管道悬索跨越绕流特性及三分力系数变化规律北大核心

为了准确获取管道悬索跨越结构的气动参数,建立油气管道悬索跨越典型主梁断面数值风洞模型,并选取SST k-ε模型作为数值风洞湍流模型。数值风洞获取的绕流压力场分布显示,管道上、下表面的负压区较为明显,最大的正压区出现在管道的迎风侧面,位于入流方向的桁架梁迎风面和背风面的压力差最为明显;绕流速度场分布显示,管道和桁架梁对风速的阻挡效果明显,且管道、迎风侧栏杆、桁架梁均产生明显的流动分离和漩涡脱落现象,结合绕流场均方根压力可知,入流侧桁架最易发生涡振。通过对-3°、0°、3°风攻角下不同管径和不同主梁宽度的三分力系数分析,结果表明:主梁宽度对阻力系数和升力系数的影响较小,-3°风攻角下扭转系数随主梁宽度增加而减小;管径对三分力系数有决定性影响,随管径增大,阻力系数逐渐增大,而升力系数和扭转系数逐渐减小。研究结果可为悬索跨越桥面结构设计以及管道布置方式提供抗风方面的数据支持。(图14,表1,参22)     

YZ22型车辆与铁路T型简支梁桥的风荷载研究

采用数值模拟技术 ,分别计算了横风中不同来流攻角下 YZ2 2型车辆单体、铁路 1 6m预应力 T形简支梁桥单体、YZ2 2 型车辆和铁路 1 6m预应力 T型简支梁桥组合体的阻力系数和升力系数 .研究表明 ,当 YZ2 2 型车辆通过铁路 1 6m T形简支梁桥时 ,YZ2 2 型车辆和 T形简支梁桥所受风荷载均比各自单独存在时明显增大 ,认为在桥梁设计时 ,应考虑车辆过桥对桥梁风荷载的影响 .     

大跨度斜拉桥主梁气动力特性的大涡模拟

为验证大涡模拟方法在获得桥梁主梁气动力特性上的可行性，开展了均匀流中大跨度斜拉桥扁平钢箱梁在Re=1.27×105下的绕流场三维计算流体动力学分析.大涡模拟方法采用Smagorinsky压格子湍流封闭模型，基于网格和时间步长无关检查确定的计算参数，获得了主梁气动系数统计平均值、脉动值和漩涡脱落St数随来流攻角的变化，表明三维主梁绕流漩涡脱落的频率带宽分布和展向不同步特征.基于主梁表面非定常压力时程的统计平均值和RMS值分布，分析了主梁表面的流动分离和再附特征，并建议了风洞试验测压孔的合理布置形式.与风洞实验相关结果的对比表明，大涡模拟方法是获得桥梁主梁气动力特性和绕流机理的有效方法.     

涩宁兰管道八盘峡黄河悬索跨越的设计

涩宁兰管道八盘峡黄河悬索跨越是大型管道跨越,其跨度居大管径管桥之首,且跨越段水深流急,工程设计及施工难度较大。针对设计方案选定、结构计算、主材选用及工程实施方案等问题,进行了大量的设计调研,经多方案比选,最终确定采用悬索结构形式。介绍了八盘峡黄河悬索跨越的设计过程,设计经验可供同类型管道跨越设计时参考。     

矩形曲面网板水动力性能的数值模拟

拖网网板为网衣提供水平张力,是拖网作业系统非常重要的渔具构件之一。该文利用CFD软件FLUENT研究了展弦比对矩形曲面网板其水动力性能的影响。研究中设计了2种不同展弦比λ的网板,在流速1.54m/s,迎流冲角α=0°~50°时,建立数值水槽进行数值模拟,得到网板的阻力系数Cd、升力系数Cl、俯仰力矩系数Cm和升阻比K,对比不同网板的水动力性能差异。结果表明,1号网板(λ=2.0)与2号网板(λ=1.5)的最大升力系数分别为0.85(α=15°)和0.92(α=42°);最大升阻比分别为9.59和8.35,俯仰力矩系数的绝对值分别为0.013和0.001。可见,展弦比越大,临界冲角和Cl值越小,最大升阻比越高,但稳定性越差。研究结果可为拖网网板的结构优化设计提供参考。     

尼龙有结节菱形网片的水动力系数

为了提高网片水动力系数的计算精度,本文通过动水槽实验对5种网片的水动力学性能进行测试。测试的参数包括水流对网片的冲角、流速、网片的水平缩结系数ET等,网片的水动力学升力系数CL、阻力系数Cd、升阻系数比K等。结果表明:(1)当雷诺数Re小于1 500,冲角小于45°时,阻力系数呈现先增后减的趋势;而冲角大于45°时,阻力系数呈减小的趋势。雷诺数Re大于2 800时,阻力系数基本趋于稳定。(2)升阻系数比K最大值出现在20°附近;在30°~90°之间,K值呈减小趋势;(3)升阻力系数随d/a的增大先增大后减小;(4)升阻力系数随线面积系数的增大而减小;(5)通过多元非线性拟合得出升阻力系数的经验公式,拟合度较好。本实验经验公式为拖网阻力的计算提供了依据。     

兰新二线防风明洞风载荷特性数值模拟

本文应用SSTk-w湍流模型模拟兰新二线防风明洞气动载荷特性,讨论了防风明洞毗邻建筑结构和远场地貌以及大风风向对气动载荷的影响。结果表明:明洞附近的类路堑地貌结构增强了明洞迎风侧和背风侧载荷分布的不均匀性;明洞承受最大风载荷位置均出现在以明洞中轴线和水平线为直角约60°～75°范围的迎风侧拱顶;75°风向角时升力、倾侧和扭转力矩最大;60°时明洞的仰俯效应最明显。研究结果能够真实反映防风明洞气动载荷特征。     

木龙河悬索跨越的安全性分析

介绍了木龙河悬索跨越结构,并对其各锚固点高程及主索吊索索力、风索拉索索力和背索索力进行了测量、校核计算和安全性分析。结果表明,木龙河悬索跨越桥主索索力及其吊索和风索拉索索力符合规范要求,在测量状态下是安全的,同时对其钢桁架梁存在一定程度的扭转变形,风索主索锚固端处有16.147°偏差,风索主索端部锚具件中的连接螺栓存在安全隐患等问题,提出了应进行及时整改的建议。     

建筑数值风洞的基础研究

假设计算区域的上空面和二侧面为自由边界，地面和建筑物的各面为壁函数的边界，计算网格为３６×３０×２７，构造１０ｍ×１０ｍ×１０ｍ建筑数值风洞，采用ｋ－ε湍流模型，对该数值风洞进行了风绕流数值计算。得到了建筑表面压力分布及建筑周围速度矢量图，与实验结果比较表明，该数值风洞是可行的。     

不同屋面坡度温室表面风压的数值模拟

探讨双坡面温室屋面坡度对温室结构表面风压分布的影响。基于标准k-ε模型方程和壁面函数法,采用有限元方法对温室结构模型进行离散,利用有限元分析软件ANSYS对不同坡度的双坡面温室表面风压进行数值模拟,对得到的风压分布曲线进行分析。结果表明:当屋面坡度由0°增加到30°时,迎风屋面的风压(风吸力)系数由0.62减小到0.15,背风屋面风压系数由0.58增大到0.66。由于屋面风吸力过大是导致屋面破坏的主要原因,推荐温室屋面坡度采用20°~30°,此时迎风屋面的风压系数(0.28~0.15)及背风屋面的风压系数(0.64~0.66)均较小,满足温室生产及通风要求。     

大管径高压力气液两相管流流型转变数值模拟

流型判别是气液两相流研究的重要内容.应用适用于工业设计中大管径、高压力管道的多相流瞬态模拟软件OLGA,以空气-水为介质,对倾角为-70°～90°、内径为200 mm、压力为2.0 MPa的气液两相管流进行数值模拟,通过变换不同的气液相流量和管道倾角,研究管道内气液两相流体流型的变化.根据数值模拟所得到的1 628组数据,结合流体物性和管道倾角,回归建立了不同流型转变的判别准则经验相关式,为现场大管径、高压力气液两相流管道的流型判别提供了参考依据.     

高黏石油管道球阀内油水环状流数值模拟

在油水环状流管道运输过程中,球阀启闭时流道截面变化会对油水环状流稳定性产生较大影响。利用VOF(Volume of Fluid)模型与CSF(Continuum Surface Force)模型追踪油水界面,采用标准的k-ε湍流模型,建立数值模拟控制方程,分析球阀在不同开度及不同入流速度下油水环状流的流动状态,并建立油水环状流试验平台进行验证。结果表明:数值模拟结果与试验结果一致,数值模拟能够很好地分析环状流在球阀内的流动;阀门开度对流型、油相体积分数、阀两端压力差、油相粘壁距离均产生影响,开度较小时,阀内与阀后出口管道的油水环状流遭到破坏,油相体积分数较小,阀两端压力差较大,油相容易粘附管壁;入流速度也对上述参数产生影响,较高的入流速度能够改善油水环状流的稳定性。     

超声速化学反应流场迎风格式数值模拟及并行计算

基于有限体积迎风格式对超声速燃烧流场进行了的数值模拟.由于超声速燃烧流场绕流的复杂性,要求对多组分Euler/N-S方程求解的数值模拟方法应具有较高的计算精度及效率.本文引用辅助点方法建立了具有空间二阶精度的van Leer迎风矢通量分裂格式,并应用于超声速燃烧流场绕流的数值模拟.化学反应为氢气/空气十反应模型,采用考虑了化学反应特征时间的当地时间步长显式Runge-Kutta时间推进格式.对钝头体模型爆轰现象、后向台阶氢气喷射及二维内外流超声速燃烧流场模型进行了区域分裂技术的并行计算.计算结果与参考文献作了对比,得到了满意的结果.     

基于OpenFOAM的猪体空气阻力系数模拟计算

为探究气流流速和流向对猪体空气阻力的影响,采用圆柱体气流阻力半经验公式验证和OpenFOAM数值模拟计算风洞中单只猪的空气阻力系数的方法,对不同气流流速(0.2,0.5,1.0,1.5,2.0和2.5m/s)和猪体长轴与气流流向的夹角(0°,15°,…,180°)不同情况下的空气阻力系数变化规律进行研究。结果表明:1)计算域内合适的网格尺寸能够保证计算结果的稳定性并节约计算资源;2)猪体几何形状对空气阻力的影响不能被忽略,与猪体等体积的圆柱体作为极度简化的猪体模型在表征猪体空气阻力系数方面的相关性较低(R~2=0.603 3);3)猪体与气流流向的夹角为0°～45°和135°～180°时猪体阻力系数较小,45°～75°和105°～135°时猪体阻力系数适中,75°～105°时猪体阻力系数较大。本研究阐明了单只猪对气流阻挡作用的规律,同时对OpenFOAM软件在农业通风领域的应用起到了促进作用。     

川气东送管道野三河跨越方案比选与实施

针对川气东送管道工程大口径双管敷设、一用一备工况、以水为介质的质量检验及高落差大跨度运行环境等要求,对悬索桥、钢桁架斜腿钢构桥、上承式钢管混凝土拱桥3种桥型进行比选,确定了悬索桥跨越方案;进行了大比例节段模型涡振试验、三分力试验及全桥气弹性模型风洞试验,依据试验结果,给出了消除涡振的空气动力学措施,提供了全桥静风荷载风载参数,确定风缆索的初拉力为2400kN,并将原设计风缆索由92ZAA6×55SWS+IWR1770的粗直径钢芯钢丝绳调整为100ZAA6×55SWS+IWR1770的粗直径钢芯钢丝绳。野三河悬索结构主桥的索塔、主缆、主梁、吊杆及锚碇组是施工质量检验阶段的5大关键控制点,基于各控制点的实时监测结果,对控制参数进行调整,在工程质量控制方面取得了良好的效果。     

大跨屋盖结构风荷载特性的试验研究

在大气边界层风洞中通过模拟大气边界层风场对广州国际会展中心模型进行风压分布风洞试验.得到了平均风压系数、极小风压系数的等值线图,同时分析了位于高湍流区域的大跨屋盖的平均风压和脉动风压分布特性、相干特性以及相关系数.研究结果表明:负风压主要发生在迎风角区,但在下风向会出现正压力;脉动风压相干性随着频率与距离的增大而减小.     

大跨度屋盖风荷载的大涡模拟研究

应用一种新的湍流脉动流场产生方法DSRFG (discretizing and synthesizing random flow generation)模拟风场实际的湍流边界条件.采用一种新的大涡模拟LES（Large Eddy Simulation）的亚格子模型，基于linux系统下软件平台Fluent6.3的并行计算技术，计算了长沙机场扩建航站楼屋盖结构在5个风向下的风荷载.根据对机场屋盖的平均风压和脉动风压系数分布规律的分析，给出了各风向角下屋面的表面风压分布特性和最不利风向角，为长沙机场扩建航站楼的抗风设计提供了依据.并为进一步发展此类复杂建筑结构在复杂湍流环境下的风荷载数值风洞技术提供参考.     

增升增效倾转翼农用植保无人机的设计与仿真

【目的】为满足无人机田间作业既具有旋翼机灵活起降的功能又具备固定翼长航时的特征,设计了一种X字布局的旋翼、固定翼混合结构且具有倾转功能的新型农用植保无人机。【方法】根据农田喷施作业的负载动力要求对无人机的增升装置进行了翼型和参数的设计。利用SolidWorks软件搭建了植保无人机的机体结构,使用Fluent软件结合Spalart-Allmaras湍流模型,对植保无人机增升增速参数进行了气动仿真分析。【结果】仿真试验发现,升力系数与迎角和空速呈正相关,其中,迎角从4°至6°变化时的影响较为强烈;迎角对应5°～30°前倾角时,升力系数达到0.81。在5 m/s的空速下,迎角和前倾角的关系几乎呈线性分布,机头前倾即可增大升力系数,进而增加有效负载,使得整体植保无人机的作业效率得到提升。【结论】本文为设计倾转翼植保无人机提供了理论依据,也为植保无人机延长续航时间、提升作业效率打开了新思路。     

LNG绕管式换热器壳程对流换热数值模拟

绕管式换热器是天然气液化的核心设备,其换热性能的优劣严重影响液化工艺水平。基于绕管式换热器的结构及特性,采用Fluent软件,对LNG绕管式换热器壳程单相混合冷剂的对流换热进行了数值模拟。结果表明:换热管管径是影响壳侧换热的重要因素,壳侧换热系数、壳侧冷剂压降均随换热管管径、壳侧冷剂质量流量的增大而增大。模拟结果与已有实验值的偏差均控制在20%以内,二者具有较高的匹配性,说明采用新建立的数值模拟模型用于绕管式换热器换热性能研究具有可行性。     

风沙环境下防风挡沙墙复变作用规律的风洞模拟

  目的  风沙防护是干旱环境下人类基础设施建设和维护的关键工程问题之一,为探明不透风防风阻沙措施风沙运移的变化规律,筛选特殊风沙区域防护体系构建合适设置参数。  方法  采用风洞模拟对不同风向夹角条件下防风挡沙墙的气流速度场、风沙流结构以及沙粒阻截率/输导率的变化规律进行研究。  结果  （1）迎风侧模型4倍障高处始终为气流急剧变化的拐点,且不随着指示风速的变化而变化;当指示风速小于10 m/s,背风侧弱风区或静风区的范围随着指示风速的增大而增大,大于12 m/s则呈相反规律;同一指示风速作用下,随风向夹角的增大有效防护范围逐渐增加。（2）迎风侧积沙主要集中于近地表0 ~ 10 cm,平均占总输沙量的85.31%;45°、60°、75°与 90°4 种风向夹角条件下背风侧输沙量主要集中在20 ~ 30 cm高度范围内,分别占总输沙量的71.25%、88.75%、85.25%、86.00%。（3）背风侧0 ~ 10 cm高度层沙粒截留随指示风速的增加而增加,75°夹角时最大,平均为95.64%;10 ~ 30 cm高度层沙粒输导随着指示风速的增加有增大趋势,45°夹角时最大,平均为81.09%。  结论  指示风速的变化对防风挡沙墙气流速度场变化规律影响不显著,而对背风侧弱风区或静风区的范围影响较大,75°时有效防护范围最佳;迎风侧输沙量随高度的增加逐渐减少,背风侧随高度的增大呈现出先增加后减少的变化趋势;作为防风阻沙措施风向夹角应设置为75°左右。