管袋堤坝波浪作用下波浪压力的数值模拟研究

波浪作用是影响管袋筑坝的最主要外部荷载,关系到管袋结构的安全与稳定。为了解管袋堤坝在波浪作用下的波浪压力,基于流体力学计算软件FLUENT建立数值水槽模型,通过设定不同的边界条件,采用源造波法模拟不同波高、周期、水深、坡率下波浪与管袋坝面的相互作用,计算管袋受力和波陡、坡率之间的关系,并拟合相应关系曲线得到管袋坝的受力和波陡、坡率之间的函数关系式。结果表明,该方法的结果与物理试验过程中获得的规律相符,具有一定的实用性。     

地震荷载作用下海上风力机结构动力模型试验

综合考虑弹性相似律和佛劳德数(Fr)相似开展固定式多桩基础海上风力机结构动力模型试验,研究海上风力机整体结构在地震、风、波浪及海流单独及联合作用下的结构动力反应。运用ANSYS建立试验模型的有限元模型,将实测的地震波、风荷载和波高时程等荷载条件施加于数值模型,开展动力时程反应分析。通过试验数据与有限元结果的对比分析得出,在进行地震荷载作用下海上风力机结构动力反应分析时,需要考虑风、波浪等荷载因素的影响;地震、风、波浪荷载之间的耦合作用对结构内力反应具有显著影响,特别是当设计地震峰值加速度较小时,风与波浪荷载作用下的结构内力反应与地震荷载作用时效果相当。     

大体积薄壁混凝土墩墙结构早龄期开裂过程的数值模拟

水工大体积薄壁混凝土墩墙结构在早龄期温度变形、自生体积变形等荷载作用下易出现多条竖直贯穿性裂缝,目前常用的应力计算方法无法模拟出工程结构的开裂过程和裂缝数量。将开挖释放荷载理论引入混凝土早龄期温度场和应力场计算中,编制了相关程序,模拟施工期的大体积薄壁混凝土墩墙结构的开裂过程。结果表明,墩墙结构在早龄期开裂过程、裂缝分布、裂缝数量与实际较吻合,且程序的计算效率较高。     

滑动挡板式越浪发电装置结构受力研究

研究在正向规则波入射下不同斜坡高度及不同水深情况时越浪式波浪发电装置的受力规律。在波浪水槽中进行模型试验;使用FLOW-3D软件进行数值模拟,通过对不同波高、不同波浪周期、极端工况进行数值模拟,得出不同波浪要素下斜坡的受力规律。通过对试验结果和模拟结果的对比分析得出:越浪斜坡在波浪入射过程中受力有先后顺序;斜坡在波浪作用下的周期受力数值在一定范围内波动;斜坡在波浪作用下波浪要素条件不变时,斜坡受力与斜坡高度、试验水深有关,呈线性关系。试验结果对滑动挡板式越浪发电装置结构的设计提供依据。     

冻融损伤混凝土梁抗力性能演化的裂缝分形特征

为分析冻融循环作用下钢筋混凝土梁受压区的表面裂缝分布特征,采用自主设计的混凝土梁反力试验架对受压区受冻融循环作用的梁进行抗弯试验,取得各级荷载作用下梁表面的裂缝图像。依据分形理论计算表面裂缝分布的分形维数,并讨论分形维数与梁的荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间的关系。研究表明,受压区冻融损伤的钢筋混凝土梁表面裂缝的分布符合分形特征,其分形维数与荷载、跨中挠度、屈服荷载和冻融循环次数之间均有一定关系,裂缝的分形维数可作为钢筋混凝土构件安全性能预测的指标。研究成果可为冻融损伤混凝土梁安全预测提供参考。     

海上风力机在风波联合作用下的动力响应分析

为分析海上风力机运行时的复杂工作环境,需研究海上风力机整机系统在气动载荷和波浪载荷作用下的动力响应数值分析方法。应用线性波理论模拟非规则的波浪及计算水质点在不同深度位置的速度、加速度;应用MORISON波浪力方程建立作用于塔架支撑基础的波浪力计算模型,分析作用在圆筒形支撑基础上的波浪载荷。基于计算多体系统动力学建模方法,通过有限的自由度来反映海上风力机柔性构件的非线性弹性变形。结合气动载荷模型、波浪载荷模型和高效的数值求解方法,建立了海上风力机系统的动力学模型,实现对其动力响应数值分析。以一台5 MW海上风力机为例进行动力响应分析,仿真试验表明气动载荷和波浪载荷对海上风力机的结构设计和稳定性有着重要的影响。该研究为海上风力机系统的振动分析、疲劳分析等提供了一种有效分析方法。     

基于面元法和FEM的海上浮式风力机叶片动力响应研究

考虑水动-气动耦合模型，研究海上浮式风力机在风浪作用下动力响应的数值模拟方法。采用速度势面元法求解浮式风力机叶片压力分布以及时变气动载荷；建立NREL 5 MW风力机的有限元模型，通过瞬态分析得到叶片的变形和应力分布。计算表明，在展长方向，越靠近叶根处，应力值越大；在弦长方向上，越靠近前缘点应力值越大。和风载荷单独作用相比，波浪载荷导致浮式平台产生较大幅度的纵荡和纵摇运动，能量传递到上部风力机后导致叶片的变形和应力更大。     

地震、风、浪作用下融合海水养殖的海上风力机耦合响应机理研究

为实现海洋空间立体化,最大化经济产出,提出一种单桩基础海上风电机组（OWT）融合海水养殖的新型增殖型海上风电机组结构（MOWTAC）。该研究提出基于时域耦合数值仿真工具FAST v8的新型增殖型海上风力机水动力计算模型,建立新型增殖型海上风力机在地震、风和波浪荷载作用下的整体耦合计算模型。进一步,开展地震组合工况作用下新型增殖型海上风力机整体结构动力响应计算。由计算结果可知,地震荷载为新型增殖型海上风力机在地震、风和波浪荷载作用下海上风力机结构响应的控制荷载。相比于风浪联合工况,新型增殖型风力机在地震荷载激励下2阶频率对于结构响应的影响显著增加。     

风波联合作用下5MW海上风力机的疲劳载荷特性分析

海上风力机在风和波浪的联合作用下运行,受到风、波浪等产生的随机交变载荷作用,在设计寿命期间要受到超过108的载荷循环,风力机疲劳荷载特性是风力机设计的重要问题。文章以NREL 5 MW单桩式海上风力机为研究对象,采用IEC标准中Kaimal谱模拟风况、莫里森公式模拟海浪,建立海上风力机的动态模型,应用FAST软件研究风力发电机组在IEC疲劳工况下,正常发电、发电出现脱网故障、启动、正常停机的荷载特性,得到叶片、塔筒上的载荷分布等,研究风力机叶片、塔筒载荷变化规律,为风力机结构疲劳寿命损耗估算、优化设计提供可靠依据。     

新型风浪联合发电浮式平台浮筒-立柱-浮子多尺度流场演化与荷载特性

风能波浪能联合发电是实现“海上风电+”融合发展的最新模式,而风浪联合发电结构浮式平台中浮筒、立柱和浮子存在不同尺度的圆柱间干扰效应,对整个结构体系的荷载分布和整体稳定影响不可忽略。提出一种适合中国南海海况的新型风能-波浪能联合发电结构体系,再基于延迟脱体涡模拟方法分析平台内部波浪场演化过程,揭示平台区域水质点能量分布特性以及多浮体干扰机理,最后对比研究浮子对风浪联合发电平台水动力荷载的影响特性。结果表明:浮子的存在影响到两种平台各区域的水体能量变化,最大能量分布区域由波浪传播起始位置区域转变为浮子影响下波浪非线性干扰强烈的区域;浮子顺向波浪力最高达到8.27×10⁵量级,较单浮子增幅22.3%,风浪联合发电平台中间立柱顺向波浪力极值荷载较半潜式平台减幅11.3%,但使得平台立柱所受顺向波浪荷载能量部分往高频转移。研究结论可为此类新型风浪联合发电结构体系水动力荷载设计提供科学依据。     

南渡江龙塘段复合断面防洪堤结构特性分析

为分析南渡江龙塘段复合断面(扶壁式挡土墙与土堤相结合)防洪堤的结构特性,先利用三维有限元数值分析软件ANSYS建立结构的非线性有限元模型,再在扶壁式挡土墙与土堤的接触间加接触单元,计算堤后土体的抗滑稳定安全系数,对该复合结构的静力进行模拟计算,得到了结构的应力和位移特性,然后对结构进行精确的模态分析,分别研究干湿模态下的结构振动特性,并验证结构在地震作用下的动力响应是否满足抗震要求。结果表明,该复合断面防洪堤具有安全、经济、可靠的特点,可为今后防洪堤设计和工程应用提供参考。     

双路离心式喷嘴雾化锥角的数值研究

利用Fluent软件,基于VOF（Volume—Of—Fluid）两相流模型对双路离心式喷嘴内的气液两相流动进行三维数值模拟。分别模拟喷嘴主油路单独供油、副油路单独供油与主副油路同时供油时雾化锥角,计算较好扑获了燃油在离心式喷嘴内所形成的空气涡及雾化锥角,所得喷嘴内压力分布、速度分布、相分布与雾化锥角,反映出该双路离心式喷嘴内流动特点,将计算结果与试验结果进行了对比分析。     

电站锅炉三通集箱流场的数值研究

根据电站锅炉三通集箱系统的结构特点,采用基于三维实体模型的建模方案,对径向引入引出集箱系统的流场分布进行了数值模拟。采用FLUENT软件分析了集箱流场的分布特点及受热面沿程阻力对集箱速度、静压分布的影响,详细讨论了三通结构、受热面沿程阻力对受热面流量分配的影响。研究结果表明,集箱流场呈三维分布,分为径向引入管下游的冲击射流区和周围的强迫对流区,三通结构直接影响集箱的速度分布;受热面的流量分配直接受三通结构的影响,沿程阻力影响受热面流量偏差的大小。     

昆明地区直接受益式太阳房室内温度研究

为了直观了解昆明地区太阳房的室内温度分布情况,本文以昆明地区2012年11月实测气象数据为研究依据,利用太阳房热平衡计算辅助流体分析及仿真软件FLUENT计算和模拟出昆明地区直接受益式太阳房室内温度及温度场分布,得出室内温度分布不均可以通过改变南面窗墙比来改善的结论.     

潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面坝坡稳定性分析

在对潘口水电站面板堆石坝施工期洪水作用下坝体与坝基渗流场进行有限元模拟的基础上,采用线性和非线性强度参数分析了施工度汛断面坝坡稳定性。结果表明,潘口面板堆石坝临时度汛断面在施工度汛期内渗流稳定性及上下游坝坡稳定性均满足现行规范要求,汛期安全性有保障;度汛期内临时断面采用挤压边墙和垫层料联合防渗的方案是可行的;与线性强度参数相比,非线性强度参数更符合堆石料的抗剪强度特性,其稳定性计算结果更合理,从而为潘口水电站面板堆石坝施工度汛断面的设计方案提供了技术支持,也为混凝土面板堆石坝施工期临时度汛坝体的坝坡稳定安全问题提供了一种有效的分析方法。     

移动式防洪墙挡水试验研究

移动式防洪墙在城市防洪中具有广泛的应用前景,为了更好地掌握其工作时受力的真实情况,利用有限元ANAYS数值模拟构建合理防洪墙模型,并在此基础上进行现场防洪墙充水试验,开展现场变形监测等一系列试验。试验结果表明,充水试验过程中,结构体系整体稳定,橡胶材料在压紧装置下,止水性能较好;与有限元分析结果相比,试验内力观测结果略偏小,位移观测结果偏大;进一步掌握移动式防洪墙挡水试验过程中结构杆件的受力情况,为移动防洪墙推广应用提供了可靠的参考依据。     

蓄热元件波纹参数对流动传热性能影响分析

为研究搪瓷蓄热元件波纹倾角和宽度对流动传热性能的影响,采用Fluent软件对某搪瓷蓄热元件进行数值模拟,得到蓄热元件不同波纹倾角和宽度时内部流场速度、温度分布及努塞尔数和阻力系数随雷诺数的变化曲线。模拟结果表明:波纹倾角由20°增大到60°时,蓄热元件阻力系数增大,努塞尔数增加,且阻力系数增幅大于努塞尔数增幅;波纹宽度由6 mm增加到10 mm时,阻力系数增幅较小,努塞尔数增幅较大。     

Study of thrust vector control for the rotating detonation model engine

The detonation wave in a rotating detonation engine is highly adaptable to the incoming flow, making the wave easier to control. In this study, a numerical simulation method is used to analyze the working process and flow field structure of a rotating detonation model engine with dual cavity injection of an H₂/air mixture by controlling the injection pressure ratio of the dual cavity and the number of detonation wave heads. It is found that the rotating detonation engine offers the possibility to control the thrust vector with two different modes. The first is a one-cycle alternate control mode with a small injection pressure ratio. Here two deflections occur in different directions occur across one detonation wave propagation cycle, but the overall deflection direction is in the low-pressure region. The second is a one-way control mode, with a large injection pressure ratio, and the deflection direction towards the low-pressure region. For the multi wave-mode, it belongs to one-way control mode because of constant deflection direction in the low-pressure area. From the perspective of thrust distribution along the circumference, the one-way control strategy satisfies the ability of a rotating detonation thrust vector control.     

表面催化反应对小尺度空间内气相燃烧的影响

表面催化燃烧是微、小尺度空间内组织燃烧的重要手段.采用表面催化反应动力学方法,基于FLUENT软件自主开发了仿效CHEMKIN的催化反应动力学模型,实现了化学反应和流动的同步模拟.通过验证算例发现,该模型可获得与DETCHEM软件一致的计算结果,且与实验结果符合较好.采用该数值模型,对小尺度二维渐扩通道内Pt表面催化时CH4/空气燃烧进行研究.计算结果表明,不同当量比时表面催化反应都显著缩小了气相燃烧的熄火距离;气相燃烧火焰面增厚,火焰前沿处温度梯度变小.此外,表面催化对贫燃料燃烧的影响更显著.