闸阀调节过程的三维模拟及其动态模型

为了研究泵系统调阀过程的瞬态特性和内流机理,在一维分析软件Flowmaster中建立了包含管路、阀门和泵在内的仿真模型,并以三维简化闸阀为模型,采用Fluent 6.2进行计算,对开启过程的非定常内部流动进行数值模拟研究.采用动网格的方法分析了阀门开启过程中阀芯运动引起的流场变形.结果表明:直线特性和对数特性的调节阀都具有快开特性,即流量变化对阀门的相对开度相当敏感,当阀门开度为10%～20%时,水击压力迅速下降;而通过内部流态分析可知,在阀门开度较小的工况下,阀后流场紊乱,造成较大的水力损失,使阻力系数值增加,当阀门开度小于50%时,稳态和瞬态工况下阀门的阻力系数值有较大的区别.由分析可知,研究阀门开启过程的瞬态特性,以及建立内部流态模型,都不能完全按照通常的稳态理论进行,尤其对阀门开度较小的工况,应对其进行一定程度的修正,以保证计算结果的正确性.     

垂直轴风力机叶片动态失速数值模拟

利用数值计算方法研究了一种典型的大高径比垂直轴风力机叶片动态失速现象。在验证数值计算方法可靠的基础上,结合速度矢量图和涡量图,研究了8 m/s风速时风力机在不同尖速比下叶片动态失速现象以及风轮尺寸改变时风轮动态失速流场及其对风力机功率系数的影响规律。研究表明,尖速比过低,增大弦径比和叶片数均导致叶片动态失速和气流分离呈现加剧趋势,削弱风力机的气动性能。对用于城市风力发电的大高径比垂直轴风力机,应使其在最佳尖速比下运行,同时控制弦径比在0.2~0.4之间,叶片数为3或4,以获得较好的气动性能。     

黄花植株三维动态生长及产量模拟模型

[目的/意义]为探究并表达环境因素对黄花各器官生长发育、形态结构和产量的影响,提出一种基于源库关系的黄花植株三维动态生长及产量模拟模型。[方法]以大同地区黄花主要栽培种植品种大同黄花为研究材料,采集黄花叶片、花葶、花蕾等形态数据和叶片光合生理参数,利用功能-结构植物模型(Functional-Structural Plant Model,FSPM)平台的三维建模技术,建立基于云量的室外地表太阳辐射模型及适配黄花的光合作用模型,同时基于黄花源库关系建立黄花光合产物碳分配模型,利用β生长函数构建黄花各器官生长模拟模型,计算黄花生长期内逐日形态数据,最终实现黄花植株三维动态生长及产量模拟。[结果和讨论]采用实测数据对模型进行检验。结果显示,室外地表太阳辐射实测值和模拟值R²为0.87;剩余标准差(Root Mean Squared Error,RMSE)为28.52 W/m²,黄花各器官模拟模型实测值和预测值R²为0.896～0.984,RMSE为1.4～17.7 cm;平均花蕾产量模拟R²为0.880,...     

紫荆关流域分布式HEC-HMS水文模型构建及洪水模拟

国内外学者利用HEC-HMS水文模型模拟流域降雨径流过程,发现该模型有良好的适用性。【目的】提高紫荆关流域洪水模拟精度。【方法】采用紫荆关流域水文气象及下垫面资料,将流域划分为11个子流域,通过选择产流和汇流计算方法,构建了该流域分布式HEC-HMS水文模型,并从历史实测暴雨洪水事件中选择14场洪水对构建的HEC-HMS水文模型进行了参数率定和模型验证。【结果】率定的各子流域产流参数基本相同,由于各子流域面积不同导致汇流参数也不同。模拟的洪峰流量和洪量相对误差均在20%以内,纳什效率系数为0.51～0.95,模拟与实测的洪水过程线吻合较好,模型模拟精度较高。【结论】构建的水文模型能反映紫荆关流域实际的产汇流过程,可用于该流域洪水过程模拟和洪水预报。     

模具装配过程的动态模拟及其应用

模具设计软件在制造业中有着重要的地位,制造业中积极利用设计软件的优势,得到模具精准的数据,并利用设计软件对模具的安装和使用进行模拟,以此观察模具是否存在不足,以便在正式投产之前对模具进行修改,使其安装顺利完成。对模具装配过程进行动态模拟,可以检测出模具之间的契合度,从而为制造业的经济效益和发展提供保障。文章对模具装配过程的动态模拟及其应用进行具体的分析。     

拖拉机牵引板锻造成形过程的数值模拟

对拖拉机牵引板锻造成形过程进行了刚塑性有限元数值模拟 ,模拟结果与实际锻造一致。     

喷雾干燥过程的数值模拟

利用CFD模型对新型减水剂喷雾干燥过程进行了数值模拟,得到了干燥过程中干燥塔内气体湿度、速度和温度分布,以及颗粒运动的轨迹、直径变化和停留时间等详细信息,为新型减水剂的干燥设备选型与操作参数优化等提供了参考。模拟结果表明,利用喷雾干燥的方法对该新型减水剂的干燥是可行的。     

番茄叶序发育动态模拟模型

根据番茄叶序发育与影响因子之间的关系,建立了番茄叶序发育动态模拟模型,模型具有合理的数学与生物学意义。模拟结果表明用叶序模型预测番茄各生育阶段及各器官的生育进程,与实际值吻合较好。可以用该模型编制番茄生长日历,预测当年番茄生长发育进程和各器官形成进程。     

盐城市水资源供需平衡动态模拟分析

从水量平衡的角度出发,分析盐城市水资源系统的组成,建立了水资源供需平衡动态模拟模型.根据选用的典型年的水文资料,对盐城市水资源系统进行了动态模拟,分析了改变种植结构、提高河网调蓄能力、增加供水水源等多种方案组合情况下的盐城市缺水状况,并进行比较分析,给出不同方案的优劣,为当地水资源管理提供较好的参考依据.     

三种紊流模型数值模拟明渠弯道三维水流的比较

采用不同的紊流模型:标准k-ε模型、RNGk-ε模型、Reynolds应力模型,结合VOF方法跟踪处理自由表面,数值模拟了明渠180°弯道水流的复杂流动状态。将数值模拟的结果与试验资料进行比较,分析了不同紊流模型的计算精度。研究表明,标准k-ε模型无法准确地预测具有复杂二次流特性的紊流流动,Reynolds应力模型和RNGk-ε模型,能够有效地预测具有强曲率影响的明渠弯道三维水流运动。     

地下水位与灌溉定额对棉花土壤水分的动态影响模拟

地下水埋深对土壤水势分布及土壤次生盐碱化具有重要影响.以新疆孔雀河流域为例,利用HYDRUS-2D软件对不同地下水位与灌溉定额下的棉花膜下滴灌土壤体积含水率的动态变化进行了模拟.结果表明:当地下水埋深为1.5 m时,地下水对土壤水的顶托作用较强,灌溉定额为3 300 m³/hm²时可使棉花生育期不受水分胁迫;当地下水埋深为2.0 m时,地下水对土壤水的补给能力下降,灌溉调控的作用逐渐加强,灌溉定额为3 900 m³/hm²时属轻度胁迫,对产量影响较小,而灌溉定额为4 500 m³/hm²时,基本不受胁迫,对产量影响极小;当地下水埋深大于2.5 m时,地下水对土壤水的补给作用进一步弱化,灌溉定额为4 500 m³/hm²时属于中度胁迫,会造成一定程度减产.研究结果为指导当地地下水资源开发利用及棉花种植业发展提供了重要参考.     

基于CFD数值模拟的排污阀冲蚀磨损影响规律

针对排污阀因长期排污工作导致的冲蚀失效问题,采用CFD仿真模拟的方法开展关于流体流速、颗粒粒径、含砂体积比与阀门开度等因素对阀套式排污阀冲蚀磨损性能影响的评价分析.结果表明:阀芯、阀座密封接触壁面间的冲蚀破坏是造成整个排污阀失效的主要原因.在流速1～9 m/s、颗粒粒径0.1～0.5 mm、含砂体积比2％～10％、阀门...     

水轮机泥沙磨损两相湍流场数值模拟

为研究水轮机内部泥沙磨损的固液两相流动特性,应用基于计算多相流动力学理论中欧拉-欧拉方法的代数滑移混合多相流模型,采用多面体网格技术、标准k-ε湍流模型和压力速度耦合的SIMPLEC算法,转动区域应用多重参考系模型,对混流式水轮机全流道进行了三维定常泥沙磨损两相湍流场的数值模拟.利用商业CFD求解器ANSYS Fluent,获得了小开度工况下水轮机泥沙磨损发生的部位与程度,分析水轮机流道内泥沙磨损的特征规律,其中叶片上泥沙颗粒分布模拟结果与真机转轮实际磨损情况相符,表明该方法可以准确预测水轮机各过流部件的泥沙磨损情况,对揭示泥沙颗粒与水相互作用的固液两相湍流场诱发水轮机振动的影响机理及解决工程实际问题具有重要的意义,而且具有较高的工程应用价值.     

浅议彰武县土城子小流域水土保持设计

本文依据土城子小流域水土流失情况,科学选定水土保持设计参数,对荒坡治理工程(截水沟)、坡式梯田、地埂植物带等关键工程给定设计参数,并针对经果林造林,合理选择坡式梯田整地或穴状整地模式,还依据保土耕作条件,确定耕作方案.经分析,设计措施生效后,直接经济效益每年可增加281.75万元.     

用修正的Green-Ampt模型确定土壤入渗性能的速算方法

土壤入渗性能的确定对水文过程及其相关研究与应用具有重要的意义。该文在土壤入渗性能的水平土柱测量方法和Green-Ampt修正模型的基础上,推导出了Green-Ampt模型与修正模型之间的比例关系,进而提出了土壤入渗性能的速算模型。该计算模型在保证土壤入渗性能计算精度的前提下,计算过程较修正Green-Ampt模型有了很大的简化。将3种方法计算得到的土壤入渗率进行了比较,快速方法计算得到的土壤入渗性能与Green-Ampt修正模型计算得到的土壤入渗性能非常接近。在水量平衡原理的基础上得到3种方法计算结果误差分别为11.5%（Green-Ampt模型）,0.66%（修正模型）和2.68%（快速计算模型）。表明快速计算方法具有很高的精度。新方法大大简化了修正模型的计算步骤。该文提出的土壤入渗性能速算法与水平土柱试验相结合,可以方便地应用于室内土壤入渗性能的测量,为水文循环/地表产流等相关研究提供便捷的土壤入渗性能计算工具。     

耕地土壤有机质空间变异性的随机模拟

有机质是土壤重要的肥力特征,研究盐渍土改良区耕地土壤有机质空间变异特征可为土壤质量提升提供科学依据。以山东省禹城市盐渍土改良区典型地块耕地土壤有机质为研究对象,在全面野外调查和室内化验分析以获得大量的土壤有机质相关信息的基础上,运用地统计学方法对有机质进行了序贯高斯模拟各次实现（SGSV）、序贯高斯模拟平均实现（SGSA）和ordinary Kriging插值（OK）,并将SGSV、SGSA、OK与实测数据进行了统计参数、变异函数、空间分布趋势等方面进行了对比分析。结果表明OK、SGSA改变了有机质数据的空间结构,具有“平滑”效应,SGSA在消除平滑影响方面优于Kriging插值;SGSV具有与实测数据相同的空间自相关结构,对预测点的模拟值具有不确定性,为揭示研究区域土壤有机质的空间结构特征提供了有力的工具,对盐渍土改良区土壤有机质空间不确定性的风险研究具有更实际的意义。     

水轮机活动导叶端面间隙磨蚀特性数值模拟

为了研究水轮机活动导叶端面间隙固液两相流动的规律,以及间隙上下表面的磨损情况,基于Fluent软件的RNG k-ε湍流模型和DPM模型,结合水轮机活动导叶端面间隙流的简化模型(圆柱绕流和后台阶流),数值模拟了不同进口速度下,沙粒体积分数分别为1%,5%,7%,10%以及沙粒粒径分别为0.020,0.050,0.075,0.100 mm时,活动导叶端面间隙的三维非稳态流动.通过定常数值模拟得到不同工况下间隙上下表面的平均磨损率分布,分析磨蚀规律和磨蚀位置.结果表明:流场中平均磨损率分布受间隙流模型的结构和两相流参数设置影响较大.随着进口速度和沙粒体积分数增大,间隙流模型上下表面平均磨损率增大,磨损主要集中在轴前、台阶下游再附点位置以及间隙流出口处,最大平均磨损率约为2.0×10^-6 kg/(m²·s).随着沙粒粒径增大,由于惯性力作用,模型上下表面平均磨损率减小;在沙粒粒径小于0.020 mm时,磨损情况相比其他粒径更严重,最大平均磨损率约为0.100 mm时的2倍.     

多孔介质壁面条件下微尺度流动的数值模拟

利用多孔介质模拟微通道壁面粗糙元,建立了一种新的微尺度化流场的数值模拟方法.多孔介质模型厚度由微通道壁面相对粗糙度折算,多孔介质的阻力系数由该区域内的流态及阻力计算;配合采用k-ε和k-ω多种形式的湍流模型,对边长为600μm的方形断面微通道流场在雷诺数分别为100和300的情况下进行了数值模拟计算.通过模拟结果与Micro-PIV测量数据的对比分析发现,采用realizablek-ε湍流模型,搭配多孔介质微尺度化模型进行数值计算,能够有效地模拟微尺度流场的流动状况,而标准k-ε湍流模型和RNGk-ε湍流模型的微尺度模拟计算结果虽接近试验测量值,但仍有偏差;标准k-ω湍流模型和SSTk-ω湍流模型的微尺度模拟效果较差.     

空气净化机净化动力学分析及气流场数值模拟

采用动力学方法分析空气净化机理,对过滤网在吸收过程中的阻力进行了理论推导,为空气净化机滤纸、进出口风道的优化设计提供依据.从空气净化机内部气流场出发,建立内部气流场的几何模型,以多孔介质模型来模拟过滤网;通过Fluent软件数值模拟空气净化机内部气流,分析了进口风速在1 ～5 m/s变化过程中,不同高度(0.05,0.10,0.15 m)截面上的压力场和速度场变化.结果表明:风速在l ～2 m/s时,气流稳定;HEPA滤纸在高度为0.10m截面上对气流的阻力最大.为了获得更好的内部气流场,应尽量增大进风口和出风口的面积,使之覆盖的面积与主流风道大体一致,这样可减少涡流现象,并可降低出风口处的气流叠加效应.通过Fluent软件模拟效果良好,可为实际使用中的现场流场问题提供理论指导.