严寒地区大型倒虹吸工程管道应力及水力安全控制

新疆北疆供水工程跨越吉拉沟大洼槽的三个泉倒虹吸,跨度11 km,内径2.8 m,工作水头160m,是国内外同类工程中综合难度较高的大型倒虹吸工程,在结构强度、材料工艺、安装敷设、工程质量方面都有极高的要求,特别是高水头管道运行、充水、放空、水锤防护等各种工况下的水力安全控制问题,高温差与严寒条件下管道的应力应变问题尤为突出。对该工程设计、科研、施工及运行管理方面的经验进行介绍,对其在新技术、新材料、新工艺等方面取得的理论研究和技术创新成果进行总结,研究认为:工程总体布置合理,工程运行后监测资料及工程安全评价表明各项性状指标良好,通过模型试验研究确定的闸门开度、关闭速率、充水排气、放空排水等水力安全控制关键技术科学合理,为严寒地区大型倒虹吸工程的技术发展提供借鉴。     

气升式环流反应器强制振荡周期对传质影响的研究

在同一反应器中比较了不同振荡周期下的气液传质特性,为最优强制振荡周期的确定提供了实验依据和分析基础。选择体积传质系数及气含率作为传质研究的主要评价指标,实验结果表明,动态操作下的传质效果明显优于稳态,而不同振荡周期传质效果也大不一样。在0.8~2.4m3h-1的气速范围内,由静压力、导流管顶部截面流体速度、全床气含率(及传质系数)周期性变化所确定的振荡周期TP、TV、TK比稳态操作下的全床平均传质系数分别提高了3.92%~27.3%,2.35%~24.5%,28.2%~43.3%。由反应器内全床平均气含率或传质系数确定的振荡周期TK是最佳振荡周期。     

低品质因数谐振筒的谐振频率测量系统

谐振筒式密度计的测量原理为谐振筒的谐振频率会随筒内液体密度的变化而变化,从而通过测量其谐振频率来达到测量其密度的目的。但由于低品质因数谐振筒在谐振频率附近的幅度与其他频率的幅度区分度太小,导致谐振难以实现。因此如何使低品质因数谐振筒达到谐振状态并测得其谐振频率,是谐振筒式燃油密度传感器激励系统的关键问题。激励系统以DSP为主控芯片,运用椭圆拟合的方法解决了低品质因数谐振筒式密度计激励系统的关键技术问题-增益测量和相位测量,运用原位计算节省了DSP大量的内存空间,同时运算量又较小。仿真结果表明,增益测量精度优于0.05%,相位测量精度优于0.05%,高于实际需要。系统在测量并记录了增益、相位差之后,利用相关算法实现了自动增益调节和自动相位调节,并实现了谐振筒的谐振,测得了其谐振频率。     

三参量模型粘弹性圆柱体轴向流动中的动力特性

对悬臂粘弹性圆柱体轴向流动中的动力特性进行了研究,计算模型采用三参量模型,对特征方程进行了推导,给出了在质量比β(β=0.5)一定,改变无量纲延滞时间α和无量纲弹性系数比λ的情况下,悬臂三参量模型粘弹性圆柱体的前三阶模态无量纲复频率ω的实部及虚部与无量纲流速v之间的关系曲线图.研究结果表明:在无量纲弹性系数比λ和质量比β一定时,随着无量纲延滞时间α的增加,及在无量纲延滞时间α和质量比β一定时,随着无量纲弹性系数比λ的增加,第一阶模态发生单一模态颤振及再次稳定的无量纲临界流动速度都在减小.     

无限长圆柱非稳态导热集总参数法应用

圆柱体进行非稳态导热时,集总参数法只适用于Bi〈1的情况,Bi〉1时一般采用根据解析解绘制的Heisler图线．由于前者适用范围窄,后者误差大,探讨一个非稳态导热的实用便捷公式具有重要意义．以无限长圆柱为例,研究在0〈Bi〈∞条件下非稳态导热平均温度集总参数分析方法,定义必要的参数,建立了平均温度瞬态响应关系式．拓展了传统的非稳态导热集总参数法应用范围．数值分析给出了计算关系式的辅助参数表．通过推导出的公式,结合参数表来计算工程实际问题,比通用的Heisler图解法更为简洁方便．     

波浪对圆柱外接圆弧型防波堤绕射的解析计算

在微幅波绕射理论的基础上,使用特征函数展开法,推导了圆柱外接圆弧型防波堤复合结构的水波绕射的解析解,并据此计算了该结构所受到的波浪载荷以及绕射波面分布。计算结果表明:与单一圆柱相比,外接圆弧型防波堤的存在可明显降低作用于圆柱的波浪载荷和圆柱表面的波浪爬高;采用外接堤表面密实或透空而内圆柱表面透空的结构形式可以取得圆柱防浪的较佳效果;结构透空系数、波浪入射角度、外接堤张角、外堤半径与水深比、水深与波长比等因素的变化对绕射波浪作用均存在一定影响。     

顶部定常吸气对高层建筑模型气动力的影响

为减少高层建筑受到的风荷载,提高高层建筑抗风性能,提出一种顶部吸气的主动控制方法。在一高宽比为H/d=5的正方形截面柱体的高层建筑模型上,通过在其顶部前边缘开设狭缝进行吸气来实现流动控制。通过风洞试验研究了顶部吸气对气动力与顶部分离流的影响.利用流动可视化与流场测试结果揭示了顶部狭缝吸气的控制机理.实验对比了不同吸气系数Q(=U/U_∞,U为狭缝吸气速度)对气动力控制效果的影响,并对Q=0,1和3的三种工况下风压分布与顶部剪切流进行了详细对比.研究发现狭缝吸气改变了顶部分离流特性,并对模型所有高度上的气动力均有显著影响.Q=1时控制效果最佳,脉动阻力与脉动升力分别减小17.8%和45.5%.此时顶面分离流被削弱并伴随有再附现象且湍流强度较大,最有利于顶部剪切流与尾流间的动量交换,从而削弱柱体展向涡脱落与脉动气动力.     

突扩通道内横掠圆管对流换热的数值模拟

采用非稳态数学模型对突扩通道内横掠圆管流动与换热进行了数值模拟。分别对不同雷诺数Re以及不同通道突扩比Er情况进行数值模拟。结果表明:随着Re的变化,数值解有稳态,周期振荡和混沌。同时随着雷诺数的增加,圆管附近的换热不断增强。对于不同突扩比,当10≤Re≤100和250≤Re≤300时,圆管的换热随着通道突扩比的增加而变弱;当100Re≤200时,圆管换热并不单调减弱。     

Hydraulic Self Servo Swing Cylinder Structure Optimization and Dynamic Characteristics Analysis Based on Genetic Algorithm

The dynamic characteristics of hydraulic self servo swing cylinder were analyzed according to the hydraulic system natural frequency formula. Based on that, a method of the hydraulic self servo swing cylinder structure optimization based on genetic algorithm was proposed in this paper. By analyzing the four parameters that affect the dynamic characteristics, we had to optimize the structure to obtain as larger the Dm(displacement) as possible under the condition with the purpose of improving the dynamic characteristics of hydraulic self servo swing cylinder. So three state equations were established in this paper. The paper analyzed the effect of the four parameters in hydraulic self servo swing cylinder natural frequency equation and used the genetic algorithm to obtain the optimal solution of structure parameters. The model was simulated by substituting the parameters and initial value to the simulink model. Simulation results show that: using self servo hydraulic swing cylinder natural frequency equation to study its dynamic response characteristics is very effective. Compared with no optimization, the overall system dynamic response speed is significantly improved.     

基于投影浸入边界法的流固耦合计算模型

针对建立的刚体和流体相互作用的浸入边界法数学模型,借助求解不可压缩N-S方程组的分步投影方法的思想来求解基于浸入边界法的耦合系统方程.在空间离散上,对流项采用Quick格式,扩散项采用中心差分格式.时间推进采用显式欧拉法,固体对流体的作用力源项引入流体体积(VOF)方法中的体积比函数,通过龙贝格算法高效求解每个网格单元中浸入刚体所占的体积比.利用VC++编写投影浸入边界法的数值计算程序,并以单圆柱绕流为基准数值算例,通过与其他文献和实验结果的对比,验证了数值计算结果的准确性和可靠性,并进一步分析了不同雷诺数下圆柱绕流场的涡结构分布特征.