高雷诺数水流中悬空输油管道安全性数值分析

穿越河流的输油管道在长距离输油管道工程中占相当比例,在水流长期作用下容易裸露悬空。悬空管道在水流作用下可能产生共振或锁频现象,造成管线失效。通过交错网格系统中的SIMPLE算法求解N-S方程,对均匀来流中的静止管道绕流场进行模拟,验证了模型的可靠性;并应用动网格技术对高雷诺数均匀来流中悬空的横向振动管道绕流场进行了数值模拟,得到不同频率比下的升力系数、阻力系数随时间的变化曲线以及涡量等值线分布图。通过分析涡量等值线分布图得到管道在给定雷诺数流体中的"锁频频率"以及高雷诺数下管道临界长度曲线,结论可用于水流作用下管线的安全分析。     

外载作用下悬跨管道纵向振动响应研究

管道是油气资源运输的载体,其性能对作业安全影响巨大。在合理假设的基础上,通过建立悬跨管道的振动力学模型,建立并求解其运动微分方程,得到悬跨管道的纵向振动响应。管道在受冲击载荷作用时由于阻尼的存在其纵向振动响应幅值随时间逐渐减小;管道受一般外载作用下的响应可通过将外载视为作用时间段内冲击载荷的积分来处理;管道受简谐力作用时其振动幅度与阻尼比和频率比相关,当外激频率接近固有频率时振幅放大系数最大,当外激频率大于固有频率时,频率比越大管道的振幅放大系数越小。     

海底悬跨石油管道泄漏流场和温度场耦合分析

对海底悬跨石油管道泄漏后流场与温度场的耦合进行分析,建立二维多相流海底管道模型,给出合理的流体力学和热力学边界条件,利用有限元软件FLUENT进行数值仿真分析。分析结果表明:海底悬跨石油管道泄漏对周围海水的温度场影响明显,高温区域随石油上浮而向上扩展;泄漏介质在管道周围产生绕流运动,离开管道后出现"滴流"现象。     

基于ADINA的二维圆柱体的绕流数值模拟

均匀流动流过半径为r0的二维圆柱是一经典的流体力学问题。对于粘性流体,流动甚为复杂。论文在ADINA中模拟了当雷诺数取不同值时的二维圆柱体绕流问题,观察尾流及圆柱体表面的压力分布,其结果与实验结果相吻合。     

高雷诺数下有限长圆柱绕流阻力特性研究

针对不同长径比的有限长圆柱模型,采用大涡模拟及雷诺平均的方法,对高雷诺数下有限长圆柱绕流阻力特性进行数值模拟和分析,得到了圆柱阻力系数随长径比和雷诺数的变化规律,讨论端面效应对绕流阻力系数的影响。结果表明：在亚临界区内,相同雷诺数下阻力系数随长径比的增大而增大,呈线性变化规律,L/D的对阻力系数的影响明显大于Re对阻力系数的影响;在阻力危机区内,相同雷诺数下阻力系数随长径比的增大而增大,呈二次函数的变化规律,但各工况达到阻力系数“转折点”对应的雷诺数各不相同,基本呈现随雷诺数的增大向前推移的趋势,Re对阻力系数的影响明显大于L/D对阻力系数的影响;在阻力回升区,阻力系数回升的“转折点”随着雷诺数的逐渐增大而向后推移。在各分区内,端面效应对阻力系数的影响随雷诺数增大而更加明显,在高度方向上的最大影响区域约占圆柱总高度的16%。研究结果对有限长圆柱绕流特性的研究及应用具有重要意义和价值。     

悬跨海底管道绕流三维特性的大涡数值模拟研究

自由悬跨是海底管道安全的风险之一,涡激振动(VIV)引起的疲劳是自由悬跨海底管道的主要失效模式之一。悬跨高度是影响海底管道涡激振动频率和载荷大小的一个重要因素。采用大涡数值模拟方法(LES)研究了不同悬跨间隙比(G/D)海底管道绕流的流场特性,分析了悬跨的间隙比对海管绕流场剪切层相互作用、升阻力系数和旋涡脱落等的影响规律。结果表明:与湍流模型的雷诺平均方法(RANS)相比,大涡数值模拟方法能够得到更准确和详细的近壁面圆柱绕流结果。在G/D小于0.8以后升阻力系数有明显变化,升力系数的均方根值随着G/D的减小而减小。当G/D大于0.8,升力系数的均值和均方根值基本不变,此时悬跨高度对绕流不再有明显影响。因此,可将G/D等于0.8作为临界悬跨间隙比,大于临界悬跨高度时的疲劳分析可等同于孤立管道。当G/D小于0.3以后,由于旋涡发放被抑制,升力系数的均方根值基本保持在很小的值,因此疲劳失效的风险大幅降低。而在中间过渡阶段的间隙比情况下,可以参考获得的升力系数值做更为精确的疲劳分析。     

小雷诺数下圆柱绕流数值模拟

应用计算流体力学软件Fluent对小雷诺数(20≤Re≤300)下的圆柱绕流进行仿真计算,采用有限体积法、层流模型求解不可压缩的N-S方程,计算了二维圆柱绕流的水动力学特性。分析尾涡的形态随着雷诺数不断增加的变化情况,并研究升阻力因素、St数及壁面分离角等参数随雷诺数的变化。     

低雷诺数下等边布置三方柱绕流的数值研究

采用有限体积法对雷诺数Re=100的等边布置三方柱的二维绕流问题进行数值模拟。考虑左"品"字形(布置1)和右"品"字形(布置2)两种柱体几何布置,间距比在1.5~5.0变化,着重分析间距比对流场特性、柱体阻力系数、升力系数及斯特劳哈尔数的影响。研究结果表明,对于布置1,间距比对流场特性与结构具有非常重要影响。当间距比g=1.5时,出现了周期性的双稳态间隙偏流;当g=2.0~3.0时,偏流效应随间距比增加逐渐变弱,下游柱B、C后的尾流流谱不对称;当g=3.5时,间隙流的偏流现象基本消失,柱B、C后的漩涡同步脱落,流场呈现同步对称结构;当g4.0时,柱B、C后的漩涡呈反相位脱落,流场关于来流方向对称。对于布置2,流场特性与结构受间距比影响较小,在所考虑的间距比范围内,未出现偏流现象。相对而言,在较小间距比的情况下,布置2比布置1具有更好的流动稳定性。各柱体的动力特性与流场结构及特性密切相关,各柱体的升、阻力及柱后漩涡的脱落特性与单方柱绕流情形具有很大不同。此外,三方柱绕流的流场特性与柱体动力特性也与三圆柱绕流的情形存在一些差异。     

管道非恒定流动数值模拟研究

从动力学方程出发,建立管道非恒定流动数学模型,并探讨相应的数值计算方法.以简单管道非恒定流动系统为例进行数值模拟计算,分析计算结果并得出相应结论.为管道非恒定流动数值模拟研究进行了有效探索.     

内置传感器的管道数值模拟及优化设计

在机械设计等工程实际中,管道的压力损失计算是其设计的一项非常重要的任务.为了确定某管道内置传感器的最佳插入点,就要计算因传感器而引起的管道流动损失,建立了不同设计的内置传感器管道的数学模型,使用目前通用的专业CFD数值计算软件FLUENT对管道内流场进行三维数值模拟,并将不同设计的计算结果进行对比分析,认为流动损失相对较小且流场流速稳定度较好的型4为最优设计,计算结果为该管道的进一步优化设计提供了参考.     

亚临界雷诺数下凹坑圆柱绕流数值模拟分析及减阻性能研究

为研究非光滑圆柱绕流减阻性能,采用SST k-ω湍流模型对亚临界雷诺数R_e=40 000下凹坑圆柱绕流进行数值模拟及减阻性能研究。对凹坑深度、内部形状、分布形式进行了结构参数敏感性分析,研究各参数对凹坑圆柱绕流减阻性能的影响规律。结果表明:凹坑圆柱具有较好的绕流减阻效果;阻力系数、升力系数均随凹坑深度增加呈先减小后增大的变化趋势,且在h=0.015D时,凹坑圆柱绕流具有最佳减阻效果;圆柱形凹坑圆柱平均阻力系数为0.923,球面形凹坑圆柱平均阻力系数为0.94;菱形分布凹坑织构的圆柱绕流阻力系数平均值为0.923,矩形情况为0.973。     

不同形式高速离心叶轮内部流动的数值模拟

为分析叶轮结构对于叶轮内部流动的影响,对8叶片的闭式和半开式两种形式低比转速高速离心复合叶轮进行研究.采用S-A湍流模型和雷诺时均N-S方程,对叶轮内部的流动进行三维紊流数值计算和分析,并对离心泵进行试验研究.数值计算结果表明,两种形式叶轮内部都存在回流,其中半开式叶轮内部的回流区域较少,液流在间隙里的相对流动大致为圆周方向;叶轮内部的静压力都是由叶片进口到出口逐渐升高,等静压曲线几乎是沿圆周方向,半开式叶轮叶片顶部的静压力低于相应位置根部的静压力,闭式叶轮出口的压力系数高于半开式叶轮.试验结果表明,半开式叶轮离心泵的效率较高,说明叶轮内部的回流是影响离心泵性能的重要因素.     

高压天然气田用旋风分离器内流场的数值模拟

对高压天然气田旋风分离器的内流场进行三维稳态数值模拟。将不同压力下的旋风分离器的内部流场进行对比,结果表明,压力对旋风分离器的轴向速度和径向速度的影响很小,但是对切向速度影响较大。旋风分离器的压降随着压力的增大而增大,基本成线性关系。在高压条件下,排气管的直径和入口面积对旋风分离器内流场速度的影响是比较有规律的。     

低雷诺数下涡街流量计线性度的试验

在DN25水流量标准装置上对装有梯形漩涡发生体的涡街流量计在低雷诺数下进行试验研究,利用数字信号处理方法(频谱分析方法)得到涡街脱落频率,较传统模拟信号处理方法在保证较好线性度的基础上,有效地扩展了测量下限。绘制雷诺数—仪表系数曲线,发现梯形发生体在低雷诺数下仪表系数K呈递减趋势,当Re>2 000时K趋于常数,这与圆柱发生体在低雷诺数时曲线递增的趋势截然相反。通过分析得知,管道内流速分布的影响、发生体形状的影响和流速与频率关系的影响是导致上述变化趋势的3个主要影响因素。     

压力管道在线焊接的数值模拟

运用有限元法对压力管道在线焊接的温度场和应力场进行数值模拟,考虑随温度变化的材料性能以及对流辐射的影响,计算结果与无管内介质流动的情形进行比较.结果表明,管内流动的介质带走了焊接时的大量热量,加速管壁的冷却,管内壁的峰值温度远低于无介质流动时;介质压力对完全冷却后的轴向应力产生较大影响.     

NUMERICAL SIMULATION ANALYSIS OF EXTERNAL FLOW FIELD OF WAGON-SHAPED CAR AT THE MOMENT OF PASSING

In the course of studying on aerodynamic change and its effect on steering stability and controllability of an automobile in passing, because of multi interaction streams, it is difficult to use traditional methods, such as wind tunnel test and road test. If the passing process of an automobile is divided into many time segments, so as to avoid the use of moving mesh which takes large calculation resource and CPU processing time in calculating, the segments are simulated with computational fluid dynamics （CFD） method, then the approximate computational results about external flow field will be obtained. On the basis of the idea, the change of external flow field of wagon-shaped car at the moment of passing is simulated through solving three-dimensional, steady and uncompressible N-S equations with finite volume method. Numerical simulation analysis of side force coefficient, stream lines, body surface pressure distribution of wagon-shaped car are presented and a preliminary discussion of aerodynamic characteristics of correlative situations is obtained. Finally, the C3 -x/l curve of side force coefficient（C3） of car following relative distance （x/l） between cars is obtained. By comparison, the curve is coincident well with the experimental data, which shows creditability of numerical simulation methods presented.     

毛细管电渗流微泵的流型及驱动

采用二维纳维一斯托克方程、拉普拉斯方程、泊松-玻尔兹曼方程表述电渗流微泵的计算模型,讨论了电渗流在各种工况下的流型,分析了双电层(EDL)厚度、外加垂直电势、Zeta电势、背压以及管径对电渗流(EOF)驱动时间的影响。仿真结果表明:影响驱动时间的主要是管径,其他因素可以忽略;无载驱动与反向驱动时间是毫秒级,有载驱动时间是在微秒级。通过改变外加垂直电势或Zeta电势的极性,可以实现双向驱动。     

充型过程中紊流流动的数值模拟

采用简化代数应力模型研究充型过程中的紊流流动,采用守恒标量法和Van Leer格式确定自由表面形貌;在计算流场和确定自由表面时,分别采用两个不同的时间步长,克服了流场计算时间步长过小的缺点;开发了基于PHOENICS软件的恒温流体充型过程三维时均速度场和自由表面演变的数值模拟算法。用这些方法针对一个用于验证的试验进行模拟计算,结果表明,其计算速度比采用单一时间步长时提高很多,而其准确性仍能满足工程实用的要求。而采用K-ε模型时,计算结果与试验结果相差较远。     

串列式双级轴流泵性能的数值模拟

为了揭示串列泵的内部流动机理及其能量特性,采用两个具有试验结果的轴流式叶轮和一新设计的导叶串联组成了一串列式轴流泵模型。应用Pro-E对该串列泵进行三维实体造型,用数值模拟的方法计算泵内的流场。数值计算采用NUMECA商业软件。在不同的工况条件下获得前后叶轮内部的速度矢量分布。基于流场计算结果,预测包括扬程、效率和轴功率在内的串列泵性能。将数值计算的结果与原叶轮的试验结果进行对比并与首级叶轮比较,串列轴流泵次级叶轮压力面和吸力面的速度具有较大的差值。与一般的轴流泵比较,串列式轴流泵具有比较宽的高效区,最优工况点向大流量区域偏移,其轴功率不再像普通轴流泵那样随流量的增加而减小。为了分析前后叶轮的相互作用,预测不同的后叶轮叶片偏转角条件下的串列泵性能,结果表明后叶轮的叶片偏转角对串列泵性能有重大的影响。     

NUMERICAL SIMULATION ON SOLIDIFICATION PROCESS OF HORIZONTALLY CONTINUOUSLY CAST ROUND IRON BARS

０ＩＮＴＲＯＤＵＣＴＩＯＮＴｈｅｔｅｃｈｎｉｑｕｅｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｃａｓｔｉｎｇｏｆｉｒｏｎｂａｒ,ｗｈｉｃｈｈａｓｂｅｅｎａｋｅｙｎａｔｉｏｎａｌｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｐｒｏｊｅｃｔｏｆＣｈｉｎａ,ｉｓｗｉｄｅｌｙｕｓｅ...