准确地预报实船的阻力性能,在计算兴波阻力时考虑了船体和螺旋桨相互作用.对基本Rankine源法进行改进,船体周围的流场速度势可以表示成4部分:叠模绕流速度势、考虑自由面影响的波动速度势、螺旋桨对船体的干涉而产生的速度势和螺旋桨涡格子模型诱导速度势.以Hess-Smith法计算的叠模绕流解作为基本解,进行迭代计算,直至收敛.并编制了相应的数值计算程序,以26 000 t成品油船的模型为例进行分析比较,获得了令人满意的结果.     

波状板上流动的数值分析

本文对波状板上的势流和层流运动进行了计算分析。对于势流场分别采用了理论解析法及有限解析(FA)法,两者的结果尚能较好地吻合。对于层流运动主要进行了数值分析。计算中应用了仿边界坐标变换及更加完善的FA法。成果表明当波高与波长之比α/λ值较小时势流与层流的壁压分布图差别不大,与此相反,当α/λ值较大时两者差别甚大,且仅在层流流场中出现了大的分离区。     

一种计算势流的非奇异孤立源方法

提出了一种计算势流的非奇异孤立源方法，采用NURBS表达物面，在物体内部布置孤立Rankine源。以圆球绕流为例，数值计算了无限流场均匀来流中的绕流流动；将计算结果与理论结果相比较，说明了本方法的有效性。     

一种带状支撑的纵流壳程换热器热力特性分析

以纵流壳程换热器作为研究对象,对一种带状支撑纵流壳程换热器的壳程流体流动与传热特性进行了数值研究与分析.基于纵流壳程换热器的特性,建立了带状支撑结构的计算模型,对其流体流动与传热进行了数值计算,得到了壳程流场和温度分布等细观信息.对带状支撑换热器在不同几何参数及工况情况下的热力性能进行了综合分析,并将其特性与折流杆式支撑壳程特性进行了对比分析.研究表明,在相同的流动条件下,带状支撑结构壳程内,流体具有较强的湍动度,增大了的换热效果.     

波浪中船体与液舱晃荡耦合运动的时域数值计算

为分析液舱流体晃荡对波浪中船体运动性能的影响,针对船体外流场与液舱内流场(液体非线性晃荡)分别采用时域势流理论方法计算,建立了在波浪中船体与液舱流体晃荡耦合的时域运动方程.其中波浪中船体水动力和时延函数采用切片法和脉冲响应函数法计算获得,舱内液体非线性晃荡采用时域边界元法计算.对S175加载方形液舱在迎浪横浪等不同工况下液舱流体晃荡及其与船体运动耦合分别进行了计算模拟与验证研究.研究表明,在不出现液面破碎等强非线性现象时,能够给出较好的液舱流体晃荡波形和压力;耦合运动模拟结果能清晰地反映液舱晃荡对船体运动的影响,并准确给出船体有无加载液舱时共振频率的偏移现象;数值与试验结果吻合良好,并具有较高的计算效率,为设计载液船舶或减摇水舱等的前期设计提供了快速有效的分析方法和技术手段.     

恒流堵塞器冲刷磨损特性的数值模拟

针对油田注水工况下,恒流堵塞器易受固体悬浮颗粒冲刷磨损作用的问题进行了数值模拟.以商业CFD软件F luent 6.1为基础,建立了恒流堵塞器流场三维几何模型,对堵塞器内部流场进行了计算;采用La-grangian离散相模型、Haider曳力公式和随机轨道跟踪方法求解了湍流中颗粒运动轨道;应用Bitter颗粒冲刷磨损模型对冲刷磨损失重进行了计算;对现场测试数据和数值模拟结果进行了对比,证明了数值模拟的有效性;对模拟结果数值上不够精确的原因进行了分析,指出了在注水流量控制装置流体磨损腐蚀分析中充分考虑电化学腐蚀和不锈钢钝化作用的必要性.     

阶梯溢流坝流场的数值模拟

本文首先在势流假定的基础上，通过迭代自由面残压分布的分析，提出了一种简单、易行的求解带自由面势流问题的方法──残压反馈方法（ＲＰＦ）。进而，本文对带自由面高雷诺数流动的阶梯溢流坝提出了一种数值模拟方法，即自由面先由ＲＰＦ方法确定，由Ｔｈｏｍｐｓｏｎ变换方程将不规则域换成规则域，然后用由作者提出的平均化差分格式［１］在变换平面上离散求解涡量──流函数方程，其中涉及到的壁面涡量的计算采用由作者导出的不规则形状壁面涡量一阶公式［２］进行计算。取ＮｅｗＭｏｎｋｓｖｉｌｌｅ坝的前三个阶梯作为计算例子，在条件：ｑ＝９．３ｍ２／ｓ．ｍ，网格尺寸５４×２１和Ｒｅ＝１０４下，进行了流场模拟，将其计算结果与我们进行的实验结果相比，符合良好，证明了本文方法的可行性。所得结果对了解阶梯溢流坝水力特性及此类坝型的优化设计提供了一定的依据，同时，这一方法亦可用于求解任意边界带自由面高雷诺数的问题。     

中间包控流装置的物理模拟研究

根据相似原理,建立1∶3的物理模拟模型,通过正交试验考察了挡渣堰、导流坝组合控流装置对中间包流场的影响。研究结果表明,堰坝间距是影响流场的主要因素,优化控流组合方案为：挡渣堰距注入流中心线距离1 200 mm,挡渣堰下沿距包底距离500 mm,导流坝高度360 mm,堰坝间距300 mm.优化后中间包流场趋于合理,钢液在中间包内的停留时间延长,活塞流体积增大,死区体积减小.     

Fluid Flow in Tundish Due to Different Type Arrangement of Weir and Dam

Tundish is an important metallurgical reactor in the continuous casting process,In order to control the fluid flow in tundish and thus take full advantage of the residence time available for the removal of inclusions from molten steel,the effect of weir and dam on the fluid flow has been studied in a water model based on the characteristic number Froude and Reynold number similarity criteria.The residence time distribution curves of the flow were measured by SG800,The optimum arrangement of dam and weir and the nonstationary flow in tundish were discussed.The results show that the comnbination of weir and dam is benefit for the flow pattern in tundish,weir can prevent the upper recirculating flow.dam can cut off the bottom flow and turn to upwards,it is advantageous to separate the nometallic inclusions.Furthermore,it is importnat to exceed the critical depth of bath during exchange ladles,not only for the inclusion floatation but also for avoiding tundish slag drainage earlier.     

板坯中间包控流装置结构优化的水模研究

根据相似原理,按照1：2比例对中间包建立水力学模型。考虑坝高、堰离底部高度、坝堰间距、堰与长水口注入点间距等参数对中间包内流场的影响,依据工厂实际工艺参数设计实验方案。对实验结果进行分析,结果表明：对原中间包结构进行优化,减小堰离底部距离及堰与注入点间的距离,钢液在中间包内响应时间由69.0 s延迟至75.0 s,平均停留时间由418.0 s增长至555.4 s,死区体积比例则由28.4%降至18.3%。     

板坯连铸中间包钢液流场的数学模拟

利用计算机数学模拟的方法,对中间包内钢液流场进行研究,以济钢一炼钢厂4#板坯连铸中间包为模型,以挡墙分别距入口处、挡坝间的距离,挡墙和挡坝高度为影响参数,对板坯连铸中间包流场进行优化设计.得出有利于生产的设计数据.     

两流板坯连铸中间包结构优化水模实验研究

通过两流板坯中间包水模实验,研究了抑湍器以及不同控流装置的组合对中间包流动特性的影响.结果表明,合理使用抑湍器能延长开始响应时间,提高平均停留时间和活塞流体积.抑湍器和垱坝组合控流效果良好,且结构简单.由抑湍器、垱坝和挡渣堰组成的控流装置使中间包流场更加合理,优化后的中间包平均停留时间由原先的188 s提高到218 s,活塞流体积分数由3.50%提高到15.41%,死区体积分数由41.57%降低到32.15%.     

青川县竹园镇防洪堤基于“20090716”洪水的影响评估

考虑桥梁及堰坝的影响,建立了青川县竹园镇河道一维非恒定流数学模型,采用圣维南非稳定流偏微分方程组逐时段求解.通过"20090716"洪水对模型进行了验证,验证结果有良好的一致性.利用本模型对原设计防洪堤进行影响评估,原设计成果基本合理.基于"20090716"洪水影响,提出调整防洪标准后各防洪堤建设方案.     

雪卡水电站长引水渠道的水力瞬变计算

在雪卡水电站长引水渠道的水力瞬变计算中,应用一维明渠非恒定流方程及其相应的初边界条件,通过数值求解进行电站长引水渠道各种工况运行下的水力设计,并进行了复核计算.重点研究了在机组增、甩负荷时,瞬变运行状况下的非恒定流运动,对工程是否采用溢流侧堰进行了对比计算,得到了电站各种运行工况下渠道瞬态水面线、流速、前池侧堰的溢流过程线等,为合理确定渠道断面尺寸、比降、前池大小、侧堰宽度、堰顶高程及压力钢管进口高程等提供了依据.比设计《规范》提供了更全面、更合理的水力信息,又弥补了水工模型试验模拟长距离输水的缺陷,建议在同类工程中推广使用.     

宝泉抽水蓄能电站溢流坝体型优化试验研究

宝泉抽水蓄能电站的下水库加高改建设计中的溢流坝体型较为特殊.溢流坝整体水工模型试验显示,水流通过堰面时与堰面分离,形成大面积低压气囊,堰面负压严重,流态不稳定 通过试验观测与分析找出了问题产生的主要原因.经改进试验,优化体型,调整堰顶平台与下游堰面连接段的形态,采用WES型曲面连接段及较大半径的圆弧曲面连接段,消除了堰面低压气囊,降低了堰面真空度,改善了水流流态 2个修改方案相比,以WES型曲面连接段方案为优     

板坯连铸中间包内钢液流场和浓度场的数值模拟

采用FLUENT软件对板坯连铸中间包内的流场和浓度场进行数值模拟,分析中间包内有无挡墙以及挡墙参数变化引起中间包内流场、浓度场的变化情况。模拟结果表明,湍流控制器与挡墙的优化配合使中间包内钢液的平均停留时间由502 s延长至573 s,死区体积分数由29.7%降为14.4%,优化挡墙与挡坝参数有利于钢液温度和成份的均匀,及夹杂物的上浮去除。     

Design optimization of flow control device for multi-strand tundish

The fluid flow phenomena in tundish have a strong influence not only on the uniform of composition and temperature of bath, but also on the separation of non-metallic inclusions, especially for the multi-strand tundish. A water model of a multi-strand tundish has been set up based on the Froude number and Reynold number similarity criteria. The effect of dam+weir and baffle on the uniform of composition and temperature of bath for different nozzles has been studied. The residence time distribution curves of the fluid flow were measured by SG800. Comparing the photos of the flow pattern in tundish, the optimum arrangement of baf-fle+dam was obtained. This new structure is benefit not only to uniform the temperature among different SENs (submerge entry nozzles) but also to separate the non-inclusions from the liquid steel, it can be widely used in multi-strand tundish.