数值模型结构不确定性对模拟结果的影响分析

以内蒙古鄂托克旗为例,基于GMS中的MODFLOW模块构建了地下水流数值模拟模型,分析了模型结构(含水层厚度、参数分区)与模型参数不确定性因素对模拟结果的影响.研究结果表明:含水层不确定情景(含水层下边界概化为隔水底板平均值870 m)与实际情况水头差值绝对值的累计和最大为701 m,对模拟结果起了主控作用;当含水层下边界概化为910,940 m时,累计和分别增加为1 013,1 593 m;与仅考虑单个不确定性因素相比,同时考虑模型参数与含水层不确定情景累计和最大为738 m,同时考虑参数分区与含水层不确定情景累计和最大为791 m.因此,在构建地下水流数值模拟模型时,应优先考虑含水层空间结构概化的合理程度,同时考虑多个不确定性因素对模拟结果的综合影响,使地下水数值模拟模型能更精确地反映真实的地下水流状况.     

分流叶片对高速井泵压力脉动的影响

针对高速井泵采用分流叶片设计带来的稳定性问题,运用Creo3.0软件建立了叶轮、导叶等关键零件的三维模型;在CFX数值模拟数据与外特性试验数据吻合较好的基础上,将分流叶片的进口直径d₁与叶轮外径D₂的比值定义为一个表达分流叶片综合特性参数的量纲一化系数σ.σ分别取值0.60,0.62,0.65,设计分流叶片长短不同的3个叶轮方案,且对各方案的动静干涉区域进行了详细的压力脉动数值模拟计算及分析.结果表明:压力脉动幅值大小与监测点和交界面的径向距离有关,径向距离越大,压力脉动幅值越小;各监测点压力脉动随分流叶片长度的减小逐渐减弱,当分流叶片长度减小到某一临界值以后,压力脉动基本保持不变;当σ=0.62时,压力脉动幅值较小,脉动周期清晰;除中流线上的监测点以外,各监测点压力脉动主频受叶轮叶频的影响较大,分流叶片对中流线上监测点的压力脉动影响较大.     

应力波在落叶松活立木中传播影响因素数值模拟

探究应力波在落叶松活立木中传播的影响因素,有助于研究应力波在人工林活立木中的传播机理。依据固体介质中的应力波传播理论和弹性力学理论,将活立木看作只由心材层和边材层组成的两层结构材料,基于活立木的正交各向异性假定,利用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对应力波在活立木中的传播进行了模拟计算,并研究了敲击载荷频率、活立木胸径和心材比对应力波传播的影响。结果表明,应力波波速随着载荷脉冲频率的增大而减小;对于胸径为10 cm的活立木模型,当传播距离达到1. 2 m时,应力波波阵面已经转换为一维平面波,而对于胸径超过30 cm的活立木模型,应力波在0～1. 2 m传播距离内是以三维膨胀波的形式传播;活立木胸径对应力波的传播速度有影响,当胸径小于10 cm时,波速较小且基本没有发生变化,当胸径从10 cm增加到40 cm时,应力波的波速随着活立木胸径的增加而增加,而当胸径超过40 cm时,波速略微增加后保持相对稳定;应力波在活立木中的波速随着心材比的增大而减小。胸径对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状有影响,而敲击载荷频率和心材比对应力波在活立木中的传播形式以及波阵面形状没有影响,但三者都会对应力波的传播速度产生影响,数值模拟最佳的敲击载荷频率为2. 5 kHz,应力波在活立木中的传播速度不只取决于边材的力学性能,而是受到心材和边材的共同影响。     

叶片角度对输水泵站泵装置水力性能影响分析

为研究输水泵站泵装置水力性能受叶片角度变化的影响,采用CFD方法模拟全流道泵装置水力性能,分析设计流量工况下叶片角度变化对进水流道、出水流道流动及叶轮内部流动特性和水力性能的影响.结果表明:在设计流量工况下,叶片角度偏离设计工况角度,叶轮进口近轮毂区存在回流、脱流;叶片角度偏离设计工况角度越大,进水流道、出水流道内水流流态越差,水力损失越大.当叶片角度调节为-8°工况时,与叶片角度-0°工况比较,进水流道和出水流道水力损失相对值最大,分别为1.28和2.89.即叶片同等偏离角度下,出水流道水力损失增大幅度较进水流道更加明显.对比数值模拟结果与模型试验结果得出,在设计流量工况,叶片角度为0°时,扬程相对误差为1.2%,效率相对误差为2.1%,两者吻合较好.     

竖壁贴附送风改善冷藏库内流场特性

果蔬贮藏期间，冷藏库内的气流分布是影响果蔬贮藏品质和送风能量利用率的关键因素，合理的气流组织对冷藏库内流场分布是至关重要的。该研究以某苹果冷藏库为研究对象，采用竖壁贴附送风方式，并对其流场建立了三维稳态的SST湍流模型来研究库内流场的分布特性以及货物的冷却效果，同时与传统的冷风机直吹送风的流场特性进行了对比。结果表明：在相同送风量下，相比冷风机直吹送风方式，竖壁贴附送风使得库内温度不均匀系数和速度不均匀系数分别降低了31%和47%。而且竖壁贴附送风使库内空气与货物的换热更加充分，进而使得送风的能量利用率提高了19%。因此，竖壁贴附送风方式应用于冷藏库是一种有效且节能的气流组织方式。     

2UPR-RPU过约束并联机构刚度性能评价

运用螺旋理论和应变能方法研究了具有2R1T三自由度的2UPR-RPU过约束并联机构的静弹性刚度性能,模型考虑了杆件和关节的柔度。首先,基于螺旋理论得到分支的约束螺旋系;其次,基于材料力学得到分支中杆件的应变能,通过映射分支约束螺旋系到铰空间得到关节的应变能,通过汇总杆件、关节的应变能和卡氏定理得到与约束螺旋系对应的分支紧凑刚度矩阵;最后,通过虚功原理得到机构的总体刚度矩阵。采用有限元商业软件建立了有限元模型,并与理论模型进行对比,验证了理论模型的正确性。定义弹性元件存储的应变能与总应变能之比作为应变能因子指标,给出了应变能因子指标在规则工作空间的四维切片分布图,从应变能的角度定量评价了各弹性元件对机构刚度性能的影响程度,给出了不同载荷作用下的全局应变能因子指标。本研究为定位对机构刚度性能影响最大的弹性元件提供了新的思路。     

翅形态特征在重阳木斑蛾成虫性别鉴定中的应用

为了明确重阳木斑蛾的翅形态特征在其性别鉴定中的作用,探索雌雄难于区分的成虫的数值鉴定方法。采用图像处理与分析技术,通过爱普生扫描仪获取重阳木斑蛾前翅图,利用BugShape v1.0软件提取雌雄成虫翅的轮廓特征,利用tpsDig2软件获取翅脉交叉点位置特征,并利用独立样本t检验和标志点空间普氏叠加和扭曲分析,以明确此类特征在该成虫雌雄鉴定中的作用。结果表明,重阳木斑蛾成虫左右前翅轮廓特征在同一性别中差异不显著。仅利用左前翅数据进行分析时,翅面积、短轴长度、等效圆半径、偏心率、球状性和圆形度在两个性别中存在极显著差异,周长和长轴长度的差异达到显著水平,而紧凑度和叶状性差异不显著。使用左右前翅作为数据集进行分析时,除紧凑度和叶状性差异仍不显著外,其余参数均达到极显著水平。雌雄前翅轮廓特征作为指标来判别性别时正确率为100%,但存在左右翅相互错判现象。翅膀内部翅脉交叉点的空间位置在个体间存在较大差异,主要表现在相对于翅的横向方向变异大。雌雄间的差异主要存在于外缘附近的翅脉交叉点。结论:通过前翅的轮廓特征可以区分重阳木斑蛾雌雄成虫的差异。翅脉交叉点空间位置在雌雄间和个体间存在一定的变异。     

不同含水率条件下非饱和边坡的稳定性

[目的]试图改进现有初始条件考量方法,重点分析不同初始含水率条件下降雨入渗对边坡稳定性的作用机制,为滑坡预警提供参考。[方法]以甘肃省天水市廖集村滑坡为例,基于无前期降雨和有前期降雨作用下实测土层含水率结果,将其分别定义为天然和湿润状态,作为初始条件建立渗流与应力的流—固耦合物理力学模型。[结果]天然状态下,非饱和入渗迅速,但入渗仅局限于浅表层1—2m,稳定系数在入渗初期显著下降,但随着下渗的停滞而缓慢变化,往往形成浅表层滑坡;湿润条件下,土体持水缓慢,但能下渗到3—4m以下的较深部位,随着入渗深度的增大,土体软化作用加强,形成深部滑坡。所以,土体干燥状态时,进行7d的雨量预警是有效的防灾方法。对于连阴雨天气,土层较湿润,要注重对滑坡体4m以下部位孔隙水压力和坡脚位移形变的监测。[结论]土体初始条件对非饱和入渗和稳定性变化过程具有显著影响,是降雨触发型滑坡稳定性分析中不可忽略的因素。     

进水池表面吸气涡数值模拟与试验

为了有效地消除表面吸气涡,对进水池内流场进行了数值计算,模拟了表面涡吸气的动态过程;建立了试验模型,验证CFD方法的可靠性;并提出了圆形盖板消涡装置,探求其有效性;采用了螺旋度密度分析法,揭示了表面涡的吸气及其抑制机理。结果显示:采用的CFD方法可以较好地预测表面吸气涡的动态过程;吸气准备阶段,自由水面出现凹陷,喇叭管进口附近形成螺旋度密度管;随着气体从自由水面进入水体,自由水面下方形成另一螺旋度密度管;当连续气柱形成时,两个螺旋度密度管相互连通,形成气体通道;通过在自由水面和喇叭管进口之间放置一定尺寸的圆形盖板装置,可以消除表面吸气涡。     

基于CFD-DEM耦合的网式过滤器水沙运动数值模拟

过滤器内部的水沙运动复杂且多变,初始状态下沙粒分布的不均导致滤芯产生局部堵塞,改变了水流流态并进一步影响后续沙粒运动和分布。本文以CFD-DEM(Computational fluid dynamics,CFD;Discrete element method,DEM)耦合模拟Y型网式过滤器内部流场变化与沙粒运动及分布,直观地反映了滤芯对水流的流动阻力特性与对沙粒运动分布影响。结果表明,过滤器内部存在明显的回流区、旋涡区及滞流区,导致各过滤面流速不均,出口一侧流速大,进口一侧流速小,两者相差39%;随着时间的变化,过滤器内流场变化明显,沙粒堆积依次出现在出口侧下端面、出口侧上端面、进口侧下端面、进口侧上端面上,最终布满整个滤芯;在滤芯的4个过滤面中,出口侧上端面流速大而沙粒堆积最少,进口侧上端面流速小而沙粒堆积最多,由此可见出口侧上端面具有更好的过滤性能,可适当提高该处过水面积,以提高过滤器过滤效率。