混流式水轮机的三维湍流流场分析与性能预测

用数值方法研究混流式水轮机各通流元件内部流场是优化其设计的重要手段。该文基于Navier-Stokes方程和k-ε紊流模型,采用贴体坐标和交错网格系统,用SIMPLEC算法对一模型混流式水轮机引水元件、转轮和尾水管进行了联合计算与转轮单流道计算,数值模拟了水轮机各通流元件内部三维湍流流场,预测了水轮机的能量性能和空化性能,并与水轮机模型试验结果进行了对比。该文的水轮机计算效率与实测效率非常接近,各工况最大相对误差为0.9%;计算的初生空化系数与实测临界空化系数之比为1.57～1.99,符合实际。研究结果表明,该文提出的多部件联合计算与转轮单流道计算相结合的方法,可节省计算资源且精度较高,并具有良好的工程适用性。     

基于Fluent的9R-40型揉碎机三维流场数值模拟

为了对揉碎机空气扰动噪声源的产生机理、噪声特性及其规律进行研究,该文运用计算流体力学软件Fluent对9R-40型揉碎机内部的流场进行了三维模拟,直观显示了揉碎机腔体内的流场特性和流动状态,并且对计算所得的风速曲线和试验测得的值进行对比,结果表明,二者最大相对误差小于8%,且得到了转速为2 800 r/min运动时揉碎机流场的压力分布和内部流场速度分布。通过气流流场模拟结果分析表明,低速气流从进气口经高速旋转的转子作用后,产生了旋转噪声和涡流噪声;另外,在出料直管内形成一个回流区,易造成出料口堵塞,也会产生噪声。     

蓄水坑灌单坑土壤水分运动有限元模拟

为了合理设计干旱地区果树蓄水坑灌,该文根据土壤水动力学原理和单坑入渗土壤水分运动特点,建立了单坑二维土壤水分运动数学模型,采用有限单元法求解,并根据质量守恒原理建立了确定坑内水位变化过程的数学模型。室内单坑入渗土壤水分运动验证试验结果表明坑内水位变化过程、土壤含水率、湿润锋的实测值与模型计算值吻合较好,说明所建立的单坑二维土壤水分运动数学模型和坑内水位变化过程数学模型是正确的,采用有限元法对其求解是可行的,该模型可用于模拟单坑土壤水分分布规律。     

采用拦沙坝防护的浅基桥墩局部冲坑三维流场数值模拟

采用数值模拟的方法,针对典型工程,对桥墩周围河床局部冲刷的三维流场进行了研究.通过将数值模拟所得流速场和物理模型中用ADV流速仪在实体模型中的鼍测结果进行对比和相互验证,结果较为吻合,同时分析了流场分布及不同方向流速对冲坑形成的作用.本文所采用的桥墩局部冲刷流场数值模拟计算方法对于深入研究桥墩局部冲刷及复杂边界流场理论具有一定的参考价值,所得流速场分布结果为浅基桥梁工程防护设计提供了参考依据.     

有限元子域法分析土石混合介质的饱和导水率

在黄土高原水蚀风蚀交错地区,碎石的存在影响着土壤的水力学特性,因此研究土石混合介质的渗流运动对该地区的植被恢复建设具有重要的指导意义。虽然用有限元法分析地下水渗流的工作很多,但对土石混合介质而言,由于有限元法的解题规模迅速增加,其研究甚少。本模型采用子域法矩形单元,假定土石体中石块含量增加不影响土的孔隙率且石块不透水分析了土石混合介质中的渗流过程。结果表明,影响土石混合介质饱和导水率的主要因素是土石介质的含石率;石块的大小基本不影响混合介质饱和导水率;石块分布方式增加水流路径时,会影响混合介质饱和导水率。这一数值分析结论与土石体渗流问题的部分理论结果和试验结果吻合良好。本模型子域法计算效率高,结果较准确,可用于较大规模的土石混合介质渗流分析,还可推广用于土石混合介质的三维分析和多级子域法有限元技术以获得更大规模的解题效果。     

液体-颗粒食品无菌工艺的研究进展

液体-颗粒食品无菌工艺试图将超高温杀菌工艺应用于固体食品，其主要特征是使用刮板表面换热器和保温管，目前远未发展到技术成熟的水平。该工艺具有处理传统中式餐桌食品的潜力，可能在未来发展为我国食品科学研究的热点。液体-颗粒传热学的实验和预测方法——颗粒温度时间关系的实验测量、无因次关系理论预测颗粒流体传热膜系数，作为建立致死率和品质保持的数学模型的基础，是液体-颗粒食品的无菌工艺的关键技术之一。由于Ball法作为传统的杀菌工艺评价方法不适用于液体-颗粒食品无菌工艺，一些新的杀菌工艺效果评价模型和实验验证方法发展起来。该论文概述了液体-颗粒食品无菌工艺的基本原理、传热学、主要效果评价模型、评价实验方法以及工艺优化所采用的目标函数和限制函数。     

参数化曲轴三维整体模型与有限元分析系统的研究

以“最符合实际工况、最少量简化”为原则,在对以往研究归纳、整理、改进的基础上,对曲轴有限元模型规范化进行了研究,基于VC++和ANSYS接口技术开发了参数化三维整体曲轴有限元分析系统,可以进行大多数类型曲轴的参数化有限元建模与分析计算,设计了友好的类型导航界面引导用户进行曲轴结构类型的选择和参数输入界面引导用户输入曲轴的结构、载荷、材料性能等参数,既具有曲轴专用分析软件方便、高效的优点,又具有大型通用软件稳定、可靠的优点。     

基于虚拟仪器的绿篱机手柄三维振动测试

为了找出简单实用的测试绿篱机手柄三维振动的方法,将虚拟仪器技术应用于手柄三维振动测试,探索一种检测模式,使“通用硬件+软件设计＝多套专用测试设备”变为现实。虚拟仪器的软件设计了达到实时准确采集、显示、试验数据处理的目的;试验方案的选择找出了各因素对测试结果的影响程度大小;通用硬件的配置减少了专用硬件的使用。试验结果表明,测试样机手柄振动值与发动机转速、安装位置和接触面积有关;左手柄在中转速、中部、小接触面积条件下振动值最大,右手柄在高转速、后部、中接触面积条件下振动值最大;左、右手柄出现最大振动值时,其时域和频域的结果不一致,测试时应在同一条件下进行比较才能说明问题。由此可见,将虚拟仪器应用于手柄三维振动的测试简单有效,具有实际应用价值。     

大型剪切型混合罐的流场仿真与分析

为了考察大型混合罐内的液体流动特征,该文采用计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)方法、利用ANSYS13.0软件,选用标准k-ε模型和多重参考系法,研究大型剪切型混合罐内的流体力学特性,获取大尺度混合罐内的压力、速度、湍流耗散率等参数及液体流动特征,并通过可视化试验验证了混合罐内流体的流动情况。研究结果表明,随着叶轮转速的增加,混合罐内的负压区扩大且压差增大,液体流速增大,使混合罐内的湍流作用增强,高剪切装置内及附近区域的能量耗散率非常高且集中,说明在这些区域内的混合效果显著。研究结果可为此类工业用混合罐的优化设计提供参考。     

西南某水电站右坝肩开挖边坡稳定性三维有限元分析

正在建设中的西南某水电站，在开挖过程中，右坝肩岩体的不同部位出现了不同程度的变形破坏迹象，局部出现了小规模的跨塌现象。为了评价开挖对边坡的影响，根据施工开挖的顺序，应用三维弹塑性有限元数值法对坝肩边坡开挖后的变形、应力状况及破坏区分布进行模拟，揭示边坡可能的失稳的部位，并对边坡的支护方案提出建议。     

小型拖拉机土壤压实的有限元预测

农业土壤的基本特征是松软和经常处于非饱和状态，土壤体积密度与含水率既是主要参数又是影响压实的重要因素，且在不断地变化。为了进行有效田间土壤压实管理，根据具体土壤特性，采用一个二维的模型，用有限元方法进行土壤压实预测。模型考虑了应力路径、初始土壤体积密度和含水率等，将土壤体积密度视为平均主应力和最大自然剪切应变的非线性函数，可预测小型拖拉机在非饱和土壤上通过时引起土壤体积密度的变化及应力分布情况等。在华北轻壤土的试验证明，模型具有良好的拟合效果。     

稻谷颗粒内部水分迁移过程的有限元分析

研究稻谷颗粒内部水分的迁移规律,以求达到较好的烘干效果,是一个重要的问题。该文研制了可用于空间轴对称湿扩散问题的有限元计算软件,并用其对描述圆粒、长粒稻谷的３层圆球和椭球两种模型进行计算,得到了两种模型在干燥、缓苏状态下的湿度及其梯度场随时间变化规律。经分析发现,烘干温度较低时,椭球脱湿速度低于圆球,烘干温度较高时,两者差异变小。两模型的含水率（干基）及其梯度分布有明显差别。     

装载机前车架的空间结构有限元模型

该文为装载机前车架空间结构研制了结构尺寸参数可变的有限元建模程序,详细介绍了建模方法和建模程序的结构组成及各功能子程序,并通过数据格式的转化生成可直接被ＡＤＩＮＡ软件调用的模型数据文件。利用该建模程序和ＡＤＩＮＡ分析程序构成的分析系统,只需输入若干个车架基本尺寸参数,就可自动完成模型的数据生成及计算分析,并对ＺＬ６０Ｄ前车架进行有限元强度计算分析。通过计算,对其设计提出了改进意见。计算结果证实了该结构模型的正确性及实用性。     

任意载荷作用下旋转波纹管的几何非线性有限元分析

提出用有限单元法对任意载荷作用下旋转波纹管进行几何非线性分析。根据旋转波纹管的特点,用两节点旋转锥壳单元将波纹管离散化,单元与单元之间以节点圆相连接。将载荷和位移沿环向展开成傅立叶级数,推导出修改的拉格朗日描述中旋转波纹管几何非线性有限元分析的基本方程,采用增量加载和牛顿拉菲逊迭代法,可方便有效地对旋转波纹管进行几何非线性计算。分析和算例表明计算结果可靠,可为工程中重要场合的波纹管设计提供理论依据。     

自然冷资源库中果蔬冷却过程的有限元分析

研究果蔬在自然冷资源库中的冷却过程对于冷库设计、冷藏工艺安排和分析果蔬冷藏时的品质变化都是至关重要的。该文采用有限元方法,分析了果蔬在自然冷资源库中的冷却过程及其影响因素,并给出考虑多种因素的果蔬冷却时间计算公式。研究表明,冷却时间与果蔬半径、冷却前初始温度、对流换热系数的倒数近似成线性关系,与冷却介质温度近似成二次曲线关系。     

用于食品传热分析的随机有限元方法

将随机有限元方法引进食品加工过程中传热方程的求解,以微波加热过程为例应用其基本思想,使用摄动方法分离方程并用有限元程序求得节点温度的时间历程,同时与Monto Carlo数字模拟方法的结果进行了比较,两者具有良好的一致性而随机有限元方法具有高得多的计算效率。该文还对食品参数的随机分布特征及由此而造成的微波加热过程中温度分布的随机特征进行了分析。     

考虑流固耦合作用旋转波纹管固有频率计算的有限元法

该文提出用有限元法计算考虑流固耦合作用的旋转波纹管的固有频率。将波纹管用两节点旋转锥壳单元离散化,单元之间以节点环相连接,将载荷和位移沿环向展开为傅立叶谐波级数,降低了计算维数,减少了计算自由度和计算机时。推导出考虑波纹管与管内流体动力耦合作用的旋转波纹管动力方程,计算出旋转波纹管的固有频率,可为工程中波纹管的动力设计提供理论依据。     

切层滑坡侵蚀有限元分析研究

以切层滑坡侵蚀实例，以西马峪滑坡侵蚀体为研究对象，定性分析了西马峪滑坡侵蚀体的形成与变形破坏特征。结果表明，西马峪滑坡侵蚀体处于临界不稳定状态；建立了地质模型、数学力学模型，对西马峪滑坡侵蚀体进行有限元分析计算，由有限元计算结果可知，滑动面上已形成了应力集中、分异现象，表明西马峪滑坡侵蚀体处于不稳定状态，如果有暴雨、地震、人工切割坡脚等触发因素，还会导致其再次滑动。应当采取工程治理措施，制止此类水土流失的发生。     

微孔管渗灌时土壤水分运动的有限元模拟及其应用

为了深入了解新型微孔渗灌管的灌水性能，提供推广应用渗灌的科学理论和技术依据，建立了含有第3类边界条件的二维微孔管渗灌土壤水分运动的数学模型，采用有限单元法进行了模拟。检验结果表明模型具有较高的精度。模型的仿真应用结果表明：供水水压力、土壤初始含水率、渗管的渗水速率等对渗灌效果都有明显影响。供水压力增大渗灌后土壤湿润范围内的平均含水率增大。初始含水率越高，湿润锋越不明显，总渗水量越小。随着渗管渗水速率的增大，渗管周围将出现饱和区，并存在渗水速率临界值，该值与土壤初始含水率有关。增加渗管的渗水速率可以提高渗灌的灌水效果。