波浪作用下海底管线局部冲刷临界条件

为保护海底管线避免冲刷,对海底管线局部冲刷的临界条件进行研究是十分有必要的。基于海床多孔介质假设,通过添加源项方法来实现海床泥沙颗粒对水流的阻滞作用,建立了海底管线周围水动力场-渗流场耦合数值模型。利用前人数值试验结果对该数值模型进行了验证,在此基础上基于边界造波法和VOF方法对波浪作用下海底管线周围水动力场-渗流场进行了联合数值求解。分析了波浪KC数、相对埋深e/D对管线两端压差的影响,研究了管涌出口处水力梯度的变化规律。研究发现管线两端压差和渗流水力梯度随着KC和相对埋深e/D的增大而减小。管线冲刷的临界无量纲流速随着KC和相对埋深的增大而增大,并通过曲线拟合建立了一个用于计算管线冲刷无量纲流速的经验公式,为实际工程中海底管线的防护提供了重要的技术支持。     

圆柱结构的二阶波浪渗流压力解的探讨

在波浪渗流力问题的研究中,首次引入了S tokes有限振幅波的波浪模型.通过推广应用特征函数展开法和表面布源法,分析了作用在可渗弹性海床上固立圆柱结构底面由二阶绕射波浪所致渗流压力的问题.对波浪场和渗流场分别采用分区法与迭加法,并引入一个B esse l级数展开的数学解;给出了S tokes二阶波关于两种垂直型圆柱结构绕射波浪场波势及压力分布解,进而将表面布源法推广应用于对圆柱底面下海床内的二阶波渗流压力场的解析求解,取得了相应的积分解式和对应的格林函数.     

钢筋混凝土框架振动台试验模型的数值模拟研究

采用OpenSees有限元系统作为分析工具,本文针对一个钢筋混凝土框架结构的振动台模型试验,选取了几种典型工况进行了数值模拟研究.数值模拟研究包括结构动力特性的分析、弹性及弹塑性时程分析,并给出了结构塑性发展历程.模型实测与理论计算响应结果对比分析表明:振动台模型试验实测结果与理论计算值吻合较好,说明文中所采用的分析模型及方法是可行的,可以作为振动台结构模型试验的分析工具.     

低渗透煤与瓦斯的固-气动态耦合模型及数值模拟

为了解低渗透煤体的瓦斯渗流机理,开展了低渗透煤体的变形与瓦斯渗流的相互作用规律研究.根据低渗透煤体的瓦斯渗流特性,确定了煤体渗透率的动态变化模型;通过建立煤层瓦斯渗流方程与煤体的变形场方程,引入煤体孔隙率的动态变化模型,定义了研究问题的初始及边界条件,推导得到了低渗透煤与瓦斯的固-气动态耦合模型.针时含瓦斯煤体试件的定解条件和模型参数,进行了耦合模型的数值模拟研究.结果表明:数值模拟预测的瓦斯渗透速度,与试验的实测结果吻合较好,且随着煤体渗透率减小,模拟结果更逼近实测结果,其最小误差为0.9%.     

固立于可渗透弹性海床上透空型圆柱的波浪渗流力

应用特征函数法研究了结构的透空性对可渗弹性海床上圆柱底面渗流波浪力的影响,推导了直柱的一阶绕射波场的压力分布解以及海床内渗流压力分布解,并对作用于圆柱底面上的波浪浮托力和倾覆力矩进行了实算和分析.结果表明:浮托力和倾覆力矩与波浪直接作用可能具有相同量级;而结构的透空性对减弱直接波浪载荷有明显作用,但对波浪所致渗流压力的减弱不明显,甚至可能增加倾覆力矩,造成固立结构的不稳定.     

基于格子Boltzmann方法预测多孔介质的渗透率

多孔介质内的流动涉及许多工程应用.文章采用不可压缩的格子Boltzmann模型对多孔介质中的流场进行数值模拟,从微细尺度上得到多孔介质的结构特性及分布情况;同时,获得了多孔介质的渗透率与孔隙率近似成指数的变化关系.根据达西定律和格子Boltzmann方法进行数值模拟,成功获得多孔介质的渗透率,为有效研究孔隙尺度下的渗流问题提供了方法,同时为多孔介质的工程应用及理论研究提供了依据.     

三相泡沫在采空区中渗流特性的数值模拟

为研究三相泡沫在采空区中的渗流特性,运用计算流体力学软件对三相泡沫在多孔介质中渗流的各种参数进行了数值模拟.结果表明三相泡沫以入口速度为5m/s在采空区中做渗流流动时,散热带渗流速度分布在0～2.1 mm/s区间内,氧化升温带渗流速度分布在0～0.09mm/s区间内,窒息带速度分布在0～7.2 μm/s区间内.证明了三相泡沫在采空区运移过程中,具有很强的堆积和扩散特性.根据模拟结果运用3D max的动画功能对三相泡沫在采空区中的渗流特性进行了仿真演示.     

水流对聚焦波特性影响的数值模拟

为了研究水流对聚焦波浪特性的影响规律,利用势流理论建立了聚焦波和水流混合作用的完全非线性数值水槽模型,在时域内利用高阶边界元方法进行模拟,并采用混合欧拉-拉格朗日方法追踪流体瞬时水面.通过实时模拟造波板运动在均匀水流中产生聚焦波浪.通过对比发现,该数学模型可以准确模拟聚焦波浪的传播变形过程,并进一步研究了水流对聚焦波的影响,包括对聚焦波浪峰值、聚焦位置和聚焦时间的影响等.     

基于数值波浪水槽的波力直驱水轮机前导流口体型优选

基于数值波浪水槽和k-ε紊流模型,对3种不同体型的波力直驱水轮机前导流口的水力特性进行了三维数值模拟及分析,获得了最优的前导流口体型.根据物理水槽造波原理,在FLUENT中通过设定造波板边界的运动规律实现了三维规则波的数值模拟,所建立的数值波浪水槽工作特性良好,可得到稳定的、重复性很好的波动过程;通过后蓄水池自由水面波动幅值、过机流量和俘获宽度比等3项指标,对比分析了3种体型导流口的性能.     

温控条件下高压实膨润土渗透性能数值模拟

对温控条件下非饱和高压实膨润土渗透试验,利用Code—Bright软件进行了数值模拟．数值模型中的非饱和渗流特性参数由室内试验确定．数值模型中使用的膨润土非饱和弹塑性本构模型参数由膨润土的常规非饱和三轴力学模型试验得到．本文模型的计算结果和试验结果较为一致,说明数值模拟方法可以用来研究高压实膨润土的渗透特性．对数值模型的研究有助于加深对膨润土非饱和渗流特性的认识,为今后高放核废料地质处置中缓冲／回填材料的研究提供重要的理论依据．