An Extended Finite Variable Difference Method with Application to QUICK Scheme

A Finite Variable Difference Method (FVDM) proposed previously by the author for locally exact numerical schemes is extended so as to be applicable to polynomial expansion schemes. This extended FVDM is applied to the QUICK scheme.

The optimum differencing points are analytically derived in terms of mesh Reynolds numbers so that the variance of the numerical solution is minimized under the condition that roots of the resulting characteristic equation are nonnegative to insure the numerical stability. This optimized scheme coincides with the original QUICK scheme at Rm=8/3, which is the critical value of its stability, and complements a stable scheme for Rm greater than 8/3. This optimization improves the numerical solution for the steady and unsteady convection-diffusion equations without numerical oscillations.

In the same manner as the previous result for the locally exact numerical schemes, it has been made clear based on the extended FVDM that optimum differencing points from the view point of numerical stability and accuracy exist for the polynomial expansion schemes.     

超临界水冷堆类三角形子通道流动传热特性研究

基于类三角形子通道超临界水的传热试验,建立了超临界水冷堆三角形子通道物理模型。采用雷诺应力湍流模型SSG,在压力为23～28 MPa、质量流速为700～1300 kg/(m²•s)、热流密度为200～1000 kW/m²参数范围内,对棒径8 mm、栅距比为1.4的子通道内超临界水流动与传热特性进行了数值研究。分析了系统参数对流动和传热特性的影响,对比了不同焓区的二次流特性。结果表明：采用SSG模型对超临界水冷堆三角形子通道内流动传热的CFD模拟结果与试验数据较吻合。质量流速越高,传热能力越强;子通道换热系数峰值随压力的提高而减小;热负荷越高,内壁温度越高;在大比热容区换热系数峰值随热流密度的增大而明显减小,传热存在恶化趋势。超临界区子通道内在与主流垂直方向形成了明显的二次流,存在6个对称的漩涡,二次流速最大值出现在子通道窄缝区间隙。通道内不同焓区二次流结构相似,但二次流强度随焓的提高而增大。     

池式快堆三维热工流体力学设计研究

随着计算机软硬件技术的发展,三维数值分析技术已经成为池式快堆堆芯和钠池热工设计和计算分析的重要组成部分,并在其中发挥着不可替代的作用.通过对池式快堆几个典型热工现象的分析,展示了我国第一座池式快堆(中国实验快堆)热工设计和安全分析中所拥有的设计手段和工具,总结了三维数值分析技术在快堆工程中的应用,并指出了其对今后快堆热工设计的重要意义.     

基于改进粒子群算法的无线电能传输高频阻抗数值研究

为提升磁谐振式无线电能传输系统的传输精度和传输效率,需研究磁耦合谐振式无线电能传输过程的高频阻抗特性。依据最大功率传输原则,获取阻抗匹配适应度函数,通过适应度函数,得到匹配高频阻抗实部和虚部,从电容实时调整的角度出发,更新粒子速度和位置,混沌局部搜索最优粒子;采用惩罚函数处理越界粒子,依照最终获取的最优粒子调整无线电能传输系统中的电容,使调整后无线电能传输系统高频阻抗和适应度函数获取的高频阻抗数值一致,实现对无线电能传输系统中的高频阻抗匹配。实验分析发现,采用该方法匹配高频阻抗后,无线电能传输精度最高可达96.59%。     

导流洞挑射水舌的模型试验及数值模拟研究

采用模型试验和数值模拟相结合的方法对导流洞挑射水舌的水力特性进行了研究。原设计连续挑坎存在水舌落砸本岸基岩的问题,改为斜切挑坎予以解决;采用RNG k-ε紊流模型计算了三维流场,再现了水舌的空中形态,对比沿程水面线、出口流速和水舌挑距,计算结果与测量数据吻合较好。研究结果表明：对于中低流速的斜切挑坎,挑角以15～25°为宜,高坎出口的表面流速明显小于低坎出口的临底流速,会导致高坎出口挑距明显缩短,理论分析时应考虑挑坎高差对流速的影响。     

风暴潮过程中波浪对地形演变影响的数值研究

建立了一个波流耦合作用下泥沙输移的平面二维数值模型，以研究风暴潮过程中地形冲淤变化的规律及波浪的影响。水流和泥沙输运的模拟采用水沙耦合数值模型，以考虑强冲淤条件下地形变化与水流运动之间的相互作用。波浪场模拟采用SWAN模型，计算得到的波浪辐射应力输入水沙耦合数值模型实现波流耦合。采用建立的模型对风暴潮过程中近岸地形变化进行了分析，结果表明，波浪对地形演变的影响程度随着风暴潮潮位的增加而减小。当风暴潮潮位较小时，近潮汐通道处形成不对称的三角洲、入口处形成冲刷坑；当风暴潮潮位较高时，形成的三角洲不对称性较小。当风暴潮潮位升高，近岸水深与波长之比大于0.15时，波流耦合模型与不考虑波浪作用模型计算所得的地形变化的绝对误差为整体地形变化的5%，但前者计算时间增加了一倍，因此，波流耦合计算对于风暴潮潮位较低，近岸水深与波长之比小于0.15时具有重要意义。     

220kV电缆终端应力锥在力场中的数值模拟分析

电力电缆系统的故障主要发生在电缆附件部分。在220kV交联电缆附件开发过程中，橡胶应力锥的压力分布状态是要解决的关键问题，应用220kV电缆终端的结构型式和工作原理，建立了该种电缆终端结构的数值仿真模型；结合橡胶材料的Rivlin应变能函数模型，采用增量分析方法．建立了非线性有限元方程组；应用Newton—Raphso迭代得到应力锥的位移．并计算了应力分布；报据应力锥内外侧的应力分布曲线，综合分析了应力锥轴向和径向应力状态。结果表明：橡胶材料及其结构形式对220kV电缆终端应力锥应力分布的影响十分明显．实际工程设计中应选择适当的橡胶材料及相应的结构形式。     

环氧绝缘干式变压器线圈固化过程温度场仿真研究

为了防止生产过程中干式变压器树脂线圈的开裂、缩孔、白斑等问题,笔者研究了产生开裂等缺陷的形成内因,并根据于式变压器线圈材料性能随温度变化的特性,采用非线性分析建立了线圈浇注、固化、冷却过程瞬态温度场、热应力场三维有限元模型,并确定温度场中初始条件、边界条件,设计了一种有效模拟干式变压器浇注、固化、冷却过程中三维温度场和应力场分布的方法模拟其内部分布,从而改进干式变压器的工艺参数和性能并减少开裂等缺陷的产生。实验表明该仿真能够较好地再现线圈固化过程中的温度场和应力场分布。     

多喷嘴冲击式水轮机内部流动及部件振形的研究

为了提高冲击式水轮机的出力与比转速,在设计时往往采取增加喷嘴数,但喷嘴数的增加会引起转轮内部流动的相互干涉,降低机组效率。本文采用CFD技术对多喷嘴冲击式水轮机的转轮内部流动进行数值模拟,通过水斗与喷嘴之间的相互流动计算的结果,优化出转轮水斗数,使之与喷嘴数相匹配,得到了单个水斗接受射流的全过程的速度-压力分布以及水流迹线、多个喷嘴同时作用时转轮内部流动的干涉情况。并利用ANSYS软件对水斗进行了应力分析,确定了水斗的应力分布、最高应力值点以及水轮机转轮和喷嘴的自振频率和振形图。本文的研究为大容量、多喷嘴冲击式水轮机转轮流动分析以及水斗的强度设计和喷嘴的振动研究提供了依据,同时也为电站的实际运行提供了参考。     

大型复杂河网一维动态水流-水质数值模型

建立了非恒定河网一维水流-水质数值模型（THU-River1D）,水动力模块利用最近提出的汊点水位预测-校正（junction-point water stage prediction and correction,JPWSPC）法处理缓流河网汊点处的回流效应,采用Preissmann格式离散Saint-Venant方程组,并采用Newton-Raphson方法求解非线性离散方程;水质模块采用分步法,分别求解对流项、源（汇）项、以及纵向离散项,其中,对流项处理采用改进的四阶显式Holly-Preissmann格式。模型无需特殊的河道编码,既适用于树状又适用于环状河网,还适用于潮汐流动。