基于多角度弯曲高压输流管道流固耦合分析

弯曲高压输流管道在工程实践中应用广泛,为分析其输流特性,通过构建动力学模型,应用SolidWorks软件建立定圆角多弯曲角度管道有限元模型,ANSYS的Workbench平台搭建Fluent模块和瞬态结构模块进行流固耦合,创建数据传输进行模态分析,进而研究高压流体流入管道后在弯道处对管壁的冲击力大小、应力、应变的数值变化。结果表明,不同角度输流管道对管壁的影响不同,从而为工程实践合理规避管道压力的危害提供理论参考。

岩溶地下河管道流和管道结构及参数的定量示踪——以桂林寨底地下河为例

定量示踪研究是岩溶地下河管道流和管道结构参数估测的有用技术,可以为概化水文地质条件和数学模型研究提供科学依据。以桂林寨底地下河示踪试验为例,利用荧光素钠和罗丹明B为示踪剂,通过高精度、高密度和多指标的自动检测技术,不仅合理估算了管道流平均滞留时间、平均运移速度、弥散系数、管道过水体积、管道过水断面面积及其等效直径,而且表明常用示踪剂荧光素钠和罗丹明B在应用中存在的吸附性差异,认为荧光素钠吸附性弱,数据可信性强,而罗丹明B吸附性强,在数据解释中需要谨慎。

关于季节性岩溶管道流对某快速铁路隧道衬砌破坏的分析与思考

受建设环节中诸多不利因素及其组合的影响,不同程度的铁路隧道衬砌质量缺陷时有发生且未被发现,导致运营后的隧道存在安全隐患,不同程度地威胁运营安全和运输秩序,甚至发生安全事故,导致财产损失和停运。文章以某快速铁路隧道因季节性管道流导致边墙厚度不足处衬砌产生压溃性破坏为案例,分析衬砌在设计厚度和边墙局部欠厚两种情况下所能承受的不同水压力。结果表明,即使衬砌符合设计,依然无法承受季节性岩溶管道流可能产生的峰值压力;由于局部厚度不足边墙处率先被压溃,及时释放了突发水压力,可能降低了衬砌更大范围和整体性破坏的更大风险;对存在季节性岩溶管道流的隧道,应采取措施充分降低或消除季节性高压水产生的风险。文章最后对本工程变更设计方案等方面存在的问题进行了反思。

基于CFP的岩溶管道流溶质运移数值模拟研究

多重岩溶含水介质的复杂性导致岩溶地下水流动及溶质运移的数学模拟成为地下水研究难点之一。为了探讨岩溶多重含水介质中地下水流溶质运移特征,文章构建了管道流CFP水流模型和MT3DMS溶质运移三维耦合数值模型。在阐述管道流CFP和MT3DMS基本原理的基础上,通过建立水文地质概念模型算例(1个落水洞、4个直管道),探讨岩溶管道水流及溶质运移规律,分析讨论不同水文地质参数对浓度穿透曲线的影响。研究结果表明:管道流CFP模型能够刻画岩溶管道与基岩裂隙水流交换特征,MT3DMS模型能够模拟穿透曲线的拖尾现象,符合实际岩溶区特征。随着水力梯度、管道直径及管道渗透系数增大,孔隙度减小,浓度曲线峰值越大,峰值到达时间越快,浓度穿透曲线越对称。得出结论:耦合CFP水流模型和MT3DMS溶质运移模型能够刻画岩溶管道流溶质运移规律,为研究岩溶复杂介质污染物运移特征提供一种思路和途径。

基于CFP的岩溶管道流数值模拟研究--以桂林寨底地下河子系统为例

为了描述岩溶多重含水介质存在非达西流问题,研究管道流CFP模型在岩溶区数值模拟中的应用。在分析管道流CFP基本原理的基础上,通过建立概念模型算例(5个管道,上下临界雷诺数分别为2 000和4 000),探讨不同管道水文地质参数对出口流量及水流状态的影响,并对参数敏感性进行分析,最后将CFPM1模型应用于广西寨底岩溶地下河系统,探讨在实际应用中的管道流模型适用性。概念模型结果表明,参数敏感度从大到小依次为:管道直径、水力梯度、管道渗透系数、弯曲度及粗糙度,流量与雷诺数随管道参数增大而增大,水流状态从层流变为紊流。寨底岩溶管道流模型中3个观测井及地下河出口实测流量表明CFPM1能较好地模拟出岩溶地下水水位变化趋势。得出结论:CFPM1管道流模型允许岩溶管道与基岩含水层进行水流交换,能够较好地刻画岩溶区管道介质非达西流特征,但管道参数获取较为困难,且不能刻画岩溶管道形态变化。该方法具有一定通用性,可为实际应用提供指导。

管道流对非均质岩溶含水系统水动力过程影响的模拟

为深入研究管道流对岩溶含水系统水动力过程的影响,运用排水沟模块和管道流程序分别模拟实验室条件下的管道设置方式,并对模型结构以及模型参数的不确定性进行分析。岩溶地区的高度非均质性和观测资料的匮乏严重影响模型的精度,根据实际实验设置情况,建立3个不同的岩溶含水介质水文地质概念模型,并对渗透系数、给水度进行全局灵敏度分析。研究结果表明:出流总量对给水度的灵敏度高于对渗透系数的灵敏度,而出流过程对渗透系数和给水度的灵敏度大小随着时间变化;通过增加上覆孔隙含水层来改进模型结构的等效连续介质模型(排水沟模块)和准确刻画管道流紊流特征的双重孔隙模型(管道流模块)精度相差不大,模型结果的决定性系数分别为0.89和0.91。

基于管道流模型的岩溶含水系统降雨泉流量响应规律——以贵州后寨典型小流域为例

为深入研究高度非均质岩溶含水系统的补给、运动机理,以贵州后寨岩溶典型小流域为例,运用管道流程序(conduit flow process),基于后寨岩溶典型小流域实际的降雨流量资料,建立降雨泉流量响应理想模型,对不同落水洞补给位置、不同渗透系数和给水度组合情况下的降雨泉流量互相关系数曲线陡缓程度和峰值特征进行研究。研究结果表明:含水介质参数的改变远没有补给位置不同对互相关系数曲线的改变程度高;在不同渗透系数和给水度组合情况下,短距离排水互相关系数峰值可接近1,而远距离排水互相关系数峰值最高仅为0.4。野外实际研究区分析也表明,短径流路径下降雨流量互相关系数峰值高达0.7,而长径流路径下降雨流量互相关系数最大为0.4。辅以必要的水文地质调查,降雨泉流量互相关曲线可用来分析管道径流路径等岩溶含水系统水动力特征。

传输管道流固耦合振动的模态分析

通过线性化假设，并进行Ｌａｐｌａｃｅ变换，导出了流体的流量、压力与管道的应力及位移之间的网络模型，通过求解特征根和特征向量建立起其传递矩阵，在该模型的建立中，首次考虑了频率相关摩擦项的影响，对仿真精度有较大的提高。另外在空间管的节点耦合中，给出了两次坐标变换的方法，解决了空间管道的通用耦合算法，甚至可用于空间曲线管路的近似计算。大量的试验结果与仿真结果的比较证明了该方法的正确性。

贵州省岩溶区管道流及其水动力特征

管道流是岩溶地区特有的地貌水文现象，它是岩溶双重含水介质和二元结构典型表现，具有相当的特殊性和复杂性。本文从岩溶地貌和管道流的补给特征入手，阐述管道流的水动力特征，认为管道流水文特性是受管道结构、补给方式和路径所控制的。文中着重介绍利用流域上游地下水库进行水脉冲试验分析地下河系结构、管道分水比例以及水动力参数的方法和分析结论，这对深入研究岩溶管道流具一定的理论意义和实用价值。

磁流变液管道流模式流动行为的实验研究

通过实时显微观测 ,描述了磁流变液在管道中的流动行为 .从观测到的一系列新的流动现象中可看出目前通用的均匀连续介质模型和管道流测试手段有不合理之处 .这一工作为进一步深入理解磁流变液的力学行为和性质 。

输液管道流固耦合非线性动力稳定分析

将弱约束输流管道非定常流液固耦合运动按波_流_振动系统建模成由 4个非线性微分方程组成的分析模型 ,按模态进行分解研究系统在多种耦合状态下具有的运动稳定特性· 以悬臂梁管道为例分析了耦合系统奇点的属性 ,得到了前四阶模态运动的相图· 结果说明 ,多种耦合条件下输流管道的稳定性变得更为复杂 ,各阶模态运动具有不同的稳定特性·

应用物理非平衡CDE模型反演岩溶管道流参数

应用物理非平衡CDE模型能够模拟岩溶区示踪剂穿透曲线(TBCs)从而获取岩溶管道水文地质参数。相对传统模型而言,该模型将岩溶管道内液体分为流动区域和非流动区域,更能体现岩溶管道的非均质性和穿透曲线的拖尾现象。本次研究通过自动监测示踪剂浓度和流量变化绘制穿透曲线并结合QTRACER2程序计算模型所需参数初始值,确定示踪试验回收率,并应用物理非平衡CDE模型模拟岩溶管道内平均速度、弥散系数、两区间分配系数和质量交互系数。最后通过不同距离处示踪剂穿透曲线对比发现平均速度和弥散系数随距离的增大而增大,具有明显的尺度效应,而分配系数和质量交换系数基本不变。为降低尺度效应的影响,本文采用算数平均计算速度和弥散系数。

青藏高原下地壳热变形和管道流研究

本文应用地球三维成像方法和现代物理学的理论,来说明青藏高原下地壳管道流形成的原因和条件。根据区域重力资料提取的地壳三维密度成像的信息,进一步探讨了青藏高原地壳低密度扰动带反映的地质构造。应用地壳三维密度图像,分析了青藏高原下地壳为什么会形成管道流的原因,圈定了下地壳管道流所在位置。通过连续介质物理学的理论分析了热变形带如何引起下地壳管道流的机制,给出通过密度扰动计算了下地壳热应变率的方程式。结果表明,青藏高原下地壳管道流的热应变幅度大约为15.5mm^3/a。按照方程式和下地壳的密度扰动数据计算了青藏高原下地壳热应变幅度分布图。图中正热应变幅度代表热膨胀,负热应变幅度代表冷收缩;下地壳管道流随应变率从高向低流动。下地壳岩石热应变率最高处指示下地壳管道流的源头,位于喀拉昆仑断裂东侧与雅鲁藏布至班公—怒江缝合带的连接区段,和雅鲁藏布缝合带北侧的拉孜—林芝段。从喀拉昆仑断裂东侧源头的下地壳管道流主要流向北东和北西两个方向。从雅鲁藏布缝合带北侧源头的下地壳管道流主要流向北东到理塘—雅江和滇北地区,然后又分为南北两个方向分流。下地壳管道流位置或可向上挤出到中地壳,引起青藏高原重力不均衡和山脉隆升。同时,三维密度成像的结果支持下地壳流牙膏式向上挤出的蠕动模式。

基于泉流量过程线的管道流与裂隙流识别

岩溶含水系统存在不规则的裂隙网络和管道结构,由于贮水空间的差异,导致水流运移的多变性和水动力参数的复杂难测。基于泉流量过程线的分析技术能够很好地识别岩溶系统中的管道流和裂隙流。文章将泉流量分为3个组成部分:前期蓄水量、快速径流和慢速径流,其中快速径流和慢速径流视为两线性并联水库,建立了前期降雨和瞬时单位线之间的识别函数,识别降雨在岩溶不同空隙类型中的水量分配系数,并将该函数模型应用到后寨地下河岩溶小流域。模拟结果表明,上游到下游前期蓄水量呈增加趋势,而水量进入管道中的分配系数分别为0.84,0.6以及0.48,呈现递减趋势,说明岩溶裂隙结构越往下游越发育。模型计算出的泉流量曲线与实测值相比,NSE达到90%以上,模拟效果理想。

基于CFD的管道流动局部水头损失系数的数值计算

本文利用FLUENT软件对几种常见模型管道在k-ε湍流情况下的流场、压力场进行了数值模拟,并根据数值模拟结果对突扩管的局部水头损失系数进行了修正。结果表明:对于突扩管在同一雷诺数下,随着管径比值(前程管径与后程管径之比D1/D2)的不断增大,局部水头损失及损失系数均减小;而随雷诺数的增大,突扩管流场中的局部水头损失系数逐渐增大。

下地壳管道流与青藏高原地貌特征研究

为研究青藏高原粘性系数及粘性层厚度特征,依据地形高程粘性和厚度不同的管道流原理,研究粘性系数和下地壳流厚度的变化与高程变化之间的关系,并根据青藏高原的不同方位的不同地形变化求解了不同方向管道流的粘度和厚度,得到如下成果:(1)下地壳管道流粘度越大、厚度越小,形成的地面高程变化越陡峭;(2)青藏高原南部印度经喜马拉雅边界到昆仑山地区最大粘性系数约为10^(20)psa,管道流厚度约为25km;(3)青藏高原到青海甘肃剖面下地壳管道流最大粘性系数在10^(20)psa管道流厚度约为40km;(4)青藏高原东南过龙门山地区到四川盆地中部地区下地壳管道流最大粘性系数约为1021psa,管道流厚度约为40km,与青藏高原到青海甘肃地区差异性不大;(5)青藏高原东南到云南地区下地壳管道流最大粘性系数约为1018psa,下地壳管道流厚度约为32km,与四川盆地地区及青海甘肃管道流厚度差异较大.结果表明:青藏高原不同方向管道流的粘度是有差异的,各地区管道流厚度差异也较大,总体呈现西薄东厚的特点。纵观四个剖面结果,青藏高原西南与印度交界处地势最为陡峭管道流厚度最小.不同厚度和粘性系数的下地壳管道流模型对青藏高原地貌构造解释比较合理.本文采用水平管道流对青藏高原的四个剖面解释了青藏高原地形形成的一种可能形成机制。

管道流阻实验项目的开发与设计

以泊肃叶定律为实验原理,开发设计了硅胶管与有机玻璃管管道流阻实验项目,对不同温度下水的粘滞系数进行了测量,实验结果表明,有机玻璃管的实验结果与标准值的误差相对较小。

人工压缩法计算突扩管道流

使用人工压缩法计算了突扩管道流.对计算所得不同雷诺数下的等压线图和流线图进行了对比分析,结果表明,在扩张截面的拐点处形成了低压区,扩张后在侧壁右侧形成了涡,且Re数越小涡越小,Re数越小涡心的位置离侧壁越近.同时在计算中也发现,Re数较大时在出口处将形成回流区,收敛速度也变慢.

基于非等温管道流竖井地基热排水固结模拟

针对新技术热排水固结法,采用非等温管道流模拟竖井中U型导热管的传热过程,考虑温度对竖井扰动区和未扰动区渗透性的影响,在COMSOL Multiphysics有限元软件中进行二次开发,建立了竖井地基热排水固结法的有限元模型。以热排水固结软基处理原型试验为例,重点分析了模型耦合、部分耦合和不耦合情况下软土地基的固结度。结果表明,相对于传统排水固结法的不耦合模型,部分耦合模型下因温度产生的孔压增量延缓了地基固结的发展,固结速率有所减慢;耦合模型下温度虽也产生一定的孔压增量,但温度有效地改善了竖井涂抹区土的渗透特性,地基的固结速率加快,固结周期缩短,与试验结果一致。

多跨管道流固耦合振动的波传播解法

采用Timoshenko梁模型提出了求解多跨管道流固耦合振动的波动方法.借助边界处的几何连续条件和力平衡条件,得到了波在固支、简支和自由三种端部条件下的反射模型;建立了波在中间弹性支撑处的散射模型;结合以上散射模型,得到了多跨管道流固耦合振动的频率特征方程;通过计算两端简支管道的临界流速,验证了所建立模型的正确性.最后,计算了一段40m长、七跨管道在三种工况下的前五阶固有频率.计算结果表明:波传播方法具有易于编程、执行效率高和计算精度高的优点.