不同直径的圆盘状岩石点荷载试验及分析

为进一步完善点荷载试验相关方法,以均质大理岩和红砂岩为研究对象,对三种不同取芯直径的圆盘状试样开展轴向试验。以径向试验得到的点荷载强度指标I_(s(50))作为参照值,分析点荷载强度的尺寸修正问题。结果表明,对比主要规范中的修正指数m的计算误差,不同修正指数m获取的点荷载强度指数I_(s(50))差别较大;作图法获得的m值与经验值也可能存在较大差别;采用内插法通过D_e~2-P图像中的P_(50)值计算获得的I_(s(50))值与径向点荷试验获得的I_(s(50))值最接近。     

基于润滑的曲轴径向圆跳动公差设计

分析了径向圆跳动误差对主轴承润滑的影响机理,提出一种基于润滑的公差设计方法;建立润滑仿真模型计算了主轴颈径向圆跳动公差,并对比分析了不同方案下的设计结果.研究表明:径向圆跳动误差导致轴承径向承载空间大小发生改变,其分布形式改变曲轴实际旋转轴线的位置,这些都影响主轴承的润滑性能;采用旋转轴线为跳动最大值和最小值中线的方案,公差设计效果最佳;基于润滑的公差设计方法能够较好地解释引进机型的跳动公差精度要求,可应用于内燃机曲轴形位公差设计.     

输电线路历年规程与新荷载规范风荷载对比

  目的  为了确定沿海存量线路是否满足新荷载规范设计要求,探讨历年规程风荷载设计值与新荷载之比。  方法  梳理了历年规程与最新荷载规范的各荷载系数,计算典型500 kV及220 kV线路风荷载设计值并加以对比。  结果  分析计算得到历年规范风荷载设计值与最新规范的占比平均数。  结论  部分按照旧规范设计存量线路可靠度较低,不满足最新荷载规范的要求,需要加固或重建。     

流化床反应器内气固两相流动特性的研究

基于颗粒动力学理论模拟颗粒相流动,应用流体与颗粒两相流理论考虑两相相间作用,建立了流化床核反应器内多相流流动的计算流体动力学模型,数值模拟研究了流化床核反应器内的流体动力行为。计算结果表明,应用Gi-daspow曳力模型得到的沿截面颗粒浓度分布与已有实验结果的分布趋势比较接近。在中心喷射区的中心处颗粒浓度较高。随着径向距离的增大,逐渐降低到局部最小值后颗粒浓度逐渐上升。在环隙区域内颗粒浓度基本保持不变。分析了流体与颗粒间作用力、颗粒弹性恢复系数等对流化床核反应器内流体动力特性的影响。研究表明,颗粒碰撞恢复系数越大,流场内沿截面颗粒浓度分布变得越均匀。     

高温差下卷吸作用对冲击射流换热影响数值研究

基于V2F湍流模型计算研究了卷吸作用对高温差下圆管冲击射流换热的影响,首先通过计算结果与实验值的对比验证模型方法的有效性,然后分析了基于绝热壁面温度计算的努赛尔数和射流有效度随射流和环境的温差以及雷诺数的变化,并研究了取不同定性温度对计算结果的影响。计算结果表明,高温差下定性温度取为射流温度时,基于绝热壁面温度计算的努赛尔数与射流和环境之间的温差近似无关,有效度也与雷诺数无关,但有效度随射流和环境的温差变化较大。因此,在温差较低时,依据射流和环境温度相同时的换热工况得到射流和环境温度不同时的换热工况是可行的,但温差越大,由该方法带来的误差也越大。     

三相异步电机电磁振动有限元计算分析

本文主要研究异步电机空载运行情况下的电磁振动。建立了三相异步电机时步有限元模型,计算了电机瞬态电磁场,得到了电机空载稳态运行状态下的磁场分布情况,进而应用麦克斯韦应力张量法计算电机径向电磁力。对径向电磁力做频谱分析,与解析计算进行对比分析,确定径向电磁力谐波主要成分。利用Ansys有限元软件建立电机三维结构有限元模型,将电机瞬态场计算得到的径向电磁力施加在电机定子齿表面上,计算电机的电磁振动响应。最后,将仿真结果与实验结果进行对比分析,验证仿真计算的准确性。实验结果表明,应用本文方法可以准确计算出电机的电磁振动的频谱分布,可以用于在电机设计阶段对电磁振动的分析。     

漂浮式光伏电站中漂浮方阵的流荷载数值预报研究

漂浮式光伏电站遭遇突发泄洪等极端情况时流荷载骤增,对漂浮方阵的整体安全构成威胁,正确评估漂浮方阵的流荷载变得十分重要。以国家能源菏泽发电有限公司建设的某大型漂浮式光伏电站为例,首先基于计算流体力学(CFD)方法对单个浮体模型所受流荷载进行数值研究,确定符合计算要求的最优网格数量;然后通过计算光伏组件以10行10列(即10×10)方式排布的漂浮方阵在0°～90°流向角下的流荷载,得到该漂浮方阵最大流荷载流向和初步的流荷载分布规律;最后通过对比分别利用3D、2.5D和2D计算方法得到的30×28漂浮方阵流荷载计算结果,完成了195×98漂浮方阵整体流荷载的预测。研究结果显示：1)不同流向角下,0°流向角时漂浮方阵所受的流荷载最大,随着流向角增大流荷载逐渐减小;当流向角为90°时,流荷载达到最小值,仅为0°流向角时的48%左右。2) 0°流向角时,迎流第1行浮体所受流荷载最大,受遮蔽效应影响,后续各行的流荷载逐渐减小。3)漂浮方阵所受流荷载基本不随列变化;30×28漂浮方阵中间某列采用2D和2.5D计算方法得到的漂浮方阵流荷载与采用3D计算方法所得的结果一致。研究成果可为漂浮式光伏电站等类似...     

随机风场作用下海上风力机基础结构疲劳分析

运用FAST分别建立海上风力机半整体模型与整体耦合模型,计算得到脉动风速时程作用下塔筒顶部位置的风力机荷载。首先采用SACS建立包括塔筒和基础结构的海上风力机简化有限元模型,分别施加基于半整体和整体耦合模型得到的风力机荷载时程,开展支撑结构动力响应计算;再采用海上风力机规范建议的热点应力公式确定基础结构管节点的热点应力时程,采用P-M线性累积准则完成海上风力机基础结构疲劳分析。基于半整体模型与整体耦合模型的疲劳损伤对比得出,有必要采用整体耦合模型开展海上风力机基础结构疲劳校核。     

多叶式径向动压气体箔片轴承预紧力仿真

为获取多叶式径向动压气体箔片轴承大预紧装配过程中各部件状态,基于显式动力学方法建立了该类轴承的非线性接触模型,并讨论了预紧量、静态偏心率对转轴表面应力分布的影响,研究结果表明：多叶式箔片结构在平箔片搭接区域及与转轴接触区域应力较大;当无静态偏心时,转轴表面应力分布呈周期对称状态,有静态偏心时,则呈余弦形式,且应力波峰波谷数量与箔片数量一致;同时,预紧量越大,转轴表面应力越大,而静态偏心率越大,转轴表面主要受压区峰谷间应力差越大。     

裂缝性储层水平井钻井井壁稳定模型研究

钻井井壁稳定是钻井过程中的复杂性问题。当水平井筒穿过储层天然裂缝时,天然裂缝可能在较小的井底流体压力下发生剪切破坏,造成井壁垮塌。为此,基于弹性力学和岩石力学理论,并考虑岩石孔隙弹性和热弹性效应影响,推导了井壁主应力计算式。视天然裂缝为地层中的结构弱面,基于主应力与天然裂缝法向的空间位置关系,得出了天然裂缝法向与井壁最大主应力夹角计算式,结合弱面结构剪切破坏准则,得到维持井壁稳定的最小井底流压数学求解模型,提出了模型求解和井壁稳定流压获取方法。通过公式推导及计算实例分析可知:天然裂缝倾角和走向、原地应力和水平井方位将影响钻井过程中防止井壁垮塌的最小井底流体压力的设计,也即影响安全钻井液密度的选择。     

深层隧道竖井流激振动响应分析

针对某深隧工程中竖井结构因受水流脉动压力产生的流激振动响应问题,采用物理模型-数值计算联合方法构建竖井消能工三维有限元模型,通过对竖井消能工的流固耦合有限元计算,得出竖井消能工在不同流量工况下的自振特性,将试验测得脉动压力进行频谱分析得到优势频率,并与自振特性进行对比分析;采用随机振动法算出水流脉动压力作用下的动力响应,通过对比不同厚度的消能工台阶动力响应结果确定最优尺寸。结果表明,推荐方案竖井体型与水流发生共振的可能性不大,且振动量微小,因此从经济角度可考虑适当减小消能工台阶厚度。     

熵函数法在航空发动机涡轮效率计算中的应用

为提高涡轮效率计算精度,将熵函数法引入到涡轮效率计算过程中,借助变比热法等熵绝热过程基本方程,准确求解涡轮进出口截面理想等熵焓差,进而得到涡轮效率。利用该方法,对某型核心机的变比热涡轮效率进行计算,得到不同因素对涡轮效率的影响规律,并完成敏感性分析。分析结果表明：熵函数法能够将涡轮效率计算误差减小到1%～2%之间;压气机引气量的增加会导致涡轮效率计算值偏高,而压气机出口漏气量越小、高压轴效率越高,涡轮效率计算值越低;压气机出口漏气量对涡轮效率的影响最大,而高压轴效率敏感度最低。     

供水管网空气阀进排气过程中的流通面积计算与分析

随着内部结构改造,空气阀的结构更加多样化,加之动作过程中缓冲装置及内部球体的位置变化等,导致进排气过程中孔口流通面积随管道内外压差的变化而存在差异。首先将空气阀的仿真模拟流量值与行业标准值进行对比,得出标准规范数据偏小,应适当增大;其次,基于仿真模拟数据与标准规范数据,分别计算空气阀的进排气流通面积,得出空气阀排气时出口流通面积大于公称通径对应面积,进气时的入口流通面积小于公称通径对应面积。该研究结果可为空气阀的计算及选型提供指导。     

应变-传递矩阵法计算轴系载荷分布及实验研究

通过建立轴系对中的力学模型和测量轴系截面的应变值,应用应变传递矩阵法计算轴承的实际载荷和标高,实现轴系载荷的分布计算;并通过改变轴承的标高来测量其负荷影响系数．结果表明：测量值和理论值比较接近,采用应变-传递矩阵法计算轴系载荷分布十分有效,该方法实现简单,模块性强,处理复杂结构的能力也较强．     

大型水工弧形钢闸门流激振动物理模型—数值模型计算分析

针对大型弧形闸门在局部开启过程中因受水流脉动压力而导致的振动问题,以某水利枢纽弧形工作闸门为例,通过建立闸门有限元模型,计算了在考虑流固耦合影响下闸门的自振特性,并与模型试验测得的脉动压力特性进行对比,发现闸门发生共振的可能性不大。在模型试验测得的水流脉动压力的基础上,利用随机振动方法计算出闸门在典型水位不同开度下流激振动应力响应和位移响应。根据计算分析结果对大型弧形闸门的振动安全进行评价,并对闸门的安全运行调度提供合理的建议。     

活塞换热边界自动标定方法研究

采用计算效率较高的经验传热系数计算活塞温度场,并根据活塞温度实测数据自动标定模型的边界条件。计算过程采用有限元软件和优化软件耦合的方法,包括建立活塞温度场分析有限元模型、计算误差优化模型、数据交换方法,研究并分析了采用不同的优化算法的标定效果。结果表明这种方法可以显著改善计算精度,可用于其他换热部件的计算,提高温度场计算的精度和效率,具有较高的理论意义和工程应用价值。     

Investigating the effect of crevice flow on internal combustion engines using a new simple crevice model implemented in a CFD code

A theoretical investigation is conducted to examine the way the crevice regions affect the mean cylinder pressure, the in-cylinder temperature, and the velocity field of internal combustion engines running at motoring conditions. For the calculation of the wall heat flux, a wall heat transfer formulation developed by the authors is used, while for the simulation of the crevices and the blow-by a newly developed simplified simulation model is presented herein. These sub-models are incorporated into an in-house Computational Fluid Dynamics (CFD) code. The main advantage of the new crevice model is that it can be applied in cases where no detailed information of the ring-pack configuration is available, which is important as this information is rarely known or may have been altered during the engine’s life. Thus, an adequate estimation of the blow-by effect on the cylinder pressure can be drawn. To validate the new model, the measured in-cylinder pressure traces of a diesel engine, located at the authors’ laboratory, running under motoring conditions at four engine speeds were used as reference, together with measured velocity profiles and turbulence data of a motored spark-ignition engine. Comparing the predicted and measured cylinder pressure traces of the diesel engine for all cases examined, it is observed that by incorporating the new crevice sub-model into the in-house CFD code, significant improvements on the predictive accuracy of the model is obtained. The calculated cylinder pressure traces almost coincide with the measured ones, thus avoiding the use of any calibration constants as would have been the case with the crevice effect omitted. Concerning the radial and swirl velocity profiles and the turbulent kinetic energy measured in the spark-ignition engine, the validation process revealed that the developed crevice model has a minor influence on the aforementioned parameters. The theoretical study has been extended by investigating in the same spark-ignition engine, during the induction and compression strokes, the way crevice flow affects the thermodynamic properties of the air trapped in the cylinder.     

增压内燃机主轴承载荷计算方法及其对轴心轨迹的影响

介绍了多缸增压内燃机主轴承载荷的简支梁和连续梁计算方法,分别用两种载荷计算了某4缸涡轮增压内燃机的轴心轨迹、最小油膜厚度和最大油膜压力。连续梁法计算出的主轴承载荷与简支梁法算出的结果相比,其最大值较大,最小值较小;两种方法计算出的轴心轨迹不同,最小油膜厚度和最大油膜压力也不同。连续梁法算出的最大油膜压力和最小油膜厚度比较接近于实际测量值。精确的润滑计算应采用连续梁轴承载荷计算方法。     

基于性能仿真模型和Bootstrap的燃气轮机气路故障预警算法

针对传统均值标准差阈值法不能用于变工况故障预警这一问题,以三轴燃气轮机的性能仿真模型为基础,提出了基于Bootstrap方法的气路参数波动比阈值计算模型,对三轴燃气轮机0.8以及1.0工况下的低压涡轮出口温度T₆进行故障预警研究,并与传统均值标准差阈值法进行预警结果对比。结果表明：该计算模型用于预警阈值计算的样本量更丰富、具有更高的可信度;其得到的预警阈值单值图,在燃气轮机与样本数据运行情况较为一致时可作为燃气轮机的固有属性,对于变工况故障预警及运行情况较为相近的燃气轮机故障预警同样适用;预警阈值偏差仅为-0.015%,相较于传统的动态阈值法减少了计算量。     

基于水力模型的无收益水量分配方法

无收益水量的合理分配对管网模型计算精度影响较大。为了尽可能真实地反映节点实际用水量,基于供水管网的一致漏损模型,将无收益水量分为真实漏损和表观漏损两部分,在原有管长影响因素的基础上增加考虑了压力及流量,提出了漏失模型法的流量分配方法,并以天津市H区给水管网模型为例进行了计算验证。结果表明,对于沿线流量分配法与漏失模型法两种流量分配方法,其压力监测点处的模拟值在每个时刻与实测值的误差均在±2m之内;二者水力计算所得的节点压力相差约0.2m,漏失模型法的流量分配结果明显更靠近监测点的实测值,精度较高。