时域模型FUNWAVE与SWASH的对比研究

本文采用Berkhoff为验证缓坡方程的不同计算方法可信度所使用的地形,对基于Boussinesq方程的FUNWAVE和基于NS方程的SWASH两种时域模型进行了比较分析,通过与实测数据对比,结果显示两种模型都能达到较好的精度,整体上FUNWAVE略好于SWASH,但基于相同的模型设置,SWASH运行速度远远快于FUNWAVE。综合考虑两种模型的精度与运行速度,SWASH模型被认为更具实用性。

基于SWASH模型的近岸波浪传播变形数值模拟

SWASH模型是一种新型的非静压时域波浪模拟。为了探讨SWASH模型对于解决近岸波浪传播变形问题的适用性,在对其控制方程、边界条件、数值解法等进行介绍的基础上,采用该模型分别模拟了正向规则波、斜向规则波和斜向不规则波入射条件下L形防波堤附近水域的波浪场和波生流场,并与物理试验结果进行对比。结果表明,SWASH模型较好地复演了波浪在近岸区域所发生的浅水变形、折射、破碎,以及堤前反射、堤内绕射等物理现象,波高沿断面的定量分布与试验结果吻合良好,同时较好地模拟了不同波况下防波堤附近水域的波生流场,说明该模型适用于复杂岸线和地形条件下波浪传播变形的数值模拟。

基于SWASH模型的珊瑚岛礁波生环流模拟研究

珊瑚礁地形是热带和亚热带近岸浅海地区的显著特征之一。不同于以往常见的近岸缓变地形的水动力环境,岛礁附近水深剧烈变化且存在潟湖和裂口等,导致礁坪上产生显著的波浪增水、波生流现象。采用非静压模型SWASH模拟研究了不同外海波高、周期和礁坪淹没水深对礁坪波高和波浪增水的影响。结果表明波浪通常在礁缘处发生破碎,波高在礁坪上沿程减小,礁坪上的波浪增水随入射波高、周期增大而增大,随礁坪的淹没水深增大而减小。在增水正压力和辐射应力的驱动下在礁坪上形成向岸流、在裂口中形成离岸出流,产生外海-礁坪-潟湖-裂口的水平环流系统。岛礁环流随外海入射波高的增大而增大,礁坪上流速随周期增大而增大,其他区域随礁坪淹没水深和周期变化不明显。

近岸波浪模型MIKE21BW与SWASH的比较

波浪是滨海电厂等电力工程中需要考虑的主要水动力要素之一,为了实现近岸波要素的准确计算,目前多采用数值模拟的方式,在近岸,特别是工程区附近的波浪模拟中,多采用时域解析的波浪模型(以下简称时域波浪模型)来进行计算。本文选取了两个具有代表性的近岸时域波浪模型,分别是基于Boussinesq方程的MIKE21BW模型和基于非静压浅水方程的SWASH模型,对两个模型的理论基础、计算流程、计算效率、后处理等方面进行了简单的介绍和对比,以期为工程中模型的应用和选择提供参考。

典型地形条件下的滨海工程波浪及波生流计算研究

波浪是滨海工程中需要考虑的主要水动力要素之一,直接影响滨海电厂防洪设计及码头等涉水工程的设计、运行。为研究波浪在典型近岸地形下的传播变化特点及波生流特性,选取具有代表性的近岸时域波浪模型,即基于非静压浅水方程的近岸波浪模拟(simulating waves till shore,SWASH)模型,对波浪在几种复杂近岸地形下的传播变形进行数值模拟计算,研究波浪在不同地形下的变化特点,可为分析研究滨海工程在类似地形条件下的波浪变化规律提供参考;同时探讨不同地形条件下波生流的基本特性,发现不同地形条件下产生不同形态的波生环流,可为进一步研究滨海工程区域的近岸地貌变迁、泥沙输运等提供依据。

基于一维计算模型的斜盘式柱塞泵流动特性分析

斜盘式柱塞泵广泛应用在直升机疲劳试验的液压系统中,其流动特性对液压系统稳定性有着至关重要的作用。文中使用立体几何方法分析了斜盘式柱塞泵柱塞运动轨迹,基于图形解析法推导了过流面积公式,并编写相应Matlab程序实现吸排油过流面积自动化计算;构建了考虑流量倒灌及泄漏的单柱塞流动模型,结合AMESim软件实现柱塞泵三维计算模型向一维计算模型的转变;依据初始工况计算结果分析了柱塞泵的流动特性及其产生流量脉动的原因,并使用基于计算流体力学(CFD)方法的三维模型所获得的流量脉动计算结果验证了一维计算模型的准确性。在此基础上分析了不同运行工况(包含运行温度、工作压力及柱塞泵调节参数)对出口流量脉动率的影响,从降低流量脉动率进而提高直升机疲劳试验精度的角度分析了试验中柱塞泵调节控制要点。文中提出的一维计算模型可显著提高柱塞泵仿真计算速率,便于后续柱塞泵的改进设计以及将其作为子系统添加到虚拟数字试验平台中。

非静压波浪模型无反射造波

非静压波浪模型是一种近年来得到迅速发展且有望在工程计算中获得广泛应用的波浪模型。为了在非静压波浪模型中实现无反射造波,在连续性方程中添加了质量源项进行域内源造波,并采用阻尼消波方法进行数值消波。数值算例结果表明,所建立的无反射造波方法可以较好地避免非静压波浪数学模型中的二次反射,实现长时间稳定波浪模拟。

基于AMESim的液压柱塞泵的数字建模与流量脉动分析

利用AMESim仿真软件对恒压力轴向柱塞泵进行了建模与仿真。建立了轴向柱塞泵的运动方程、流量方程和仿真模型,在柱塞腔内设计了蓄能器,着重对在柱塞腔内有蓄能器和无蓄能器两种模型进行了相应的仿真对比分析。结果表明在柱塞腔内增设蓄能器后,流量脉动得到降低。

平衡式两排轴向柱塞泵斜盘力矩特性建模与分析

为确定平衡式两排轴向柱塞泵斜盘与柱塞组件间的匹配关系,理论分析了其斜盘斜面的受力状况,建立了平衡式两排轴向柱塞泵及其斜盘的仿真模型,得出了柱塞分布圆半径、柱塞直径、斜盘斜面倾角等对斜盘力矩的影响.结果表明:内排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩减小,外排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩增大,且外排柱塞分布圆半径对合力矩的影响远大于内排柱塞分布圆半径,减小内、外排柱塞分布圆半径差有利于减小合力矩;内排柱塞直径增大,合力矩减小,外排柱塞直径增大,合力矩增大,应尽量使内、外排柱塞直径尺寸接近.平衡式两排轴向柱塞泵斜盘合力轨迹呈类"三角形",转折点少,方向突变性低,合力变化平缓,使得斜盘受力良好,运行更平稳,振动更小.研究结果可为平衡式双排柱塞泵斜盘的优化设计提供理论指导.

虚拟产品开发关键技术的应用

在总结虚拟产品开发内涵的基础上 ,定义了与虚拟产品开发技术相关的基本概念 ,提出了支持虚拟产品开发的全息建模方法 .将产品定义数据、环境定义数据及两者之间的作用规律建立在统一的仿真模型结构之上 ,能够有效地支持虚拟产品开发 .

决口海堤洪水波传播模拟和分析研究Ⅰ:方法和验证

选用水槽和港池物理模型方法以及已有的一些物理模型试验成果,结合SWASH模型,对孤立波在海堤斜坡上的爬高和越浪进行验证,确定合适的计算参数;计算和分析几种不同内坡形式的海堤堤顶决口,确定合适的海堤内坡边界条件。研究分析表明,验证后的SWASH模型可以用来进行海侧来波和陆域越堤波浪的联合计算,为决口海堤洪水波传播模拟和分析奠定了基础。

珊瑚礁地形上波浪传播变形的非静压数值模拟

珊瑚礁广泛分布于我国南海等海域,具有重要的生态、旅游、港口和军事价值。波浪是珊瑚礁环境最重要的动力因素之一。基于非静压浅水方程波浪模型SWASH,模拟了典型岸礁地形上的波浪传播过程,并采用Demirbilek等的水槽实验数据分别对有效波高、波浪增水与爬高进行了验证,模拟结果与实测数据符合良好,展示了非静压模型在珊瑚礁地形上良好的适用性。通过波浪频率谱和波面小波谱,分析了波浪谱在该珊瑚礁地形上的演化规律,并揭示了礁坪上波浪能量从高频向低频转移的现象。本研究结果可为珊瑚礁环境动力研究以及相关的工程建设提供有益的参考依据。

浅滩影响下的近岸低频波浪研究

周期在25～300 s之间的低频波浪对海岸附近的泥沙输运、港内水面波动和泊稳等都有重要影响。虽然针对低频波浪的理论研究已有较多成果,但是结合实际工程针对浅滩上低频波浪的研究较少。采用非静压波浪模型SWASH对浅滩上波浪进行数值模拟,并对时域水面结果进行长短波分离,探讨低频波浪在浅滩上的演变规律。模拟结果显示,浅滩上低频波浪主要由约束长波和自由长波组成,约束长波占主要部分;低频波浪的能量来自于短波波群能量的转化;低频波浪能量增长率与h^(-5/2)成正比;不同水文条件下浅滩对低频波浪演变和近岸低频波浪运动的影响具有一定规律性。

潜堤对破碎区至冲泻区水动力特性影响数值分析

破碎区至冲泻区水动力特性分析是研究近岸地区泥沙输运机理和岸滩演变的关键。考虑潜堤修建的影响,对破碎区至冲泻区水动力特性开展研究。运用基于RANS方程的波浪数学模型,选取非线性涡粘性k-ε紊动传输模型,采用高精度PLIC-VOF方法追踪自由面,并用实验数据验证模型精度。计算分析结果表明,潜堤的修建改变了破波点的位置,破碎区至冲泻区内水动力特性随之变化,入射波波高H、波长L、堤顶水深R和堤顶宽度B是主要影响因素。在相同的入射波条件下,B/R增大,破碎区至冲泻区内出现的最大紊动动能值和最大紊动耗散值减小。用量纲一参数Re,Fr和St来描述破碎区至冲泻区水动力特性,随着RL/BH增大,波浪将在离岸较近处发生破碎,Re和Fr增大,St减小。

清洗机斜盘柱塞泵运动特性分析

选择普遍应用于清洗机产品的并联斜盘轴向柱塞泵为研究对象,根据其工作原理建立斜盘柱塞泵运动数学模型,并利用数值仿真软件对斜盘柱塞运动机构进行运动分析,得到柱塞轴向位移、速度、加速度的数值仿真结果。通过对比从单缸到五缸的并联斜盘轴向柱塞泵集成速度数值仿真结果,从运动学分析的角度定量验证了传统设计理论中奇数缸数并联速度脉动小于偶数缸数并联速度脉动的定性结论。

一维数学模型在堤前滩面短期演变计算中的应用

采用波浪上涌区的输沙率计算公式和波浪浅化区及破波带内的泥沙输沙率计算公式,建立波浪作用下海滩横向冲淤演变的一维数学模型,用以模拟风浪引起的床沙短期运动及滩面的冲淤空间变化。将该模型应用于杭州湾某海防工程堤前滩面的冲淤演变计算,模拟了某次台风期间堤前滩面的冲淤变化,并与实测资料进行比较。模拟结果表明该模型对于台风期间堤前滩面的冲淤变化可以给出合理的模拟结果,冲淤部位及冲淤量均达到一定的工程精度要求,且该数学模型数值求解简单易行,计算效率较高。

长江口围垦工程越浪数值模拟研究

运用基于非线性浅水方程的SWASH模型对长江口围垦工程的越浪进行模拟研究。采用垂向结构提高了模型的色散性,使模型适用于深水区,考虑垂向加速度的作用,使浅水区域的模拟更加精确。根据实际具体工程对模型进行验证并与海堤规范计算结果进行比较。研究表明:该模型和海堤规范都能很好地对越浪量进行计算,模型计算结果更为精确,工程中栅栏板对波浪的耗散等还需在数模中进一步概化和优化。

斜盘柱塞泵的脉动特性研究

为了研究多柱塞斜盘柱塞泵的脉动特性,根据柱塞泵的原理,利用AMESim软件对多柱塞斜盘柱塞泵进行了建模和仿真分析。主要研究分析了柱塞泵斜盘倾角和柱塞数目对柱塞泵脉动特性的影响,结果表明:柱塞泵斜盘倾角和柱塞数目对柱塞泵的脉动特性有较大影响;斜盘倾角越大,则脉动情况越明显;柱塞数目越多,脉动频率越高,但脉动率越小。在设计和选用柱塞泵时应根据不同的要求选择合适的斜盘倾角和柱塞数目。

轴向柱塞泵柱塞滑靴组件动力学特性建模与分析

柱塞滑靴组件的动力学特性直接决定了泵的工作性能。泵运转周期内,存在如离心力、滑靴副摩擦力及柱塞与缸孔间接触力等大小和方向都时变的作用力,但长期以来在对柱塞滑靴组件的动力学参数分析中,仅局限于或在某一固定位置处、或在简化假设情况下进行计算,这给泵结构的优化设计及泵性能的预期评估带来不利影响。为在全周期内动态评估柱塞滑靴组件的动力学性能,依据不同应用需要,在简化受力情况下提出了相应的简化数学模型,在完整受力情况下,通过引入随体坐标系,提出了相应的精细数学模型。建立的模型遵循真实的柱塞-缸孔线接触力动力学行为,并进一步考虑到了接触力作用位置随工况实时动态变化的实际情况。通过实验结果与基于AMESim-ADAMS软件建立的联合仿真模型分布参数法仿真结果的对比,验证了所提出的数学模型。应用实践表明,提出的模型可以方便地应用于对柱塞滑靴组件相关重要动力学参数的全面动态评估及泵结构的动态优化设计。

航空柱塞泵系统建模与仿真研究

航空柱塞泵作为飞机液压系统的心脏,其工作性能将直接关系到飞机控制系统的安全性与可靠性。根据某航空泵的结构与工作原理,以AMESim软件为仿真平台,建立了航空柱塞泵主要元件仿真模型,并进一步搭建了整泵系统仿真模型。仿真过程中柱塞泵的斜盘预置夹角以及斜盘转轴偏心参数的引入,使得系统仿真更符合实际情况。通过仿真研究为后续泵的参数优化提供了理论指导,并建立了航空液压柱塞泵系统仿真的原准机模型。