求解管道耦合水力瞬变模型的Godunov格式

应用特征线差分法求解耦合瞬变问题时存在难以避免的多波插值问题,会引入较大的插值误差。为了解决此问题,本文提出了一种求解管道耦合水力瞬变模型的Godunov计算格式。首先基于有限体积法对模型进行数值离散,然后采用时空均为二阶精度的三步MUSCL-Hancock方法计算单元界面上的数值通量,同时引入斜率限制器函数来抑制虚假的数值振荡。在计算边界单元时,采用Rankine-Hugoniot条件与边界条件相结合的方法建立边界方程,有效降低了计算的复杂程度。实验与仿真对比表明：本文的计算结果与实验结果吻合较好,激波捕捉准确且无虚假的数值振荡,进而证明了该方法的可行性和有效性。     

气液两相管流水力瞬变的数值计算及实验研究

由气液两相管流的基本方程出发,通过引入矢通量分裂,对传统的特征线差分做了较大的改进,形成了基于矢通量分裂的特征线差分解法。该法首先将控制方程组的特征值分解成正、负两部分,进而将控制方程中的矢通量雅可比矩阵分裂成两个亚矢量矩阵,对其按各自的迎风格式差分,从而建立了稳定的差分求解格式。该计算法适合于计算声速变化较大且计及液流速度的气液管流的瞬变。计算求解得到的各种不同初始空隙比的压力变化曲线、声速曲线、波速变化曲线、空隙比变化曲线及气体释放影响曲线,通过与不同初始空隙比时气液管流水力瞬变的实验结果对比分析,结果表明两者吻合较好,说明本文方法对于低空隙比的气液两相管流具有较普遍的适用性。     

基于水力瞬变与扩展卡尔曼滤波的管道流体监测与泄漏定位

引入一种长输管道流体监测与泄漏定位的新方法,将管道流动的瞬变流模型转化为状态空间模型的描述,以管线沿程流量、压强水头为状态变量,管道进口流量和出口压力视做非线性动态系统的控制输入,出口流量和进口压力观测序列构成系统的测量向量。基于小信号原理首先线性化处理非线性模型,然后用扩展的卡尔曼滤波器结合传统的双曲方程特征线解法估计泄漏尺寸与位置,并实时模拟出管道流体的压力流量过程及其沿管道的分布。试验和仿真算例表明此法模拟的管道流动状态能较快收敛到稳定状态,并且泄漏尺寸估计与定位的结果与给定值比较吻合。因此引入扩展的卡尔曼滤波能够提高瞬变流模拟管道非定常流动的准确性和跟踪能力。     

气液两相瞬变流的流固耦合模型研究

传统的气液两相流瞬态分析和管道动力响应计算是分开的，存在一定的缺陷．针对石油工业中常见的多相混输问题，介绍了常见的气液两相流瞬态模型和流固之间存在的耦合机理，在不作薄壁管假设的前提下推导出了气液两相瞬变流的流固耦合模型．与现有相似模型的对比分析表明，这一模型比较全面地考虑了流体和管道的特性以及不同的耦合形式，可以适应实验和／或仿真研究的需要．     

多重网格法计算有限长线接触热弹流问题初值对求解过程的影响

对有限长线接触热弹流数值求解中压力初值和温度初值的设置进行调整和改进,采用Hertz压力分布修正和无限长线接触弹流压力作为2种压力初值的设置方案,并提出增加温度初值和设定温度曲线2种温度初值设置方法.结果表明:采用无限长线接触弹流压力作为压力初值更为有效,可以直接计算最大Hertz接触压力pH=1.45 GPa时的重载荷工况;2种温度初值设置方法均能够使程序计算效率得到提高,其中采用设定温度曲线的方法可以使温度分布的总趋势快速显现,迭代次数减少25.5%左右.     

流体黏性对输流管道运动方程及临界流速的影响

考虑实际流体黏性引起的管内流速非均匀分布,针对层流和两种不同的湍流流态,对理想流体情况下输流管道运动方程中的离心力项进行了修正,得到的修正系数分别为1.333(圆管层流)、1.020(光滑管壁圆管湍流)和1.037～1.055(粗糙管壁圆管湍流).根据修正后的运动方程得到的上述3种情况下的发散失稳临界流速比理想流体流动情况下依次分别低13.4%,1.0%和1.8%～2.6%.流体黏性对输流管道运动方程及临界流速的影响只与流态有关,雷诺数决定流态,而黏性系数通过雷诺数间接起作用.     

壁滑移现象对粘弹性流体狭缝流及环隙流的影响

本文利用作者已发展的方法,研究了粘弹性流体在狭缝流及环隙流中壁滑移的影响,文中选用了四参数 oldroyd 模型作为此类流体的本构方程,研究发现当壁滑移现象出现时,其速度分布、体积流量以及压力降均表现异常,因此,可以推断质量和热量传递也将受到影响。     

考虑单元劈裂的流-固耦合连续-非连续方法及定向水力压裂模拟

为了更真实地模拟水力压裂过程中的岩石变形、裂缝扩展及流体流动,在自主开发的拉格朗日元与离散元耦合的连续-非连续方法的基础上,发展了一种流-固耦合方法。在该方法中,裂缝可沿四边形单元对角线和单元边界扩展,流体流动满足立方定律。通过与单一裂缝非稳态渗流模型及KGD模型的理论解进行对比,验证了该方法的正确性。由定向射孔水力压裂的模拟结果可以发现,(1)距离射孔越远,流体压力越小;随着时间的增加,裂缝中流体压力降低。(2)随着射孔角度的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力及转向距离增加;随着x方向水平应力的增加,裂缝起裂和扩展过程中的流体压力增加;两个方向水平应力之差越大,裂缝转向距离越小。(3)随着时间的增加,裂缝区段数目的增速变慢,这与裂缝体积增加变快有关。     

页岩层理方位及强度对水力压裂的影响

为了研究页岩天然层理倾角及强度等对水力压裂裂纹扩展的影响,采用室内水力压裂实验,通过监测孔直接对裂纹扩展的实时监测和注水压力信息及试件压裂后的剖切,分析层理倾角、强度等对压裂裂纹扩展的影响。实验结果表明:水力压裂过程中,垂直最小地应力稳定扩展的主裂缝遇层理时,层理面与主裂缝初始扩展方向夹角越小,主裂缝越易沿着层理面方向扩展,层理面与主裂缝初始扩展方向夹角越大,主裂缝遇层理面时越易贯穿层理面沿原方向扩展;层理方位,地应力及基质抗拉强度不变,层理的抗拉强度远弱于基质抗拉强度时,主裂缝与层理面相遇后越易沿着层理面方向扩展,层理抗拉强度与基质抗拉强度越相近,主裂缝遇层理时越易贯穿层理沿原方向扩展;层理方位和强度不变,地应力及应力差越大,主裂缝遇层理后越易贯穿层理面沿原方向扩展。     

接地惯容式减振器对悬臂输流管稳定性和动态响应的影响研究

输流管道广泛应用于机械、航空、核电和石油等重要工程领域.为防止管道结构因流致振动破坏造成的损失, 很有必要对其稳定性、动力学响应及其调控进行深入研究.本文提出一种由惯容器、弹簧和阻尼器并联组成的减振器模型, 研究了这种接地惯容减振器对悬臂输流管稳定性和非线性振动的影响. 首先, 基于哈密顿原理给出了带有接地惯容减振器非保守系统的非线性动力学模型; 然后, 利用高阶伽辽金方法对非线性方程进行离散化; 最后, 分别从线性和非线性角度分析了不同减振器参数下输流管道的被动控制效果, 着重讨论了惯容系数和减振器安装位置对悬臂管稳定性和动态响应的影响机制.线性理论模型的研究结果显示, 接地惯容减振器可显著影响悬臂管的失稳临界流速, 故通过调节减振器参数能有效提高输流管道的稳定性;惯容系数和弹簧刚度对系统稳定性的控制效果还与减振器的安装位置密切相关.非线性理论模型的分析结果显示, 惯容系数和减振器位置对输流管的非线性动态响应也有显著影响, 且这种影响还依赖于管道的流速取值; 在某些参数条件下, 减振器还可使输流管道由周期运动演化为复杂的混沌行为. 本文研究结果表明, 通过设计合理的惯容式减振器参数, 可提升悬臂输流管道的稳定性并有效抑制其颤振幅值.      

摆动液压缸圆环螺旋流的流动及内泄漏研究

考虑液压油的黏度随温度与压强的变化, 以连续性方程、N-S方程、能量方程为基础,推导出螺旋摆动液压缸内部圆环螺旋流的速度方程及泄漏量方程. 运用大型通用CFD仿真软件fluent对螺旋摆动液压缸内部的圆环螺旋流流场及泄漏规律进行数值仿真. 对螺旋摆动液压缸内螺旋流动的理论计算与仿真结果进行对比分析, 结果表明理论推导正确, 从而为螺旋摆动缸内泄漏及容积耗损提供理论依据.     

跨音速后掠翼抖振边界计算

本文提出一种确定跨音速后掠翼抖振边界的数值计算方法,现有的确定跨音速翼型抖振边界的F.Thomas 准则被推广到包括具有大后掠角的后掠翼,计算是对侧滑翼进行,其中用积分法对三维可压缩湍流边界层的计算是根据本文作者听发展的方法,对于跨音速压强分布是利用A.Eberle的解全速位方程的有限元素法给出,按本文方法计算出F-86A 飞机的抖振边界与相同雷诺数下飞行试验所得结果符合得很好。     

DSMC方法与稀薄气流计算的发展

直接模拟ＭｏｎｔｅＣａｒｌｏ（ＤＳＭＣ）方法是依赖物理的概率模拟方法．在求解过渡领域流动的众多解析、数值和模拟方法中,目前只有ＤＳＭＣ方法是可以模拟三维复杂真实气体流动的方法．从宏观参量到细观速度分布函数的水平上,该方法均能得到实验的支持．本文综述了ＤＳＭＣ方法的最近发展,包括我们在检验模型、处理内能松弛模拟和化学反应模拟以及求解三维绕流的通用方法等方面的工作。      

带扰流小槽道内单相流动阻力特性实验

采用水作为工质, 实验研究入口或出口端加入圆柱扰流的不同高宽比多槽道散热器的压降特性; 结果表明: 单位长度压降随雷诺数成线性关系. 提出了雷诺数、水力学直径和槽道高宽比的拟合准则; 拟合公式在实验数据误差范围内很好反应类似系统的流阻特性. 对于线切割小槽道, 其摩阻系数和雷诺数成反比, 且较圆管理论值偏大; 对线切割槽道阻力特性分析发现, 表面粗糙度是其最主要的影响因素, 而扰流对其影响较小; 在槽道前部设置扰流柱可以增强换热.      

NUMERICAL CALCULATION OF 2D,UNSTEADY FLOW IN CENTRIFUGAL PUMPS: IMPELLER AND VOLUTE INTERACTION

A numerical model is developed for calculating the two-dimensional, unsteady, incompressible and turbulent flow within the rotating impeller and stationary volute of an industrial centrifugal pump. The objective is the investigation and comprehension of the instantaneous behaviour of centrifugal pumps, aiming at the reduction of vibrations, radial forces and hydraulic noise. The computation is performed within a blade-to-blade streamtube for the impeller and a tube normal to the axis of rotation for the volute. The equations to be solved are the unsteady Reynolds-averaged Navier–Stokes equations along with the continuity equation and the unsteady κ–ϵ equations for turbulence modelling. The finite volume method is applied for space discretization and an implicit scheme for time discretization. A multidomain overlapping grid technique is used for matching together the relative flow field calculated within the rotating impeller and the absolute one calculated within the stationary volute. In this way the impeller and volute interaction is directly taken into account. The numerical model is validated for a centrifugal pump of N _q=32 under design flow conditions. Comparisons between calculation and measurements show fairly good agreement.     

重力和接触角对表面张力贮箱内液体流动的影响

采用流体体积函数方法数值模拟板式表面张力贮箱内液体的流动过程. 主要考虑了不同重力加速度和接触角等因素的影响. 发现在接触角等于10° 的前提下, 重力加速度小于10-2g₀, 液体沿着外侧导流叶片爬升至贮箱顶部; 当重力加速度小于10-3g₀ 时, 重力加速度的减小对液体爬升速度的影响较小. 在爬升过程中, 导流叶片附近液体的速度呈逐渐减小的趋势, 且重力加速度越小, 初始速度越大. 接触角对液体的爬升高度也会产生影响,接触角越小, 液体爬升至顶部的时间越短; 当接触角大于45° 时, 外侧导流叶片附近的液面不能爬升至顶端. 另外, 接触角越大, 液面高度的斜率越小,导流叶片附近液体的初始速度也越小.      

THE CALCULATION OF EIGENVALUES FOR THE STATIONARY PERTURBATION OF COUETTE－POlSEUILLEFLOW

ＴＨＥＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮＯＦＥＩＧＥＮＶＡＬＵＥＳＦＯＲＴＨＥＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹＰＥＲＴＵＲＢＡＴＩＯＮＯＦＣＯＵＥＴＴＥ－ＰＯｌＳＥＵＩＬＬＥＦＬＯＷＳｏｎｇＪｉｎｂａｏ（宋金宝）ＣｈｅｎＪｉａｎｎｉｎｇ（陈建宁）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＤｅｃ．３...     

THE CALCULATION OF EIGENVALUES FOR THE STATIONARY PERTURBATION OF COUETTE－POISEUILLE FLOW

ＴＨＥＣＡＬＣＵＬＡＴＩＯＮＯＦＥＩＧＥＮＶＡＬＵＥＳＦＯＲＴＨＥＳＴＡＴＩＯＮＡＲＹＰＥＲＴＵＲＢＡＴＩＯＮＯＦＣＯＵＥＴＴＥ－ＰＯＩＳＥＵＩＬＬＥＦＬＯＷＳｏｎｇＪｉｎｂａｏ（宋金宝）ＣｈｅｎＪｉａｎｎｉｎｇ（陈建宁）（ＲｅｃｅｉｖｅｄＤｅｃ．３...     

柳杨沟泥石流特征及其工程影响分析

2001年7月11日晚11点至12日凌晨,位于小天都水电站下闸址以下约600 m的柳杨沟爆发泥石流,造成数十万元的经济损失,对小天都电站下闸址造成了一定影响。通过现场调查和室内计算,研究了柳杨沟泥石流的发育特征和运动特征,并分析在各种设计概率下发生泥石流对水电工程可能造成的影响。     

导管周围内外流场的计算

提出了一个适合于水下兵器导管与壳体之间内外流场的计算方法。应用半交错网格，可方便地实施导管叶片面上和壳体上的物面边界条件，使得整个内外流场可以统一求解，基于连续性方程的提法，提出了一个类似于人工压缩性法的压力计算公式。用本方法计算了层流和湍流内外流问题，湍流计算采用κ－ε三两方程湍流模式，数值试验和结果比较表明本方法收敛性态良好，适用性强，结果置信度高。