大跨人行悬索桥纵横主梁涡振性能研究

为掌握大跨人行悬索桥纵横主梁涡振性能,以国内拟建的一座宽跨比为0.028 4的人行悬索桥为工程背景,对其涡振响应特性及发生机理进行了研究。采用数值方法分析了该主梁涡振响应、流场涡脱演化、风压分布以及涡激振动贡献系数在-3°、0°和3°风攻角下的特性。结果表明,随着风攻角由正转负,主梁竖弯涡振性能变差,其风速锁定区间向低风速区偏移,最大竖弯涡振幅值增大,最不利扭转涡振出现在0°风攻角下。由于主梁下表面多个工字钢纵梁的阻挡作用,导致主梁下部气流旋涡运动状态复杂,其对涡振响应影响显著。脉动风压系数随风攻角的变化规律复杂,主梁上、下表面脉动风压系数极值分别出现在-3°和3°风攻角下。不同风攻角下,主梁上、下表面的涡激振动正贡献系数极值均出现在尾流端且作用范围较大,此为结构竖弯涡振响应的主要贡献区域。     

索承式人行悬索桥自振特性及弯扭耦合特征分析

为了研究索承式人行桥的自振特性及其弯扭耦合特征,以某实际工程为例,采用Midas软件建立了有限元模型,将各振型中横弯分量和扭转分量贡献度的比值定义为弯扭耦合系数β,分析了索承式人行桥振型模态的弯扭耦合特征,以及主缆矢跨比λc、抗风缆矢跨比λw和抗风缆倾角α对自振特性及弯扭耦合特征的影响。研究发现,竖弯振动不存在与其他振型分量的耦合,而横弯和扭转振型存在耦合,且随振动阶数增加,弯扭耦合系数β减小,振型由横弯为主逐渐过渡到以扭转为主;随主缆矢跨比λc减小,弯扭耦合振型频率增大,β减小;随抗风缆矢跨比λw的减小,以横弯为主的弯扭振型(β≥1)频率下降,以扭转为主的则略有增大;增大抗风缆倾角α会使桥梁整体横向刚度下降,但抗扭刚度增加。     

弹性阶段波形钢腹板简支曲线组合梁弯扭变形的解析解

为了研究波形钢腹板简支曲线组合梁在弯扭复合作用下的挠度及扭转角效应,根据波形钢腹板自身的结构特点,考虑曲梁曲率、箱梁剪力滞效应、剪切变形和扭转变形,利用最小势能原理和变分法推导了弯扭效应微分方程,并采用伽辽金法进行求解,得到了竖向均布荷载下波形钢腹板简支曲线组合梁的挠度、扭转角的解析解,将计算结果与有限元模型计算结果进行了对比,结果吻合良好。     

300MW汽轮机中压缸多级叶片气动设计与分析

为了改进某汽轮机中压缸的气动性能，对其前3级的直静叶设计提出反扭或弯扭等多种改型方案，并运用计算流体力学（CFD）方法对原方案和改型方案的内部流场进行了数值模拟．根据计算结果分析了不同方案下的级内流动特性和气流参数变化，给出了各方案下的多级效率．计算结果表明，静叶扭转减小了动叶的相对进气角，从而使多级效率有所提高．静叶的弯曲改型对多级效率的影响不明显，但能改善叶间流场的分布形态．     

涡轮桨搅拌槽内混合过程的大涡模拟

在FLUENT 6.1软件平台和网络并行计算硬件平台上,采用大涡模拟(LES)的方法对涡轮桨搅拌槽内的混合过程进行了数值模拟。利用滤波函数对N av ier-Stokes方程进行空间滤波,对大尺寸的涡直接进行求解,而被滤掉的比网格小的旋涡通过Sam agorinsky-L illy亚格子模型求解,对搅拌桨区域采用滑移网格技术。结果表明:大涡模拟对尾涡的预报优于雷诺平均(RAN S)方法,混合时间以及示踪剂响应曲线模拟结果和实验结果吻合较好,且优于RAN S方法。大涡模拟方法为准确预测搅拌槽内湍流流动的非稳态及周期性脉动特性提供了一种有效的工具。     

控制棒定位隔板局部水力损失系数的数值计算

在反应堆驱动线落棒的分析计算中,导向筒隔板处的局部水力损失系数对流体力来说至关重要。采用CFX软件对一种结构复杂的导向筒隔板模型进行数值模拟,可得到流体通过隔板时的局部水力损失系数。同时考虑控制棒的影响,运用修正系数对局部水力损失系数进行修正,从而建立了一套适用于复杂结构局部水力损失系数计算的方法,可用于反应堆驱动线落棒过程中流体局部水力损失的计算。     

低型损叶栅气动设计方法

从改进气动负荷分布和边界层特性着手，研制了一套可供叶栅的优化设计与改型的计算方法与程序，本方法充分考虑到工程设计的要求，在优化过程中避免采用过多的数学手段，而注重气动分析对叶片设计的指导作用，叶片造型计算由正、反问题交替迭代进行，具有良好的可靠性和直观性。实例计算取得了满意的结果。     

离心泵内部流场性能优化

为了提高离心泵的工作效率，课题组根据设计要求对其进行水力计算，利用CFturbo软件对离心泵进行三维造型设计，将模型导入ANSYS ICEM进行网格划分，利用FLUENT求解器对不同流量工况进行数值模拟计算，比较不同工况下的流场分布。此外，通过数值模拟方法对水泵进行扬程、轴功率和效率等性能参数计算，并将结果与CFturbo的预测值进行对比，结果显示二者的性能曲线趋势基本一致，运用遗传算法对离心泵的水力性能进行优化，对比优化前后的性能曲线，结果表明优化后离心泵的工作效率得到提高。     

任意旋成面叶栅边界层和损失计算

本文应用变分有限元方法和边界层理论对实际叶栅内部流场进行了数值计算,求出了中心势流场的速度和压力分布、型面边界层特征参数、叶栅损失系数及型面摩擦损失系数。计算结果与实验数据吻合较好。文中所建立的方法和编制的计算程序可用于对轴流式或离心式叶栅进行计算,并以此判断叶栅性能优劣,改善叶型和设计高效叶栅,减少不必要的试验经费。     

不同攻角下叶片弯曲对涡轮静叶流场的影响

计算并分析了高马赫数情况下,直叶片及正弯20°叶片在攻角分别为0°、±10°、±20°及±30°的情况下的流场结构. 采用的数值方法为具有TVD性质的三阶精度GODUNOV格式,湍流模型为B-L代数模型. 计算结果表明,在较大的攻角范围内,正弯叶片可以减小叶栅流道内通道涡的强度,并且由于两端壁的附面层被吸入主流,使得正弯叶片中的能量损失减小. 攻角越大,正弯叶片的作用越明显.     

注塑模表面自适应三角网格剖分策略

利用映射法对注塑模复杂表面进行网格剖分时,经常会产生一些狭长、边界节点混乱等畸变单元。为了减少畸变网格提高一次性生成网格的品质,采用ＳＴＥＰ接口解决了多系统信息“孤岛”问题;采用模型边界分割数控制和顶点邻域网格尺寸修正形成单元尺寸控制策略实现了网格均匀过渡;利用区域边界布点和邻接域边界协调形成边界离散策略避免了边界节点的混乱。综合这些策略开发出的网格剖分软件完成了小家电机壳注塑模型的高品质表面三角网格生成。     

反映动态启动压力梯度的低渗透油藏渗流模型

基于流体边界层理论，建立了一种描述在低渗透油藏流体非线性渗流特征的新模型，获得了动态启动压力梯 度的连续变化函数。应用考虑动态启动压力梯度的非线性渗流模型，建立了一维单相流体流动的数学模型，并应用全 隐式方法对离散方程进行了线性化处理；对比研究了线性渗流模型、拟线性和反映动态启动压力梯度的非线性渗流模 型下地层压力的分布特征及流体非线性渗流系数对动边界扩展的影响。数值结果表明：受动态启动压力梯度的影响 在近井区域地层压力下降幅度更大，在远井区域的地层压力越高，地层压力下降范围更小；非线性系数数值越小，流体 流动的非线性程度越强，动边界的扩展速度越慢。     

基于插值细分的自由曲面重建

细分曲面的差值算法对于曲面重建的精度起着重要的作用。在当前的细分曲面的研究基础上,提出了一种以三 角形作为初始网格的递归插值计算方法。在边界网格节点上优化插值计算,并针对异常的网格节点选取合适的加权系 数,从而改善了重建细分曲面的插值算法。在一个复杂的自由曲面上进行应用,并将计算结果与其他的曲面细分模式进 行比较和误差分析。     

低渗透油藏不稳定渗流的近似解法

低渗透油藏的开发应该同时考虑启动压力梯度和应力敏感。目前考虑两者的不稳定渗流数学模型解法十分繁琐,主要原因是控制方程具有强烈的非线性,同时流体流动边界并非恒定不变。为了简化计算,利用油藏压力分布近似表达式,研究得到同时考虑这2个因素的低速非线性不稳定渗流压力分布特征;根据物质平衡原理,利用牛顿迭代方法计算得到了定产量、变产量和定流压生产情况下动边界运动规律以及井产量的变化规律。计算分析表明,启动压力梯度增加了地层的渗流阻力,介质变形削弱了近井地带地层的导流能力,使得地层能量不易被释放出来,两者均增大了油藏的开发难度。     

混流式水轮机转轮内部流场数值分析

从Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程出发，采用层流模型描述水流动状态，并在欧拉坐标系中用速度－压力修正法对模型进行求解，考虑到转轮内流道几何形状比较复杂，故采用有限元法进行数值离散，并将该解法用ＦＯＲＴＲＡＮ语言编制计算程序，对三峡工程混 式水轮机转轮内部的流场进行数值计算，分析了转轮内的速度和压力分布。     

不均匀受热并联管组流动与温度工况的数值解

本文就不同结构形式的不均匀受热并联管组的流动和温度情况作了理论和实验研完。研究结果表明,理论计算结果和试验结果相当吻合。因此,文章所建立的数学计算模型可在热水锅炉及其他类似设备的水动力计算推广应用。     

小型环状管网水力计算方法研究

为了寻求一种求解环状管网问题的简便方法，分析了环状管网的水力特性，总结出采用优化法进行环状管网水力分析计算是一种简便方法．使用该法对小型环状管网进行水力计算，结果与常用方法吻合．因此，该法可应用于小型环状管网的水力分析计算．     

扭带管内油的受迫对流换热实验

以30~#透平油为工质,对在光管内插入三种不同扭率扭带的受迫流动的冷、热态流阻及换热性能进行了实验。实验的雷诺数为200～1150,普朗特数为320～590,实验结果表明:在本实验范围内,插有不同扭率的全长连续扭带管的换热系数为光管的1.7～2.6倍,而阻力系数为光管的3～7.5倍;且扭率的大小对扭带的流阻与换热影响较大。另外,还对间断扭带管内油的受迫对流换热进行了实验。     

沟槽面在湍流减阻中的技术研究及应用进展

针对长输管道中存在的能源消耗问题，分别从湍流边界层流动特性、拟序结构、条带结构、转捩等方面归纳了沟槽面湍流减阻的国内外研究现状，讨论了沟槽的几何形状和尺度、流场压力梯度、沟槽面放置方式对沟槽减阻效能的影响。对沟槽面的减阻机理进行了综述，分析了存在的问题。指出需要利用先进的实验技术如PIV等图像处理手段,并结合计算流体力学软件对湍流边界层的瞬时流场进行研究，以找出沟槽面湍流减阻的机理。数值模拟了在平板中部横向布置的下凹沟槽的流场情况，得到了一种小涡流动结构，同时验证了这种结构在减阻中的作用，阐述了对减阻的另一种认识,并对沟槽面湍流减阻技术及其工业利用进行了展望。     

Pr<1温度阶梯变化时平板层流换热问题的解

本文采用边界层积分方程组法,求解了Pr<1且带有绝热始段的外掠平板层流换热问题,得到了温度、速度边界层厚度之比和换热系数的数学表达式。