双辊连铸中间包流场数值模拟及优化

基于有限元分析软件FLUENT对中间包的流场进行了数值模拟研究和优化.其结果表明：设置流动控制装置可明显改善熔液流动状况,有利于提高连续铸轧坯质量.对比了流动控制装置中几种不同的堰坝布置,最终得到挡堰相对高度为550 mm、挡坝相对高度为350 mm时所得金属熔液净化效果最佳.     

宽尾墩应用于高拱坝表孔后的压力特性

在分析宽尾墩内流态和压力分布特性的基础上,采用模型试验、数值模拟以及理论分析相结合的办法,提出了宽尾墩流道内溢流堰面最小压力、最大压力以及最大压力出现位置的计算公式,并将计算值与试验值及数值模拟值进行了比较。     

堰塞体状态相关剪胀理论与坝体溃决演化规律研究构想（特约稿）

堰塞体一般在自然力作用下瞬间形成,堆积体具有空间结构复杂、坝料级配宽泛、稳定性差、易在水流冲刷下发生溃决等特点。堰塞体作为一种重大的水旱自然灾害,其安全评价和灾害预测是国内外学者关注的焦点,目前尚有很多问题需要解决,包括：（1）堆积体由天然宽级配土石料构成,表现出显著的状态相关性,缺乏正确描述这种宽级配堆石料的状态相关剪胀理论与本构模型;（2）堰塞体形成后,会受上游堰塞湖水位抬升、持续非稳定渗流、湖区滑坡涌浪、后期地震等外荷载作用的影响,缺乏稳定性评判的标准和方法;（3）堰塞体缺乏必要的洪水溢流设施,容易发生溃决,且溃决水流冲蚀过程呈明显的非线性特点,溃口水力要素指标呈强非恒定流特征,缺乏反映宽级配堰塞体材料冲蚀机理的溃决过程数学模型。为此,有必要采取现场勘查、多尺度物理模型试验、数值仿真等综合手段开展研究,揭示堰塞体外观形态、内部结构和材料宏观力学特性及其时空变异规律,提出状态相关（级配、孔隙比、应力水平）的宽级配堰塞体材料剪胀方程,建立能适应复杂应力路径的广义弹塑性本构模型与坝体极限平衡分析方法;开展大型水工模型试验和溃坝离心模型试验研究,揭示非恒定流作用下堰塞体材料的动态冲蚀特性与堰塞体溃口演化规律,建立非恒定流作用时溃口动边界条件下的挟砂水流冲蚀方程,提出考虑流固耦合的堰塞体溃决过程数学模型,实现堰塞体漫顶或渗透破坏溃坝全过程水流运动特征、坝料输移规律、溃口演化过程及结构失稳的数值模拟。综合可靠度理论与溃坝过程数值模拟方法,提出能考虑流固耦合的堰塞体渗流、变形、稳定和溃决过程的一体化数值仿真平台,构建堰塞体全生命周期安全评价与灾变模拟理论体系与方法,为提升我国堰塞体防灾减灾决策水平提供科学的理论与技术支撑。     

雪卡水电站长引水渠道的水力瞬变计算

在雪卡水电站长引水渠道的水力瞬变计算中,应用一维明渠非恒定流方程及其相应的初边界条件,通过数值求解进行电站长引水渠道各种工况运行下的水力设计,并进行了复核计算.重点研究了在机组增、甩负荷时,瞬变运行状况下的非恒定流运动,对工程是否采用溢流侧堰进行了对比计算,得到了电站各种运行工况下渠道瞬态水面线、流速、前池侧堰的溢流过程线等,为合理确定渠道断面尺寸、比降、前池大小、侧堰宽度、堰顶高程及压力钢管进口高程等提供了依据.比设计《规范》提供了更全面、更合理的水力信息,又弥补了水工模型试验模拟长距离输水的缺陷,建议在同类工程中推广使用.     

一种膨胀土湿度应力场的近似计算方法

构建一种数值与试验相结合的计算湿度应力场的方法,根据湿度应力场与温度应力场的相似性,采用FLAC软件温度应力场模拟原位竖向膨胀力试验,由此确定湿度场线膨胀系数.利用室内模型试验对该模拟结果的准确性进行验证,室内模型试验和数值模拟得到的竖向膨胀力大小接近,规律基本一致,表明此种近似的膨胀土湿度应力场计算方法有效可行.研究可为膨胀土膨胀特性的数值模拟提供借鉴.     

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.     

模型试验的数值仿真——深圳大盐共同沟安全研究

根据模型试验,数值模拟了在带有燃气管道的共同沟中燃气泄漏后的浓度分布,并对浓度分布情况进行分析.对比模型试验结果发现,在气体泄漏点的一定范围内,标准kε湍流计算模型能够模拟燃气的泄漏,数值计算的燃气浓度能够满足工程精度要求.数值分析表明,实际工程可以用标准kε湍流数值模型来模拟.     

共同沟内燃气泄漏扩散规律的数值仿真

在模型试验的基础上, 数值模拟了在带有燃气管道的共同沟中燃气泄漏后的浓度分布. 对比模型试验结果发现, 在气体泄漏点的一定范围内, 标准k-ε湍流计算模型能够模拟燃气的泄漏, 数值计算的燃气浓度能够满足工程精度要求.     

多孔海床在波浪作用下渗流特性数值模拟

为了研究波浪作用下多孔海床瞬时孔压的渗流特性,采用模型试验与数值模拟相结合的手段.用粗砂制成孔隙率为0.5的模型海床,并在波流水槽中进行模型试验获取实测结果,然后运用波浪渗流力学和线性波理论使用有限差分软件FLAC进行数值模拟.将数值模拟结果绘制成图与实测结果进行比较,分析多孔海床在不同深度、水深和波况下的渗流特性.     

桐子林导流明渠体型优化数值模拟研究

针对大单宽流量导流明渠体型优化难度高,下游消能防冲设计困难,物理模型难以详细测量水流流态和冲刷特性等主要问题,采用紊流数学模型方法对不同体型明渠水流流动和下游天然河道流场进行了3维数值模拟.结果表明,计算值与试验值吻合良好.通过对比3种体型下明渠的流速分布特性和冲刷特性,获得了模型试验难以测量的流场详细信息,为明渠的体型优化提供了重要参考.研究表明,将数值模拟技术应用于导流明渠的体型优化研究中具有独特优势.     

板坯连铸中间包钢液流场的数学模拟

利用计算机数学模拟的方法,对中间包内钢液流场进行研究,以济钢一炼钢厂4#板坯连铸中间包为模型,以挡墙分别距入口处、挡坝间的距离,挡墙和挡坝高度为影响参数,对板坯连铸中间包流场进行优化设计.得出有利于生产的设计数据.     

基于水力控制的分段低压输水系统优化研究

分段低压输水系统是一种结构相对简单,采用分段降低水头的新型自流有压引水结构,而保水堰则是分段低压输水系统的关键建筑物.通过建立保水堰关闸检修的数值仿真模型,对保水堰的堰流、井流等复杂流态进行了模拟,仿真结果表明在检修闸门和下游管涵之间设置调压柜或明渠段等减振结构可以减小检修过程中的剧烈水位波动,并对调压柜和明渠段的减振效果作了比较.研究还发现若减振结构的面积设置不当,会引起下游输水单元的水力共振.在水力控制和分析的基础上,提出了保水堰及减振结构的整体优化设计原则,为工程设计提供了技术依据,有较大的推广应用价值.     

过坝溢流水力计算的数学模型

关于过坝溢流的水利计算,由于求解偏微分方程组非常困难,通常都是假设无黏性势流进行计算,但实际上流体都是有黏性的,假设无黏性势流的计算结果与实际偏差较大.本文根据对以往溢流坝面流场数值计算模型的讨论,将溢流坝流场假设为无旋的黏性流体,建立了新的数学模型.该模型将流体按势流假设考虑,又通过转换边界条件将黏性影响产生的能量损失计算在内,使得流场数值计算结果更符合实际.文中给出的实例证实用该方法数值计算的结果和实验结果吻合很好.     

Fluid Flow in Tundish Due to Different Type Arrangement of Weir and Dam

Tundish is an important metallurgical reactor in the continuous casting process,In order to control the fluid flow in tundish and thus take full advantage of the residence time available for the removal of inclusions from molten steel,the effect of weir and dam on the fluid flow has been studied in a water model based on the characteristic number Froude and Reynold number similarity criteria.The residence time distribution curves of the flow were measured by SG800,The optimum arrangement of dam and weir and the nonstationary flow in tundish were discussed.The results show that the comnbination of weir and dam is benefit for the flow pattern in tundish,weir can prevent the upper recirculating flow.dam can cut off the bottom flow and turn to upwards,it is advantageous to separate the nometallic inclusions.Furthermore,it is importnat to exceed the critical depth of bath during exchange ladles,not only for the inclusion floatation but also for avoiding tundish slag drainage earlier.     

Simulation research on monomer agglomeration of nonmetallic inclusions in steel with a diffusion limited aggregation model

The monomer agglomeration of nonmetallic inclusions was simulated with a diffusion limited aggregation （DLA） model of the fractal theory. The simulation study with a random two-dimensional diffusion was carried out. The results indicate that the DLA model can be used for the simulation of agglomeration behavior of the cluster-type inclusions. The morphology of clusters was observed with SEM and compared with the simulated agglomerates. The modelling procedure of the DLA model is applicable for the agglomeration process. The uncertainty of agglomeration process and the persuasive average agglomerative ratio was analyzed. The factors about the agglomerative ratio with the collision path distance and the size of particles or seed were discussed. The adherence of the nonmetallic inclusions on the dam, the weir and the walls of a tundish, and the absorption of inclusions by stopper or nozzle were also discussed.     

板坯中间包控流装置结构优化的水模研究

根据相似原理,按照1：2比例对中间包建立水力学模型。考虑坝高、堰离底部高度、坝堰间距、堰与长水口注入点间距等参数对中间包内流场的影响,依据工厂实际工艺参数设计实验方案。对实验结果进行分析,结果表明：对原中间包结构进行优化,减小堰离底部距离及堰与注入点间的距离,钢液在中间包内响应时间由69.0 s延迟至75.0 s,平均停留时间由418.0 s增长至555.4 s,死区体积比例则由28.4%降至18.3%。     

中间包自由表面的数学模拟

为了更好的发挥中间包在冶金中的作用,研究了坝高、堰深、坝堰间距及中间包水口出流速度等因素对中间包自由表面的影响,试验通过营造中间包水口附近平稳的钢液面来减少卷渣,从而达到提高铸坯质量的目的。     

中间包控流装置的物理模拟研究

根据相似原理,建立1∶3的物理模拟模型,通过正交试验考察了挡渣堰、导流坝组合控流装置对中间包流场的影响。研究结果表明,堰坝间距是影响流场的主要因素,优化控流组合方案为：挡渣堰距注入流中心线距离1 200 mm,挡渣堰下沿距包底距离500 mm,导流坝高度360 mm,堰坝间距300 mm.优化后中间包流场趋于合理,钢液在中间包内的停留时间延长,活塞流体积增大,死区体积减小.     

圆顶堰溢流边界层的发展

在总结溢流边界层的有关文献以及采用激光流速仪对圆顶堰模型进行系列试验的基础上,本文研究了圓顶堰外流(势流)区和边界层内的流速分布规律,并且提出了一些经验公式来定量地描述这些规律,经验公式与试验资料尚能吻合。此外,根据在正交曲线坐标系下推导的动量积分方程式,本文计算了圆顶堰溢流边界层的厚度,计算成果与试验资料也基本上相符。最后,本文分析了圆顶堰溢流边界层的发展规律,指出与此规律有关的重要特征参数是上游水头与圓顶堰半径的比值。