基于雨滴谱仪的降雨雨滴特征分析

利用雨滴谱仪对2019年5—10月和2020年6—7月的雨滴特性进行分析,并与实验场内0.1mm和0.5mm分辨率的雨量计观测数据对比,得到雨滴到达地面时的尾速、直径及其两者之间的关系特征,并探究不同雨强范围雨滴直径的分布情况.结果表明:2019年5—10月出现频率最高的是0.5 mm左右直径雨滴,占比超过20％,0....     

基于雨滴谱观测的降雨动能与雨强的关系研究

降雨动能是土壤侵蚀的重要影响因素,已有研究拟合了降雨动能KE与降雨强度I(简称雨强)的多种经验关系模型,但缺少相应的理论分析.为揭示降雨动能与雨强的理论关系,基于雨滴谱的Gamma分布,推求了降雨动能与雨强关系的理论公式KE=AIm,其中A与m为参数;并利用清华大学榆林生态水文观测站设立的德国OTT Parsivel-...     

高速雨滴冲击载荷及破碎数值预报研究

海洋资源开发不断向深远海发展,海洋工程装备对复杂海洋环境的适应性要求不断提高,甚至要求其具备原地抗台风能力。台风通常伴随着强降雨,高风速驱动下雨滴出现高速运动,关于高速雨滴冲击于海洋平台产生的雨载荷尚无系统研究。雨滴直径为毫米级,运动尺度为米级,属于典型的跨尺度问题,同时,雨滴为柔性体,冲击于结构表面发生变形及破碎的过程属强非线性问题。该文基于RANS方程,采用VOF两相流模型,利用高精度网格处理技术,构建了一套高速雨滴冲击载荷的数值预报方法,开展了不同雨滴直径和速度下雨滴冲击载荷及破碎过程的数值预报研究,量化了雨滴冲击载荷与直径和速度的关系,修正了简化冲击载荷计算公式,探讨了高速雨滴冲击破碎过程中的压强时空演化规律,定量分析了破碎影响区尺度及压力系数变化。该文的研究成果可为海洋结构物雨载荷定量与分析提供技术支撑。     

基于Ansys Fluent的多孔水闸三维湍流数值试验分析研究

针对多孔水闸湍流特性,引入三维湍流运动理论,建立数值分析模型,研究了堰流与闸孔出流状态下流速在水闸断面上变化特征,并分析了闸门相对开度对流速变化的影响,且对比了两种流态流速变化趋势特征在工况一与工况三下具有相似性。获得了三维湍流场中水气二相分布特征,研究了水气两相对水位抬升及回落的影响特性等。     

气泡之间相互作用的数值模拟

该文采用VOF(Volume-of-Fluid)中的PLIC(Piecewise Linear Interface Calculation)界面重构方法模拟研究了不同放置方式气泡之间的相互作用,重点分析了外围流体黏性及气泡间距对其影响.结果表明,外围流体黏性及气泡间距对气泡的融合及上升速度都具有不同程度的影响,气泡水平放置时,泡间距较小时,气泡上升速度比单个要大.在气泡开始融合到此过程结束的同时.上升速度出现了先降低后反弹的现象,且随着雷诺数的增加速度降低开始时间滞后.     

某均质土坝库水位降落下考虑非饱和渗流数值分析

本文对某均质土坝的库水位降落下考虑非饱和渗流数值进行了详细的分析。     

进水口漩涡的数值模拟

采用RNGk-ε湍流模型对有进水口漩涡进行模拟,得出了漩涡不同阶段的演变过程。分析了漩涡形成的机理,并从模拟结果中分析漩涡的运动特性。     

单桩柱和波浪双向流固耦合的数值模拟

以单桩基支撑结构为对象,建立模拟波浪和单桩柱结构的三维模型,采用k-ε湍流模型和VOF运动界面追踪方法,实现了桩柱和波浪之间的双向流固耦合模拟,得到了波面三维显示图、流固交界面压力分布图和桩柱结构的受力图。还对桩柱上的最大等效应力做了研究,其变化范围是15 704~16 320 Pa,根据Von Mises屈服准则可知,桩柱在这种波浪条件下是稳定的。     

二元单叶片泵内部流动的数值模拟

本文对单流道泵的物理模型进行简化，建立了二元单叶片泵内部流动解析的数学模型，采用势流边界元解法，数值模拟了泵内流动，并计算出单叶片泵的水功率，与试验结果进行比较，间接证明了计算方法的可行性。     

水电站进水前池三维数值模拟

建立水电站进水前池内流动的k-ε紊流数值模型,采用VOF方法,对高水头小流量引水式电站进水前池内流场进行了三维数值模拟。计算得出了冲击式水轮机在引用设计流量1．94m^3／S时前池内水流流态,底板压力分布,及压力钢管进口流速分布以及在针阀突然关闭时,前池内水面涌高时水面线形状。数值计算结果结合常规理论分析可以为工程设计提供参考。     

低比转速离心泵空化性能的数值模拟

为了对低比转速离心泵空化发生时的内部气液两相流动进行分析,应用计算流体力学(CFD)软件对比转速为66的离心泵空化性能进行气液两相流场的数值研究。对不同有效空化余量时叶轮内部气泡分布的研究表明,泵在进口压力较高时就已经在叶片的进口背面产生空化初生,临界空化余量和许用空化余量时,气泡在叶片表面和流道内部均有分布,占据了部分叶轮流道,影响叶轮内部能量交换,并可能对泵造成空蚀。对该实型泵进行试验研究,验证了数值计算的精确度。     

波浪任意入射角时堤后海岸冲淤问题的数值模拟

本文研究了一般情况下防波堤后岸线的演化，采用有限差分方法建立了岸线冲淤的数值模型。求得了数值解，特例与文献[1]的解析解进行了比较，结果一致。     

岩体单裂隙渗透性尺寸效应的数值模拟研究

针对渗透性尺寸效应涉及的影响因素众多、导致其演变规律及主控因素还不甚明了的问题,基于Comsol数值模拟软件,开展岩体单裂隙渗透性尺寸效应的数值模拟研究。建立开度服从正态分布的大尺寸岩体单裂隙模型(试样尺寸为5 m×5 m),在同一大尺寸试样上选取系列尺寸岩体单裂隙试样,并开展相应尺寸岩体单裂隙的渗透数值试验,观察岩体单裂隙渗透性随尺寸变化的演变规律。通过改变粗糙度、水力梯度和裂隙开度等参数,研究不同因素对岩体单裂隙渗透性尺寸效应的影响,确定其中的主控因素。数值模拟结果表明:岩体单裂隙的渗透性随试样尺寸的增大而增大,随后趋于一稳定值,其对应的试样尺寸即为临界尺寸;临界尺寸随粗糙度的增加、水力梯度的降低、裂隙开度的减小而增大;相较于粗糙度和水力梯度,裂隙开度对岩体单裂隙渗透性尺寸效应的影响更显著。     

水下夯锤绕流阻力系数变化规律的数值模拟

基于LS-DYNA流固耦合数值模拟方法,针对多个工程常用锤型进行数值模拟对比,分析了水下夯锤绕流阻力系数变化规律。结果表明:夯锤底面静压强一定时,夯锤质量越大,其绕流阻力系数越小;夯锤在水中下落的过程中,速度随着落距的增加而增大,但增长的幅度逐渐减小并趋于稳定;夯锤的能量利用率随着落距的增加而减小,其中夯锤底面静压强一定时,夯锤质量越小能量耗散率越大。     

岩体单裂隙流固热化学耦合作用数值模拟研究

为全面研究渗流、应力、化学、温度影响下岩体裂隙的变化,建立了岩体单裂隙的流-固-热-化四场全耦合数学模型,并以Comsol Multiphysics软件为基础,将该数学模型转化为一个统一的偏微分方程组,实现了四场全耦合数值求解。该模型给出了更接近真实物理过程的数值解答,避免用松散耦合法求解多场耦合问题带来的误差。同时通过对两个实例的计算模拟,分析了在渗流、压应力、水化学溶蚀和温度等多因素耦合作用下,岩体单裂隙渗透特性的变化规律,得出了裂隙岩体渗透特性的影响机理和关键影响因素。     

Numerical simulation of rolling for 3-D ship with forward speed and nonlinear damping analysis

Strongly nonlinear characteristics of ship roll owing to viscous effect can be usually observed. To describe the nonlinear roll behavior, the CFD method has been frequently employed with obvious advantages compared with the traditional semi-empirical formula method in estimating the roll damping. Numerical simulations of free decay and forced rolling at various forward speeds and amplitudes for a 3-D ship hull are conducted in the present research to predict ship roll damping, in which a RANS solver is employed and a dynamic mesh technique is adopted and discussed in detail. Numerical results, including nonlinear flow characters around ships, rolling decay curves and damping coefficients, show that they are all in good agreement with available experimental data. The linear and nonlinear damping coefficients are estimated and analyzed by fitting with exponential functions for various rolling amplitudes, frequencies and speeds in the free decay simulations, and the damping coefficients are obtained by a polynomial fitting in the forced roll simulations. It is indicated that the damping coefficients increase with increasing rolling angle amplitude and velocity. It is also emphasized that the effect of forward speed is significant to roll damping and the nonlinear damping decreases with increasing velocity.     

单山包和多山包绕流数值模拟研究

本文分别采用标准k-e模型、重整化数群k-e模型(RNG k - e )和雷诺应力模型(RSM)对 二维单山包和多山包绕流进行了数值模拟,并将单山包和多山包绕流计算模拟结果与实验结果做对比 分析。结果表明:(1)三种模型计算结果与实验数据基本吻合。对于单山包和多山包绕流数值模拟, 三种模型是适用的。(2)不论平均速度,湍流动能还是回流区长度,k-e两方程模型计算结果都略好 于二阶矩模型(RSM)o (3)在充分发展湍流条件下数值模拟山包绕流,标准k-e模型计算模拟结果 比RNG k一e模型略好。     

明渠流动条件下单圆墩的阻水效应数值模拟

该文利用数值模拟手段探究明渠流动条件下单圆墩阻水效应特征。数值模型基于商用软件Fluent的气、水两相流模块,自由液面的捕捉选取VOF模型。通过分析明渠水流中单墩柱放置前后局部水位差,建立了阻水效应特性与流态因子之间的关系式。定量分析了墩柱阻水效应的空间影响范围及阻水强度,同时通过系列数值实验率定了单圆墩阻水系数经验公式hw* (y*)= Ae?(y*/B)2中的A、B参数,该经验公式由作者通过物理模型实验获得。研究成果可为大尺度河流水动力模拟中桥梁墩柱的概化提供一定参考依据。     

泵站前池单排方柱整流措施数值模拟

为改善泵站前池内水流流态,基于Fluent软件,运用RNG k-ε模型对加单排方柱的正向进水泵站前池流态进行数值模拟,分析单排方柱的几何参数对前池流态改善的影响。结果表明:单排方柱具有分流效果,流经单排方柱的水流会向前池两侧分散,在单排方柱的后方形成漩涡。无整流措施时,泵站前池流态紊乱;通过在前池加设单排方柱可显著改善流态;单排方柱宜布置在前池前中部,不宜布置在两侧回流区内;方柱宽度越小,分流作用越小,行近流速分布越不均匀。