非均质成层地基海上风电单桩基础轴向承载特性研究

依托某海上风电项目，通过数值方法研究非均质成层地基环境下单桩轴向承载性能影响因素，并提出优化建议。结果表明，桩身轴力从桩顶至泥面缓慢增长，泥面以下桩身轴力随埋深增加而显著减少；轴向承载力各分量占比随桩顶荷载增长而逐渐变化，内外侧摩阻力随着桩顶荷载的增加存在“错位发挥”趋势；桩外侧摩阻力在空间上随深度增长较为均匀，而桩内侧摩阻力主要集中在单桩下部发挥作用。桩径及埋深对轴向承载力有着较大影响。桩身磨砂可以较为有效地提高桩轴向承载性能尤其是外侧摩阻力，同时还能减小磨砂部分桩身轴力。实际工程中应综合考虑多种因素确定桩径及埋深，也可对单桩靠近桩端部分的外表面采取磨砂处理以提高单桩轴向承载性能。     

泥皮对灌注桩承载能力的影响研究

灌注桩桩侧泥皮的存在改变了桩土相互作用性状,降低了单桩承载力。以往对泥皮缺陷桩的各种实验研究都得出泥皮的存在会降低桩的极限承载力的结论,然而对其中的影响机理和改善措施却缺乏进一步的研究。鉴于对施工质量的需要,结合天津市某原水枢纽泵站工程,利用有限元法分析了泥皮对灌注桩承载力的影响,并且证明了有效改善泥皮桩承载性状的后注浆施工工艺。结果表明泥皮的存在使桩和土之间的法向应力减小,并且泥皮的润滑作用使桩土之间的极限剪应力减小。桩端后注浆技术显著的提高了桩侧摩阻力,改变了桩身轴力分布,延长了桩基弹性工作阶段,提高了单桩承载力,减小了桩基沉降。     

嵌岩桩承载特性的试验研究

为研究嵌岩桩的承载特性并为武汉天兴洲大桥桩基工程提供技术咨询,进行了室内模型试验。试验依托该桩基工程,依据相似原理,确定了模型桩的抗压强度、弹性模量以及周围岩土体的强度参数等,并用有机玻璃棒模拟桩体,用石膏砂混合体模拟基岩,用粉细砂模拟上覆土层,设计了粗糙度不同、嵌岩深径比不同的两组试验,研究了桩侧粗糙度和嵌岩深径比对嵌岩桩承载特性的影响。试验结果表明,桩侧越粗糙,其极限承载力越高,桩端阻力的分担比例越小,桩侧阻力的分担比例越大;随着嵌岩深度增加,桩项沉降减小,桩端阻力所占比例减小,当嵌岩深度超过5D（D为桩的直径）时,桩端阻力所占比例不超过30％;桩底的沉渣影响其承载特性。试验表明嵌岩桩的桩侧粗糙程度、嵌岩深径比直接影响其承载力以及桩侧阻力和桩端阻力的分担比例,嵌岩桩的设计嵌岩深度不宜超过5D,当桩底存在沉渣时,可适当加大,这也反映了施工质量影响其承载特性。     

海上风电单桩基础轴向承载特性及软弱土层影响分析

随着大直径单桩基础海上风机的广泛应用，桩基础轴向承载特性及复杂地质条件中软弱土层的影响需要进一步研究。利用有限元软件ABAQUS开展数值计算，首先对比了不同极限承载力评价标准，并对土体参数的影响进行敏感性分析，最后讨论软弱土层位置及厚度对承载特性的影响。计算结果表明：采用桩顶荷载-位移曲线所确定的轴向承载力显著小于沉降量控制标准得到的轴向承载力；土体参数中摩擦角对轴向承载力存在重要影响，而弹性模量的增加可有效降低桩基础轴向沉降；土体中软弱土层越靠近桩端，桩基础轴向承载力降幅越大，同时随着软弱土层的厚度增加，轴向承载力将进一步降低，并呈现“加速-匀速-匀速”三段式衰减规律。     

玉米收获机低损变径脱粒滚筒设计与试验

针对华北地区玉米收获时籽粒含水率较高、籽粒直收破碎率较高的问题,设计了一种变径脱粒滚筒。滚筒前端直径渐变增大直至与脱粒分离段等径,通过提高滚筒变径段果穗容纳能力,增强果穗之间柔性接触,有效“松散”籽粒之间及籽粒-芯轴之间作用力,使果穗更易于脱粒,从而实现籽粒与芯轴的快速分离,有效提高了脱粒速度,降低了籽粒破碎率。对果穗与脱粒元件受力进行分析,研究变径段锥度对果穗受力的影响。基于动力学仿真试验,分析了果穗与脱粒元件之间的接触力以及果穗-果穗和果穗-脱粒装置之间的接触频次,结果表明,变径滚筒提高了果穗之间的接触频次,降低了脱粒元件与果穗的直接接触,即变径滚筒中果穗之间接触揉搓作用更强。以滚筒转速、凹板间隙及籽粒含水率为试验因素进行了三因素四水平正交试验,确定最优组合为籽粒含水率26%、滚筒转速350 r/min、凹板间隙50 mm,此时籽粒破碎率为4.13%、籽粒未脱净率为0.34%。在籽粒含水率为27%时与等径滚筒进行了对比脱粒试验,按籽粒的完整性将破损籽粒分为全碎籽粒、裂纹籽粒、破皮籽粒及顶部破碎籽粒,结果表明,变径滚筒的籽粒总破碎率为4.64%,比等径滚筒的总破碎率降低19.16%,破损籽粒中全碎籽粒、裂纹籽粒及破碎籽粒所占比例均明显降低;变径滚筒未脱净率为0.42%,比等径滚筒的未脱净率降低51.72%,证明变径滚筒能够有效降低籽粒破碎率及未脱净率。     

海上风机单桩基础与塔筒间连接方式对比研究

海上风机塔筒与单桩基础间连接方式对结构安全有重要影响。依托某海上风电工程，借助数值分析方法研究了风轮气动阻尼对风机结构动力响应的影响，分析了塔筒与单桩基础不同连接方式下结构的自振特性与动力响应特性，并对比了灌浆连接效果随灌浆料弹模的变化情况。数值分析结果表明：风轮气动阻尼对风机结构动力响应影响较为明显，运行期风机风致响应分析中不应忽略；灌浆连接相比于变径段连接塔顶振动更小，而灌浆连接中灌浆料弹模对灌浆连接效果影响不明显。     

有压管道孔板局部阻力相邻影响机理研究

为揭示有压管道孔板局部阻力相邻影响机理,采用标准k-ε紊流模型对孔板间相邻影响系数随孔板孔径比、厚径比及相对间距的变化关系以及不同工况时的流场特性进行了数值模拟研究。研究结果表明:相邻影响系数C1.0时,其随孔板孔径比、厚径比及两孔板相对间距的减小而减小,即两孔板形变件间的相互影响程度逐渐增大;当C=1.0时,其随各影响因素的增加不再变化,即两孔板形变件间无相互影响。不同工况下的单个孔板及两个孔板的流场结果对比分析表明孔径比、厚径比增大,单个孔板的影响长度减小,通过改变单个孔板的影响长度间接改变了相邻影响程度,而相对间距与影响长度的比值直接决定相邻影响程度,阐明了各影响因素对局部阻力相邻影响现象的影响机理。     

长距离有压输水工程整体模型试验管道沿程水头损失替代研究

长距离有压输水工程一般通过设置阻力环的水头损失替代法进行整体模型试验研究。依托深圳市北坑水库输水隧洞工程,对不同雷诺数、环数和布置方式下阻力环的水头损失替代效果及其变化规律进行数值模拟研究发现：当雷诺数Re>0.32×105后,几乎不会造成阻力环局部水头损失系数与阻力环后旋涡区长度变化;孔径比d/D减小或距径比L/D增大会增强阻力环的水头损失替代效果;当d/D=0.8,L/D=0.5,环数n>2时,阻力环平均局部水头损失系数Kd随环数n增加而减小,当环数n>20后Kd不再随环数变化。在此基础上推导出环数影响系数ε随环数n的变化规律及其拟合曲线,以及阻力替代段总局部水头损失和替代管道长度计算公式。通过分析环数对漩涡区长度的影响,阻力替代段后需设置不小于2.5D的过渡段才能保证水流流态恢复至未替代状态。     

预应力锚索桩板墙支护多级高填方边坡监测研究与分析

预应力锚索桩板墙作为一种加固多级高填方边坡的新型支护结构,加固效果显著,但由于边坡土体与支护结构作用机理复杂,相互影响较大,经常由于支护方案选择的不合理或者现场位移信息化监测不够导致高边坡工程事故时有发生,严重危害人们的生命和财产安全。以兰州市城关区白道坪石沟不稳定斜坡支护工程为依托,通过对支护结构位移、桩身内力以及锚索预应力监测值的采集归纳,详细分析研究了预应力锚索桩板墙在支护过程中的受力情况。分析结果表明锚索桩板墙在高填方边坡加固过程中效果表现良好,本次边坡支护完成以后最大位移为10 mm左右,最大位移变化速度为0.02 mm/d,最大加速度为0.025 mm/d~2,滑动趋势不明显。桩身所受弯矩正负交替,避免了单级增大,支护桩嵌固段因其桩后填土的负摩阻力作用,使其只受压,增加了支护桩的嵌固能力。锚索首次张拉以后预应力损失量为15%～20%,二次张拉以后损失较小,满足工程使用要求,能很好的避免因预应力损失造成的影响,并且锚索预应力和边坡土体应力调整之后,协同工作良好。     

水润滑可倾瓦轴承动静特性

为了研究水润滑可倾瓦轴承的综合性能,以五瓦可倾瓦轴承作为研究对象,系统性地研究并分析了该水润滑轴承在不同结构参数下的动静特性.基于有限差分数值解法求解雷诺方程,分析了不同结构参数对水润滑可倾瓦轴承的最小水膜厚度、轴颈偏心率、Sommerfeld数及动力特性系数等性能参数的影响.研究结果表明:增大轴承的长径比或预负荷系数都可以提高水润滑可倾瓦轴承的承载特性;当转子不需要逆转时,采用瓦块支点偏置设计,当支点偏置率在0.6左右时水润滑可倾瓦轴承的性能较佳;适当加大承载瓦的瓦块张角有利于提高轴承的稳定性和承载能力.     

微尺度催化燃烧表面反应对气相反应的影响

建立局部催化微通道内部燃烧过程的计算模型,采用氢氧气相反应动力学机理和表面反应机理进行了数值模拟,分析了不同流速、当量比和通道高度下表面反应对气相反应的影响。结果表明,入口流速越大,表面反应对催化段下游气相反应的促进作用越明显。表面反应热使上下壁面内侧产生的温差随流速的增大而增大;在当量比约为1时,表面反应明显促进气相反应,而在氧气大幅过量或者严重不足时,表面反应却明显抑制气相反应。在相同的质量流量下,减小通道高度对表面反应影响较小,对催化段附近空间反应的抑制作用增强,外壁面温度增加。     

球阀与T型三通管组合形变件水力特性数值模拟

为探究球阀与DN63三通管组合形变件的水流运动特性的规律，基于Realizable k-ε湍流模型，采用Fluent软件对组合形变件进行数值模拟，分析阀门开度、雷诺数和分流比对组合形变件综合损失系数的影响。结果表明：当流速、分流比一定时，球阀开度对组合形变件的综合损失影响显著，随着开度增大，阀芯内流速梯度减小，阀门前后形成的旋涡面积随之减小，当阀门开度大于70°时，损失系数的变化趋于稳定；组合形变件阻力损失随雷诺数和分流比的增大而减小，当雷诺数大于1.8×10⁵后趋于稳定。综合表明：造成组合形变件综合局部损失最主要的因素是阀门的开口度大小，其次为分流比和雷诺数的变化。     

弱混合条件下支流入汇口水力特性数值模拟

库区河道中支流来流较小时，水体和污染物受到干流的阻碍作用滞留在支流入汇口，严重时易在支流暴发水华。采用数值模拟结合水槽实验的方法，研究了弱混合条件下支流入汇口的水力特性。采用RNG k-ε紊流模型封闭水流控制方程，建立了明渠交汇水流三维数值仿真模型，模拟所得垂向流速分布及流场矢量图等结果与水槽试验数据吻合程度较高。基于4种汇流比和3种交汇角工况的数值模拟结果，提出了弱混合条件下支流入汇口水流结构分区，分析了不同交汇条件对入汇口关键水力特性的影响。研究发现：弱混合条件下支流入汇口右岸产生回流形成回水区，左岸水体受到挤压形成加速区，回流流速峰值出现在近右岸壁面处；不同交汇角条件下回水区长度大小为：150°>30°>90°，回水区长度随着汇流比增加而逐渐减小直至回水区消失；回水区最大宽度处距交汇区距离与汇流比成反比；入汇口紊动能峰值区域面积和峰值大小与汇流比成反比，与交汇角成正比，交汇角对紊动能的影响较汇流比更大。     

叶片数对尾缘加弯板垂直轴风力机功率影响数值模拟

为了探究叶片数量对叶片尾缘加装弯板直线翼垂直轴风力机气动特性的影响,通过不同叶片数量下直线翼叶片尾缘加弯板对垂直轴风力机叶片周围流场改善情况的对比,分析其气动特性变化.选取NACA0018直线翼型作为研究对象,利用数值模拟计算7种弯板长度下,2,3,4这3种叶片数量下的直线翼垂直轴风力机动态输出特性和静态起动特性.研究结果显示:该类升力型垂直轴风力机的气动特性受到叶片数量和弯板长度的综合影响,弯弦比的增加能够提升风力机的阻力性能,但会弱化因叶片数量增加导致风力机产生的功率系数的差别;在不同叶片数量下,适当弯板长度对风力机静态起动性能具有优化作用,但其起到优化作用的方位角不同,且2叶片时优化效果最佳,平均转矩系数提升40%.该研究为垂直轴风力机叶片尾缘的设计与优化提供依据.     

模拟草被覆盖下坡面水流阻力特性试验研究

探究植被覆盖下的坡面流阻力特性对土壤侵蚀模型的建立有着重要意义。通过3个坡度、7个流量和10个草被覆盖度下的定床冲刷实验，系统分析坡面薄层水流的流型流态与阻力特性。实验结果表明，坡面水流流态受到草被覆盖度与坡度的综合影响，主要分布在层流区及过渡流区。通过等效粗糙度和坡面水流流动阻力规律，推导出等效阻力系数fe的计算公式，公式表明草被覆盖度是影响水流阻力的重要因素，fe值随覆盖度增加而整体增大，实验结果显示当覆盖度在0%～37.68%的范围内时，等效阻力系数始终小于1.5；而当覆盖度在56.52%～94.2%的范围内时，fe由0.697～3.042增长至2.440～14.393。淹没度及雷诺数对等效阻力系数的影响与覆盖度密切相关，覆盖度低于18.84%时，等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而呈减小趋势；而当覆盖度高于65.94%时，等效阻力系数随淹没度与雷诺数的增加而以较大的速率上升。研究结果以期为水土流失综合治理提供理论支撑。     

玉米干储一体仓气流场仿真分析与优化

为提高玉米干储一体仓中气流场均匀性,采用计算流体力学和正交试验相结合的方法对玉米干储一体仓内部气流场分布进行数值仿真和参数优化。通过单因素试验,研究水平进风管位置、竖向通风笼直径、单位通风量3个因素对玉米干储一体仓通风均匀性的影响规律,并通过系列数值仿真及正交试验对干储一体仓通风结构及参数进行优化设计。结果表明：干储一体仓内气流的平均速度,受不同水平进风管位置的影响不明显,随着竖向通风笼直径的增加呈逐渐降低趋势,而随着单位通风量的增加持续增长。速度不均匀系数随水平进风管位置从上到下变动、竖向通风笼直径增加和单位通风量增加分别呈现先减小后增大、先急剧后缓慢降低和整体增加的趋势。其中,竖向通风笼直径对干储一体仓内部流场均匀性的影响最为显著,其次是水平进风管位置和单位通风量。优化后的干储一体仓通风结构及参数的组合为水平进风管位置-0.34m、竖向通风笼直径400mm、单位通风量20m3/(h·t),此方案下干储一体仓内部流场速度不均匀系数综合加权评分值与初始方案相比提高了77.4%,表明了优化方案的可行性。     

高功率密度柴油机用超高压喷射技术研究

动力领域的高速发展对柴油机功率密度、转速和体积等多项指标均提出了更高的要求。高功率密度柴油机的关键技术开发是提升我国大型农用机械、重型工程机械等性能的有力保障。高功率密度柴油机具有喷油量大的特点，研究适用于高功率密度柴油机的超高压燃油喷射技术具有重要意义。采用数值模拟的方法研究了喷射压力提升对燃油喷雾雾化、燃烧的影响。燃油喷射压力从100 MPa提高到250 MPa,液相喷雾贯穿距变短、气相喷雾占比明显提高，SMD变小；液相喷雾消失时刻提前，平均湍动能增大；随着喷油压力提高，放热率峰值增大，放热时间缩短。采用250 MPa超高压燃油喷射可以提高喷雾雾化质量、加快燃烧速度，有利于柴油机功率密度的提升。     

基于CFD-DEM的旋流泵混合颗粒固液两相流研究

为了探究折叶片旋流泵固液两相输送机理，基于CFD-DEM (Computational fluid dynamics-discrete element method)耦合算法，选用油菜籽和黄豆颗粒等比例混合，在不同流量工况和体积分数下对旋流泵进行固液两相流数值模拟和试验研究。同时也研究了折叶片旋流泵内部流动规律及颗粒分布特征。小流量工况下，进口管内螺旋回流长度较长，对进口来流扰动较大。随着流量增大，进口管回流长度逐渐缩短。叶轮前端面旋涡随流量增大，数量先增加后减少，且逐渐向折点方向聚拢。泵内颗粒受循环流和贯通流的共同作用，进口管中心部颗粒主要受贯通流影响，直接穿过无叶腔，冲击叶轮进口；靠近管壁的颗粒受循环流影响较大。无叶腔内颗粒分布呈现出：中心部最高，中间部随外径增大浓度逐渐降低，外缘部浓度稍有上升。叶轮前半部颗粒数量明显少于叶轮后半部，颗粒沿叶片第1段折边运动，在折点处开始发生分离，不再跟随第2段折边。不同工况下，泵进口有不同程度的螺旋回流现象，导致进口过流面积减小。循环流的存在，使得无叶腔和进口管的颗粒充分旋起，泵送能力增强，不易发生堵塞。     

边滩植被对复式河道水动力特性的影响

天然河道的滩地上广泛上存在着不同类型的植物，其存在对河道的水动力特性的影响受到了广泛的关注。基于Delft 3D软件，建立了复式河道边滩植被水流的数值模型，并以植被直径、高度、密度和生长位置为控制变量，研究这些变量对复式河道植被区纵向水面坡度、充分发展处垂向平均的纵向流速横向分布、和滩槽纵向流速偏差比等水动力特性的影响规律。结果表明，植被直径、高度和密度的增加都显著改变了纵向流速横向分布；滩槽纵向流速偏差比、水面坡度与植被直径为二次曲线关系、与植被高度为线性关系、与植被密度为对数关系；边滩和主槽内的水面坡度差异随着植被直径、高度和密度的增加；植被不对称生长会导致主槽区最大流速位置偏移。     

隔板长度对紧凑型高速磁力泵水力特性及叶轮径向力的影响

为探究蜗壳内隔板长度对紧凑型高速磁力泵外特性与叶轮径向力的影响,根据蜗壳型式及隔板长度的不同提出6种蜗壳方案.设单蜗壳为方案一,其余双蜗壳方案根据隔板长度从小到大依次设为方案二至方案六.采用ANSYS-CFX软件对不同工况下(0.8Q_d,1.0Q_d,1.2Q_d)各蜗壳方案泵内流场进行数值模拟,得到不同蜗壳方案的泵中心面静压分布云图,并进行径向力分析.采用方案四蜗壳作为泵实型样机进行试验,将试验值与计算结果进行对比.研究结果表明:相较于无隔板的单蜗壳泵,采用有隔板的双蜗壳泵有利于平衡叶轮径向力,在额定流量下单蜗壳在x,y方向的径向力最大分量分别为151.2,149.7 N,是双蜗壳方案四的1.5倍;随着隔板长度的增大,泵的扬程与效率均逐渐提高,叶轮径向力不断减小,3种工况下扬程的模拟值与试验值偏差均小于3.0%;试验表明数值计算结果具有可信性,研究结果可为紧凑型高速磁力泵在提高水力性能以及平衡叶轮径向力方面提供一定参考.