基于FLOW 3D的密排管桩防波堤透射系数研究

港内波高大小对泊稳条件影响重大。以海外某离岸式化工码头为工程背景,采用新型密排管桩防波堤为研究对象,探讨不同波浪工况下防波堤的透射性能。基于FLOW 3D的有限差分法,建立具有自由水面的三维数值波浪水池,通过与物理模型试验对比验证模型的准确性,分析在不同波陡、不同周期波浪条件下,不同管桩间缝宽的透射系数。结果表明:随波浪周期的增大,透射系数先增大后趋于平缓,当入射波浪周期大于一定范围时,防波堤对于波浪的掩护作用不再增强;在小周期波浪条件下,透射系数随桩间缝宽的增大而增大,当相对缝宽为0.05时,透射系数低于70%。研究结果可为实际工程应用提供指导。

基于Flow 3D的海上风电单桩基础冲刷防护数值模拟研究

基于江苏竹根沙海上风电场项目典型海域水文地质资料,采用Flow 3D数值模拟方法,建立单桩基础局部冲刷数值模拟,分析不同尺寸圆形防护板对单桩基础局部冲刷保护效果的影响规律,得到了以下结论:无防护板时,单桩基础冲刷稳定阶段对应的最大冲刷深度为1.099 m;设置直径为36 m的圆形防冲刷板后,水流流速在防护板与泥面之间的小间隙内快速减缓,桩前出现堆积体,此时最大冲刷深度仅为无防护板时的11.8%左右;直径超过30 m的防护板都能显著限制单桩基础周围的局部冲刷程度,最大冲刷深度都在0.127 m左右。直径为36 m时,防护板所对应的最大冲刷深度最大,为0.13 m,但变化不大,故在实际工程中,可选择较小尺寸的圆形防护板,亦可达到相类似的效果。

基于FLOW 3D的山丘区小流域山洪演进三维数值模拟研究

由于山洪灾害涉及气象学、水文学、水力学及动力学等多个学科,在演进机理研究方面还不够全面。为研究山洪灾害演进机理,以毛公洞小流域为例,借助FLOW 3D软件进行三维数值模拟,建立了河道两岸300m范围内实体地形三维数值模型,对山洪灾害暴发的动态过程进行了模拟计算,在此基础上分析了山洪灾害演进机理,该结果对后续山洪灾害成灾机理及演变分析具有一定的参考意义。

基于Flow 3D下用于水土保持的沉砂池设计优化分析研究

为研究水库用于水土保持的斜板式沉砂池结构设计参数最优化,采用UG建模与CFD流场模拟平台开展了沉砂池斜板翼片间距参数影响计算,并基于Flow 3D进行了数据后处理分析。翼片间距愈大,沉砂池表面负荷波动性与量值均愈高,泥沙淤积厚度也增大,但表面负荷增幅在间距6 cm后减缓,翼片间距过大或过小,均会导致池内泥沙淤积厚度分布不均。翼片间距设置不当,会导致池内局部紊流与涡旋活动,间距过大,流速稳定性不佳。增大间距,池内运营期含沙量减小,在运营期100 d内,间距增大2 cm,平均含沙量可减小14%,翼片间距过大,池内断面上含沙量的增幅具有变化节点,且运营期增大,断面节点提前。综合沉砂池设计参数对运营与流场影响,斜板翼片间距为6 cm时更利于沉砂池排沙与水土保持。

FLOW 3D结合经验公式模拟石膏基自流平砂浆流动度

石膏基自流平砂浆的流动度好坏对施工性能影响很大,但目前对该参数的研究集中于现实试验,忽略了计算机模拟方面的研究。使用了经验公式估算部分流体参数,再借助了FLOW 3D这一经典而强有力的CFD工具来完成选定物理模型、初始化问题求解空间、划分网格、初始化流体、模拟并渲染结果这几大模拟步骤,得到了流动度试验的模拟试验过程和结果,这种模拟方式适合作为流动度试验的信息化辅助手段。经过试验验证,模拟结果具有一定参考价值。

基于FLOW3D的集成式水下基盘泥沙冲淤三维数值模拟

泥面下集成式水下基盘是为开采渤海通航区等海域油气资源而提出的新型基盘,其基坑周围局部冲淤是工程实践关注的问题之一。基于不可压缩粘性流体运动的Navier-Stokes方程建立泥面下集成式水下基盘基坑周围三维水动力数学模型,对不同粒径和不同流速情况下的局部冲淤进行了模拟。结果表明:泥沙粒径为0.005 mm时,由于泥沙较难起动,基坑附近局部冲淤较小。粒径分别为0.05 mm和0.1 mm时,在典型流速作用下,基盘附近可分别形成1 m左右和4 m左右的淤积。

基于Rhino和Flow-3D耦合的串列四桥墩局部冲刷数值模拟

针对复杂地形下串列四排桥墩局部冲刷问题,以洺河京港澳高速桥6号桥组为研究对象,以不同泥沙级配及中值粒径表征非均匀沙质河床及来沙条件,考虑泥沙水下休止角等影响因素,通过建模软件Rhino耦合Flow-3D开展三维数值模拟研究,得到串列四排桥墩周围流场结构及冲坑演变过程。将模拟得到的流速值和冲深值与物理试验结果对比,相对误差均在10%以内,表明构建的数学模型能够较好地实现复杂地形下非均质河床的四排桥墩局部冲刷数值模拟。模拟方法可为类似三维曲面数值模拟研究提供参考,对于识别桥墩周围水流结构和冲刷特性、指导桥梁规划设计具有重要的参考价值。

基于FLOW⁃3D数值模拟和物理模型试验的水闸水流条件研究

介绍FLOW-3D数值模拟和物理模型试验在海口市龙塘大坝枢纽改造工程水流条件研究的应用,通过各工况的数值模拟与物理模型试验,对水闸水流流态、流速和沿程水面线等水力特性进行计算与观测。经对比分析,各工况下FLOW-3D数值模拟和物理模型试验所得的流态、水面线、流速变化及分布规律基本一致,为研究泄水建筑物布置及体型设计的可行性及合理性,泄水建筑物设计及运行管理提供了科学依据。

基于Flow3D的溢洪道增设联合消能体水力特征影响研究

为研究苏北水利枢纽溢洪道增设收缩墩结构下水力特性影响,采用UG完成溢洪道建模,并借助Flow 3D完成收缩墩截面长边不同方案的流场三维计算。长边超过4 m后,消能池内水位增幅较小,平均增幅仅为5.2%,池内断面水位呈递增状态,但以长边参数低于4 m方案内增幅显著,且超过4 m方案内水位波动性较大。长边4 m方案下压强水平为最高,且沿程断面压强增幅最大也是该方案,改变收缩墩截面尺寸,仅影响消能池压强量值,对消能池内压强分布影响较小。长边参数与流速水平为负相关,但降幅集中在长边2~4 m梯次,最大降幅达24.1%,峰值流速均位于断面24 m处;长边超过4 m后,流速具有阶段性波幅。综合溢洪道水力特征影响特性,认为收缩墩截面长边为4 m设计最优。

利用Flow-3D软件数值模拟堰塞坝溃决过程

利用Autodesk Civil3D软件,根据卫星遥感测绘获取的高程数据,建立唐家山堰塞坝三维数值模型,运用Flow-3D软件,模拟堰塞坝溃决过程,并通过与现场测量的溃口流量过程对比验证模型的合理性。堰塞坝漫顶冲蚀分3个阶段:快速溃口发展阶段、洪峰阶段、溃口发展减缓阶段。在溃决过程中,泄流渠中陡坎处的流速较快,泄流渠两岸冲蚀最深;唐家山堰塞坝溃决过程中,泄流渠有溯源侵蚀现象出现。参数敏感性分析表明:起溃水位对溃决过程影响显著;开挖泄流渠可有效降低堰塞坝溃决时的库水位,从而降低溃口的峰值流量,是控制危害损失的有效方案。

3D打印膝关节曲面磨粒流抛光数值模拟及实验研究

目的解决磨粒流加工3D打印制造的TC4钛合金膝关节时存在配合端面抛光效率低以及表面质量不均匀的问题。方法运用FLUENT软件并结合非牛顿流体的Carreau-Yasuda方程对有、无仿形工装的磨粒流加工3D打印膝关节进行对比分析,研究仿形工装对磨粒流加工的影响规律,并通过单因素实验确定颗粒直径倍数与流道间隙大小的关系,从而完成最佳仿形工装设计。结果仿真对比分析结果表明,仿形工装有助于减小压力损失,并且膝关节表面的切削量显著提升,最大提升了182.92%。同时,在双向磨粒流工艺下,膝关节表面切削量的不均匀程度平均降低73%,提升了表面质量的均匀性,证实了仿形工装的有效性。加工结果表明,当仿形流道间隙大小为5倍Si C颗粒直径、工作压力为2 MPa、加工时间为45 min、使用双向磨粒流工艺时,3D打印膝关节的整体表面粗糙度显著降低,平均表面粗糙度为0.67μm。主要配合曲面呈现镜面效果,表面粗糙度达0.38μm与0.46μm。结论当仿形工装的流道间隙为5倍SiC颗粒直径时,磨粒流抛光效果最优。采用双向磨粒流工艺,获得了优于单向磨粒流工艺的均匀表面压力,从而有效提升了表面质量的均匀性,为3D打印钛合金人工骨复杂曲端面的光整加工提供了理论参考和实验依据。

基于裂缝闭合理论和3D打印的导流能力预测方法

酸蚀裂缝导流能力对于酸压方案的优化和产能评估具有十分重要的意义,但是在酸蚀导流能力测试过程中存在高闭合压力下岩心柱破裂情况,影响实验数据的准确性。基于以上问题,综合采用3D扫描和3D打印技术以及受压情况下裂缝闭合理论对酸蚀裂缝导流能力进行研究。首先对岩样进行酸蚀实验,通过逆向建模技术获取到酸蚀后岩心三维模型,采用SLA3D打印技术制备含粗糙壁面的三维岩心模型,对酸蚀岩心和3D打印岩心开展不同围压下渗流实验。运用离散化数据处理方法,结合赫兹接触模型和N-K模型编写导流能力预测界面,使用数值模拟方法反映闭合应力下裂缝形变情况。研究结果表明,结合真实岩体三维数字模型及SLA3D打印技术制备真实岩样,为制作复杂裂缝岩心模型提供了有效途径;酸蚀岩心和3D打印岩心导流能力实验结果、3D打印岩心实验结果和数值模拟结果误差均小于7.7%,数值模拟与碳酸盐岩心实验值的误差小于9.6%;以低闭合压力下实验和模拟结果为基础可以预测高闭合压力下裂缝导流能力,提出的研究方法为定量化表征酸蚀裂缝导流能力提供了可靠途径。

基于Flow-3D的新型半圆形构件水动力特性研究

生态丁坝是基于水工学和生态学的新型整治建筑物,不仅起到调控河道水位、维护边坡稳定的作用,还促进了生态修复。采用Flow-3D流体力学软件分析了新型半圆形构件的流速、紊动能等关键水动力要素。结果表明,基于Flow-3D数值模拟得到的水流流速拟合结果良好,采用该软件研究航道整治工程中复杂构件的水动力特性是可行的;新型半圆形构件内的横隔板将腔体分为上下两块区域,上方水流流速、紊动能明显大于下层,且下层流速、紊动能基本不受外界流速影响;构件上下层具有不同的生态效应,其水动力特性分别适宜于鱼类和底栖生物的生存。

利用Flow3D模拟台阶式溢洪道水力特性研究

随着计算机技术和CFD领域的不断发展,许多学者开始采用数值模拟方法来详细研究台阶式溢洪道的水力特性,但是目前还没有统一的方法来评价台阶式溢洪道的计算精度。文章利用Flow3D软件,从致密到粗糙三种网格尺寸,模拟了台阶式溢洪道水汽二相流的计算精度。首先采用计算网格收敛指数法(GCI)优化网格尺寸,缩短计算时间,同时保证计算精度;然后,根据物模试验结果,对推荐网格尺寸条件下数值模拟计算结果的准确性进行了评价。结果表明:采用相同的网格加密因子,GCI计算过程大大简化;Flow3D软件计算台阶式溢洪道关键水力参数具有较高的精度,而对于纯水流的计算精度也优于水汽二相流。

FLOW-3D气泡流模型关键参数敏感性探究

为了探究FLOW-3D气泡流模型的黑匣子细节,以45°陡槽均匀流的试验数据为参考,对计算结果对临界韦伯数、临界毛细管数、初始气泡直径、拖曳阻力系数和Richardson-Zaki调节系数等模型参数的敏感性进行了探究。结果表明:明渠掺气水流中气泡尺寸主要受临界毛细管数控制,临界韦伯数仅在掺气水面附近对气泡大小有微弱影响。拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数对结果的影响较大,而临界毛细管数、临界韦伯数以及气泡初始直径对计算结果的影响则相对较小。大于默认值的拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数会提高湍流强度并增加掺气,但小于默认值的参数对计算结果的影响更为显著。因此,在使用FLOW-3D进行掺气水流模拟时,应主要对拖曳系数和Richardson-Zaki调节系数进行调校,以提高模型的准确性。

基于Flow-3D软件的滨海水闸高淹没出流能力的计算

高淹没度条件下,水闸出流能力变化较大,其精度关系到水闸和周边工程的正常安全运行。以萧江水闸为例,基于Flow-3D软件,采用RNG k-ε模型和VOF方法建立三维水流数值模型,对高淹没条件下水闸的出流能力进行研究,计算出的上、下游水位关系与物理模型试验结果一致性较好。结合试验成果拟合高淹没度条件下淹没系数的计算公式,公式计算结果与试验值较为吻合。

基于3D归一化流的双分支点云异常检测模型

当前基于三维点云的工业异常检测仍处于起步阶段,较先进的方法将点云栅格化成2D图片或采用传统算子提取点云特征,有待进一步研究。对此,提出一种基于3D归一化流的双分支点云异常检测模型。以3D归一化流作为整体框架,结合双分支交互融合模块进行局部特征聚合,以并行结构聚合由Transformer和卷积神经网络(Convs)架构提取的不同焦点的点云特征;通过3D归一化流对特征金字塔在欧氏空间和潜在空间之间的可逆映射进行建模,基于受试者曲线下面积,所提模型从分布学习的角度实现了图像级(I-AUROC)的高效异常检测。在MVTec-3D AD数据集上进行的实验结果表明,所提模型在点云异常检测中取得了比目前先进方法更好的性能,相较于M3DM(Multi-3D-Memory)、AST(Asymmetric Student-Teacher Networks),I-AUROC(Image-level Area Under the Receiver Operating Characteristiccurve)指标分别提升了1.8和5.9个百分点。

基于AI+3D技术的智能皮带分析和预警系统应用研究

根据煤炭行业智能化建设需求,本文以神东煤炭保德煤矿为研究区,以推进矿井建设“5G+工业互联网”无人化矿井关键技术研发与工程为背景,通过对保德煤矿主运输系统皮带现有设备进行自主化智能改造设计,现场应用实践证明,该智能皮带系统提高了保德煤矿主运输系统的安全性和效率,基本实现主运系统的智能化和无人化。该系统采用先进的边缘计算技术,通过云边协同、管控一体化策略,实现了高效的数据处理和智能决策支持,系统能够精确测量煤流体积、识别煤流中的异物和大块煤、监测皮带的跑偏情况。通过此系统,保德煤矿在主运输系统方面展示了煤炭行业智能化的新模式,现场应用证明了该系统的实际应用价值,可有效推动行业安全生产和高效管理的进步。

基于FLOW-3D的三维数值波流水槽的构建及应用研究

为获得具有自由液面的三维波流水槽,基于FLOW-3D有限差分程序,选用RNG?-?紊流模型,基于线性波速度入口法造波,采用VOF方法对自由液面进行追踪。构建具有自由液面的三维波流联合作用数值水槽,对比压力出流边界与Sammerfeld辐射边界发现,在波流水槽内采用压力出流边界能够保持流体体积守恒,波形稳定;加入的孔隙结构,不仅能保证良好的消波效果,而且流体能够顺利通过,对消除反射波影响效果良好;与实验结果对比发现,垂向时均流速与实验数据拟合较好。波流场中桩柱前形成明显下潜水流及漩涡,是形成局部冲刷主要原因。本文所构建的波流数值模型波形稳定、具有良好的波流特性,能较好反应波浪与水流之间的相互作用,可进一步模拟波流场与结构物之间的相互作用或波流作用下泥沙冲刷等研究。

基于Flow-3D的水平射流冲刷泥沙数值模拟

为了模拟分析闸口水平射流对下游泥沙冲刷的全过程,基于水工模型试验,采用Flow-3D软件中的泥沙冲刷模型结合RNG模型和FAVOR方法,进行了水平射流冲刷固定底板下游泥沙的模拟试验。根据原水工模型条件,结合模型试验结果,对冲刷过程中的水面线、流速分布、冲坑深度和堆丘高度进行了对比分析。结果显示,数值模拟与原试验结果中水面线和流速分布吻合度很高,冲刷过程中的冲坑深度与堆丘的高度也很接近。分析了冲刷过程中的泥沙运动,模拟了不同粒径泥沙的冲刷过程并将结果进行对比,发现达到冲刷平衡阶段时冲坑深度与堆丘高度随泥沙粒径的增大而减小,该结论符合理论分析,证明该软件中泥沙模型可用于物理试验中的有关变量分析。