冲击器射流元件内部流场CFD模拟仿真分析

利用CFD数值模拟手段,对射流元件内部流场进行模拟,并对数据进行分析研究,得出结论为：在空载作用下,元件在一侧出流。赋予不同的主喷嘴流量,元件的属性各参量变化不大,可见,元件结构既定,元件射流附壁属性基本确定。该模拟仿真分析丰富了射流元件内部流动的理论研究,完善了参数设计,这对射流式冲击器的设计理念和理论研究有很好的指导意义。     

潮汐环境中垂向湍射流流场的数值模拟

选用κ-ε双方程湍流模式,对自由面做“动”刚盖假设,建立潮汐流场中垂向射流流场的数学模型.根据潮流往复回荡的特性,采用“跟踪扫描”对离散方程逐行求解,保证和加快了解的收敛。计算了五种回荡周期中射流流场的变化过程,预报回流区高度与实测值吻合。分析了潮汐非恒定性的影响,获得了一些有益结论。     

基于CFD的大通孔开闭式钻头流场研究

采用计算流体力学方法对大通孔开闭式钻头\[1\]的流场进行数值模拟。对不同工况下的速度场进行分析,获得了最佳钻进风量,并发现流场中存在“阻塞漩涡”。对最佳流量工况下的压力场进行分析,发现流场中还存在“抽吸压差”。获得了“阻塞漩涡”和“抽吸压差”对排渣和散热的影响机理,为钻头的优化设计提供了一些参考依据,为松软突出煤层全孔筛管护孔瓦斯抽采技术在煤矿中推广应用奠定了基础。     

弯曲槽道边壁振动情况下湍流特性的大涡模拟

为了更好地理解透平机械流道内能量耗散的机理和湍流结构变化,利用大涡数值模拟方法,数值试验了时、空做正弦振动的壁面所围成的弯曲槽道内的湍流流动。研究了6种不同的振动参数下,槽道内压力分布、近壁涡量以及其它相关湍流统计量的分布特性。计算结果表明,受展向壁面振动的影响,近壁区速度梯度增加,粘性底层变薄,湍流强度增加,能量耗散加大。该研究还发现壁面展向振动而引起的能量耗散主要依赖于近壁区粘性底层的展向涡量大小。     

沙漠公路风蚀破坏规律的数值模拟研究

通过Fluent软件对沙漠公路的风蚀破坏规律进行数值模拟研究。分析公路不同横断面时风沙流扰动、增速、减速、恢复的过程,确定路基(堑)高度、边坡坡率和路面宽度等公路断面设计参数对风沙流扰动的影响,提出沙漠公路路基(堑)风蚀破坏规律。结果表明：路面宽度的改变对路基沿程风速变化影响较小,各特征点处风速变化小于5%。路基(堑)高度和边坡坡率对风沙流扰动的影响较大。随路基(堑)高度增加,风沙流流场的扰动被增强,路基(堑)风蚀破坏越显著,当边坡坡率为1:1时,路基模型高度250 mm时的迎风路肩风速为模型高度60 mm时的 1.15倍,其背风坡脚风速降低45%;路堑模型高度250 mm时的背风堑顶风速为模型高度60 mm时的1.05倍,迎风堑脚处风速降低高达80%。建议沙漠公路宜采用中低路基(堑),不宜高填深挖。当路基(堑)高度一定,边坡坡率为1:1.75或1:2时,路基(堑)沿程风速变化平缓,沙漠路肩不易被吹蚀破坏;路堑中堑脚位置处不易出现堆积。其结论与室内风蚀风洞试验结果有很好的一致性     

应用基于RNG方法的湍流模型数值模拟钝体绕流的湍流流动

首次采用基于RNG方法的湍流模型对绕流钝体后尾流流场进行了数值模拟。计算在任意非正交曲线坐标系下,采用非交错网格的有限体积法求解二维不可压N-S方程,计算结果与实验数据以及与采用标准的κ-ε两方程湍流模型计算的结果进行比较,结果表明基于RNG方法的湍流模型对于与时间相关的大尺度运动——旋涡脱落的尾流的详细结构,能够给出真实的模拟。     

开敞水域中航槽流场的数值模拟

建立了一个模拟开敞水域中航槽流场的平面二维数学模型.利用该模型计算得到的流速分布与袁美琦、李安中等人试验值相吻合,并计算了相当于天然情况下(各种水深、挖深比及航槽与水流的不同交角)的流场,得到了各种航槽与水流交角、不同挖深比的航槽流速折减系数变化规律图,及各种航槽与水流交角、不同挖深比的航槽中流向与航槽轴线交角的变化规律图,为开敞水域中航槽选线设计提供了依据.     

基于Fluent数值模拟的冰湖涌浪分析 ——以西藏聂拉木县嘉龙错为例

冰湖溃决洪水或泥石流（GLOF）是青藏高原主要灾害之一,其形成的灾害链对人民的生命财产安全造成了严重的威胁,其中冰崩导致的冰湖溃决是GLOF的主要灾害形式,但由于其发生位置偏远、间隔时间长、随机性强,导致实地观测资料缺乏,冰崩入湖形成的涌浪机理和过程仍不清晰,而涌浪的规模是GLOF造成下游灾害大小的最主要因素。为分析冰湖涌浪的产生、沿程传播过程和对冰碛坝的爬坡高度,以西藏聂拉木县嘉龙错为例,采用有限体积法,基于流体计算软件Fluent,模拟了嘉龙错补给冰川发生冰崩导致冰湖涌浪的过程。结果表明：数值模拟能较好地对涌浪的产生、规模、沿程传播和对岸爬坡过程进行再现,涌浪初始高度随着冰湖水深、冰体入湖速度和冰体厚度的增加而增大,涌浪高度增加趋势随着冰体入湖速度和冰湖水深的增加而增大,随着冰体厚度的增加而减小。     

钱塘江江心排污的数值模拟

从立面二维非恒定流体动力学方程出发,应用κ-ε湍流模式计算流场,再用准三维的浓度对流-扩散方程,即考虑了侧向扩散的立面二维浓度控制方程,模拟了钱塘江江心6个竖管排污在潮流作用下近区浓度场,其结果和实际观测值基本吻合。     

四种湍流模型对空化流动模拟的比较

采用四种湍流模型对NACA66水翼空化流动进行模拟,分析了不同湍流模型和壁面函数对空化流动模拟结果的影响.分析结果表明:ASM模型和RNG k-ε模型对空化数不敏感,且计算精度较高;Realizable k-ε模型对空化数的变化很敏感,对不同的空化数计算精度相差很大;标准k-ε模型对空化数不敏感,但精度不高.增强壁面函数法对空化数不敏感,计算精度较高;标准壁面函数法和非平衡壁面函数法对空化数有一定的敏感性,但计算结果差异不大.     

空气反循环钻头井底流场分析及结构优化

为改善空气潜孔锤反循环钻进技术在大口径嵌岩桩施工中的应用效果,运用Fluent软件对嵌岩桩施工用反循环钻头底喷孔水平倾角θ_d和扩压槽水平倾角θ_k做了进一步的分析和研究,得到θ_d和θ_k对反循环钻头抽吸系数ω的影响规律。在分析中发现原有反循环钻头中心贯通孔结构设计中的不足之处,并进行了优化,优化后的反循环钻头抽吸效果明显增强。采用优化后的结构加工了一个直径为660 mm的反循环钻头,并进行现场钻进试验,试验效果良好,平均钻进效率为6.00 m/h,成功嵌入微风化岩层表面,能够满足嵌岩桩施工对嵌入微风化岩层和孔壁稳定、无塌孔的要求。     

傍河水源地地下水水流数值模拟的不确定性

按客观随机性与主观不确定性,对傍河水源地地下水水流数值模拟中的不确定性影响因素进行了详细分析,在此基础上,提出了处理地下水系统中随机不确定性的方法改进一次二阶矩法,并将其应用于傍河水源地地下水可开采量的可靠性分析中.评价结果得出:考虑参数的随机不确定性因素后,水源地以4.7×104 m3/d进行开采时发生地下水超采的风险率为19.31%.     

Discontinuous deformation analysis based on the multiplicative decomposition of the displacement

Updating the block configuration on the basis of additive decomposition and its linearized expression of the displacement increment leads to the low calculation accuracy of the original discontinuous deformation analysis (DDA) and false volume expansion. In this study, the displacement expressions of a small deformation, a large rotation, and the corresponding velocity and acceleration terms on the basis of the initial configuration are presented using multiplicative decomposition. With the use of the principle of virtual work, the stiffness matrix, mass matrix, and force vector of blocks are obtained. Compared with the original DDA, each of the block deformation parameters has obvious physical meaning as a parameter of mechanics, which can be obtained by adding the incremental deformation components of each time step directly without co-ordinate transformation. Moreover, the proposed modification automatically considers the block deformation produced by centrifugal and Coriolis forces. The analysis of some typical numerical examples have verified the accuracy of the strain and stress calculated by the proposed method, and the current configuration is updated by the total displacements, which completely overcomes the false volume expansion and provides reasonable linear strains.     

深井中钻铤螺纹联接的强度研究

改进了文献（１）中的理论模型并利用一种修正的弹簧模型,通过对石油钻柱接头螺纹的受力分析,分别建立了上扣扭矩、轴向外载作用下螺纹载荷分布的计算模型详细分析了螺纹载荷分布规律,指出了螺纹锥度,不同润滑脂的润滑所产生的摩擦系数,螺纹牙的弹性系数对螺纹联接的载荷分布规律的影响关系,给出了改善接头受力状态,减小应力集中的主要措施。还通过一种简单的力学模型得到了螺纹联接的极限轴向外载。     

非连续变形分析中块体大转动问题研究

原有非连续变形分析（DDA）采用一阶近似后的位移增量表达式更新块体构形,推导相关子矩阵,且对不同时步计算出的应变增量直接叠加,当模拟的块体发生大转动时往往会产生较大误差。为考虑块体转动与变形的耦合作用,引入先变形、后转动的块体位移增量表达式。重新推导了惯性力子矩阵,将块体转动时的离心力与科氏力加到荷载矩阵中。计算时对应变分量及其相关变量进行坐标变换与修正,并采用新引入的位移增量表达式计算块体顶点位移,进行后接触修正与更新块体构形。数值算例表明,改进后的程序能够消除转动带来的误差,自动考虑了块体转动时离心力和科氏力引起的变形,应变计算精度更高。改进方法克服了块体体积自由膨胀、应变场畸变等问题,给出了合理的块体应变。     

用能量法研究深直井管柱最大转速与正弦屈曲时临界轴向力间的关系

通过考虑离心力对钻柱屈曲的影响，运用能量法研究了钻柱最大转速与正弦屈曲时临界轴向力间的关系，进而得到了转速－轴向临界力的数学模型。综合考虑钻柱惯性离心力和自重的影响，我们发现，在工作状态下，钻柱的临界压力会明显地小于静态时的临界力，这对实际的钻探工程来说具有十分重要的指导意义。     

深直井旋转钻柱空转功率消耗的数学建模

通过对深井旋转钻柱空转功率消耗因素的分析，考虑空转时离心力作用在井壁上引起的摩擦力导致的功率消耗，并将钻井液视为牛顿液体，运用柱坐标系建立了旋转钻柱在深井作业条件下空转功率消耗的分析模型。综合考虑空转功率与钻柱旋转的角速度、钻柱与井眼结构参数、钻井液粘度系数等因素间的关系，即旋转钻柱运动过程中的离心力和钻井液作用在钻柱上的剪切应力对功率的影响，建立了更加符合实际工况的数学模型。     

基于OLHS随机模拟的地下水源地保护区划分

为解决确定性模型可能为地下水源地划分带来的保护不足或过保护问题,探索采用基于正交拉丁超立方抽样法的地下水模型研究,并结合粒子反向追踪技术,进行地下水流随机模拟和对应保护区的概率统计分析,最终得到具有分布概率的保护区范围。为验证该方法的实用性与可靠性,选取北京市平谷区王都庄应急水源地进行实例应用研究。在考虑渗透系数和降雨补给量随机抽样组合基础上进行地下水流动随机模拟,并完成对应保护区划分和加权统计。与确定性模拟划分结果相对比:一级保护区中,确定性模拟划分结果仅相当于随机模拟结果中统计概率70%以上的范围;对于二级保护区,确定法对应保护面积相当于随机模拟结果中50%概率以上的范围。实例研究表明,基于正交拉丁超立方抽样的随机模拟法可完成多个不确定性输入变量条件下的随机模拟,且在小样本数的基础上获得理想结果,适用于复杂水文地质条件下的地下水源地保护区划分研究。     

深水井涌砂的处理实例

运城市地矿小区家属院深水井抽水时出现大量涌砂，经分析原因，制定了合理的堵漏方案，处理了涌砂现象，水质达到了漏失前标准。