高寒区隧道洞口段覆雪波纹钢棚洞减载方法研究

高寒区隧道洞口段易受上方覆雪及落石影响,采用现有大跨径波纹钢棚洞会产生较大变形和失稳,影响边疆公路运行安全。为此,依托某线路隧道洞口段波纹钢防雪棚洞项目,从拱效应及加筋桥减载原理出发,运用有限元软件构建了EPS板、EPS板+加筋雪、EPS板+加筋冰等10种减载方案的三维波纹钢棚洞模型,研究不同减载方案对棚洞应力、棚洞变形和覆雪压力的影响,对比分析棚洞受力变形特征及减载效果,筛选出最优减载方案。结果表明:施加减载材料后,棚洞上方覆雪压力均不同程度分散到棚洞两侧,减小了棚洞结构的受力;随着覆雪高度增加,减载效果更显著,其中30 cmEPS板+加筋冰组合式方案的减载效果最佳,棚顶应力减少32.72%,棚顶位移减小22.63%;针对波纹钢棚洞的减载问题,建议隧道洞口30 m范围内采用30 cmEPS板+加筋雪方案,距隧道口30 m以外范围可采用30 cmEPS板+加筋冰方案。

隧道洞外减光棚光学参数优化分析研究

近年来越来越多的城市隧道和高速公路隧道在入洞口设置了减光棚装置,用来降低“黑洞效应”及低角度阳光眩光效应,从而提高隧道入口段的行车安全。现有的减光棚存在着路面均匀度差、明暗条纹、路面亮度不均匀等不良情况,给行车带来了一定的负面影响。在综合考虑隧道减光棚安全性和舒适性的基础上,基于光扩散板的多光源效应,提出了降低减光棚负面影响技术,构建了减光棚日光直射数值分析模型,在减光棚顶部布设光扩散板,将日光充分扩散后照射到棚下路面,从而避免太阳直射路面导致的不良现象,通过室内试验和数值分析方法进行光学分析研究。结果表明:在光扩散板的作用下路面亮度均匀度在0.7~0.95,满足设计规范要求,能避免出现明暗条纹等不良现象,保证了隧道洞口处的行车安全和舒适性;由于采用自然光线提供光通量,可以通过光扩散板的布设面积控制棚下路面的亮度等级,降低了隧道照明系统的碳排放,实现了安全、舒适与低碳环保的统一。

隔离板对流向振荡圆柱尾流旋涡脱落的抑制

用隔离板对直径为D,沿流向振荡的圆柱后涡脱落进行抑制.隔离板放于圆柱尾流中心线上,控制参数包括隔离板长度L/D以及隔离板前缘到柱体振荡中心的距离G/D.实验的雷诺数范围Re=V∞D/ν=1.01×104～1.69×104,柱体折减振频范围feD/V∞=0～0.03,柱体振幅固定为A/D=0.2.风洞烟线显示和热线测量结果表明:当G/D位于一个有效区域内时,可有效抑制振荡柱体尾流的旋涡脱落.该有效区的大小随着隔离板板长的增大而增大,随着Re数和圆柱振荡频率的增大而减小.

高雷诺数时分隔板对圆柱涡致振动的影响

钝体后安装分隔板是一种有效的被动控制技术,针对弹性支撑的圆柱-分隔板系统,采用有限体积法,求解雷诺平均的Navier-Stokes方程和使用Spalart-Allmaras一方程湍流模型,对非稳态湍流的圆柱-分隔板系统绕流进行数值计算。研究高雷诺数(1.5×104<Re<8×104)下,1D(D为圆柱直径)长的分隔板对圆柱涡致振动及其近尾迹流动特性的影响,将结果与没有分隔板时的圆柱绕流进行对比。结果表明,高Re数时分隔板的存在并没有减小圆柱振幅,振幅随Re数增加而持续增大;圆柱-分隔板结构的振动频率比单独的圆柱绕流时低,振动频率与固有频率比值保持在0.4附近;圆柱-分隔板结构后尾流旋涡出现2S模式,而没有分隔板时为2P模式。分隔板推迟尾流区剪切层间的相互作用,对圆柱涡致振动的抑制作用随着速度的降低逐渐加强。

开口桥梁断面颤振及气动措施的数值与试验研究

针对典型开口桥梁断面颤振抑振措施进行了风洞试验和数值模拟研究.风洞试验结果表明,原型断面在较低风速即发生了颤振失稳现象.通过数值模拟方法进行了颤振模拟,与风洞试验得到了一致的颤振临界风速,并研究了其颤振机理,即高折减风速下断面下表面产生的旋涡脱落及其漂移与断面扭转位移相匹配,产生了与断面运动方向相同的气动扭矩,导致了颤振发散.数值模拟显示,下稳定板可以有效阻碍断面下表面旋涡的脱落和运动,使得气动力在断面运动周期内做功为负,抑制颤振发散.节段模型风洞试验和全桥模型风洞试验结果显示,下稳定板是开口桥梁断面颤振的有效气动抑振措施.

钝体绕流的分隔板控制技术研究进展

钝体是工程中一种常见结构,流体绕过钝体时产生的旋涡脱落易诱发结构振动,进而导致结构破坏.钝体后安装分隔板是一种典型的被动控制技术,分隔板推迟钝体尾流区剪切层之间的相互作用,进而有效改变钝体后旋涡脱落及尾迹特性,延长结构寿命,并且可以利用钝体-分隔板结构进行能量收集.本文全面回顾了利用分隔板进行流动控制和能量收集的研究及应用现状,分析了分隔板长度及分隔板与钝体的距离对钝体受力情况和旋涡脱落频率的影响,比较了各种不同形状的钝体在安装分隔板后的受力和尾迹特性,并指出利用钝体-分隔板结构设计能量收集系统是扩展清洁能源开发利用的一个研究重点.

双伞型绝缘子交流污闪电压值的计算

为了研究双伞型绝缘子交流污闪电压与绝缘子结构参数之间的关系,在国内外对污秽绝缘子闪络机理研究的基础上,通过将双伞型绝缘子展开成平面模型,建立了双伞型绝缘子交流污闪电压的计算模型,通过该模型可计算出双伞型绝缘子在污秽闪络发展过程中的临界弧长和剩余污层电阻,从而可估算其在各盐密下的污闪电压。为了验证计算模型的合理性,选择了XWP-70、XWP-300、XWP-420共3种型号绝缘子进行不同盐密下污闪电压值的实例计算,并对这3种绝缘子进行各盐密下的交流人工污秽试验。结果表明,利用计算模型估算出的污闪电压与人工污秽试验所得的污闪电压非常接近,说明了该计算模型对交流双伞型绝缘子污闪电压的估算是适用的。

Π形板梁分离流扭转颤振机理数值研究

采用离散涡方法及流场可视化技术识别桥梁Π形板梁断面的旋涡脱落机制。流场可视化显示,来流绕过振动的Π形板梁断面时,在主梁断面前缘下部分离泡形成并发展为主涡结构,主涡结构沿主梁断面下表面漂移并经断面后缘下端进入尾流,主涡结构的形成时间及沿主梁断面的漂移过程对气动力起直接的主导作用;计算结果也表明恰当地布置稳定板能将颤振形态从单自由度扭转颤振转化为两自由度弯扭耦合颤振,颤振临界风速可明显提高。

尾部隔板影响圆柱绕流场的二维层流数值模拟

为了探讨尾部隔板对圆柱绕流场的影响,采用有限体积法、非结构化网格和层流模型求解二维不可压缩N-S方程.在雷诺数为200的条件下,对背流面沿流动方向的对称线上,带薄板的圆柱绕流场进行了数值模拟,得到了流场速度云图、斯特劳哈尔数及平均阻力系数随隔板长度的变化情况.研究结果表明:在圆柱尾部加入的隔板能有效改善旋涡的脱落情况,削弱尾迹区的能量耗散,同时降低绕流的斯特劳哈尔数.在板长与圆柱直径比为L/D≥7的情况下,加入的隔板使圆柱尾部的旋涡被拉伸为扁平结构并限定在隔板两侧,在扁平对涡的外侧形成类似流线型的流场结构;尾部的隔板也使绕流的阻力系数呈现下降的趋势,当L/D=7时,平均阻力系数下降了约40%.

空调室内机导流板角度对流场影响的大涡模拟

建立分体空调室内机全流场二维模型,对出风导流板位于3种不同角度,叶轮处于高、中、低三档转速下的流场进行大涡模拟。计算结果表明,导流板的存在,一方面可以改变出流流体的方向和分散射流速度轴心区,使室内流场和温度场更加均匀;另一方面当导流板角度不合适时,将阻碍空气流动,导流板端部涡脱落增强。

改良型硅铝镁质棚板的研制与应用

采用添加剂研制了改良型硅铝镁质棚板。结果表明,由于添加剂的作用,使棚板基质中生成较多细微针状莫来石(类似网状交织在一起)和较均匀的封闭型小圆孔,从而使其使用次数达120次以上,每吨原料成本仅110元左右。

车辆荷载作用下埋地管道动力响应分析

铺设在农田、荒地的埋地管道容易受地面车辆荷载的影响,管道在其作用下一旦达到强度极限就会产生安全问题。本文建立车-管-土耦合模型,分析车辆荷载作用下埋地管道的动力响应,得到不同时刻埋地管道的应力分布规律。再建立管道减荷有限元模型,分析不同轮压下承压板宽度对管道减荷的效果,得到管道中部等效应力与承压板宽度的对应关系。结果表明:埋地管道任一点处的力学响应与车辆荷载作用点的距离成负相关,承压板宽度与其对埋地管道的减荷效果成正相关,不同宽度的承压板存在承载力极限。该研究结果为车辆荷载作用下埋地管道的减荷提供了参考依据。

太阳能热气流发电流道优化分析

以西班牙太阳能热气流电站为原型进行数值模拟,得出了太阳能烟囱内的速度场、压力场和温度场分布;研究了集热棚坡度、分流板高度和弧度等因素对系统发电性能及涡轮机位置的影响。研究结果表明:集热棚坡度增加时,烟囱的抽吸作用增强,空气流速增加,有利于提高太阳能热气流发电的输出功率;当集热棚坡度约为0.5°时,其作用最为明显,对于提高系统发电性能最为有利;增加分流板有利于气流发电站的优化,当分流板高度略微高于集热棚高度时,优化效果较好;分流板弧度越小,越有利于系统的优化;集热棚坡度对涡轮机位置有影响,改变分流板的几何因素对涡轮机位置没有影响。

利用分离盘控制隔水管涡激振动的数值模拟

涡激振动是导致深海隔水管疲劳失效的重要因素。为有效控制隔水管涡激振动,提出了利用分离盘控制涡激振动的方法。对加装0.25～2.0倍隔水管直径的分离盘后的隔水管流动进行了二维数值模拟。研究了亚临界状态下各种模型旋涡脱落的流场结构、脱落模态、隔水管升阻力系数和旋涡泄放频率的变化特征。结果表明:分离盘加装前与经典的实验和计算结果吻合很好;不同尺寸的分离盘对隔水管涡激振动控制效果具有明显差异;当分离盘的长度为1.0至1.5倍的隔水管直径时,平均阻力系数可以减小20%,尾迹涡街的频率也有了较大的减小,达到控制涡激振动的最优效果。

基于平行双板结构的圆管尾流抑制方法研究

通过数值模拟方法对基于平行双板的圆管尾流进行抑制研究。以二维不可压缩粘性流体方程为流动控制方程,并采用稳定化流体有限元方法求解。基于数值结果,详细探讨了平行双板的安装角度和板长等关键特征参数对尾流的抑制作用和影响。数值分析发现,平行双板结构对尾流的抑制作用明显优于传统单板控制。计算结果显示,基于平行双分隔板的尾流抑制最优位置为从圆管后驻点起向上游40°-50°处,并且与单板相比,在更短板长条件下,亦可完全抑制圆管的旋涡脱落,从而尾流从非定常涡旋流转入定常流动。当安装位置为θ≥80°时,被控圆管表面压力分布与无控圆管类似,说明此时平行双板控制无减阻效应。最后,基于数值模拟结果,对本方法的尾流高效控制效应,给出了相应的流动机制。

装配式钢波纹板在施工工程中的受力模拟分析

装配式钢波纹板棚洞具有足够的强度、稳定性和耐久性。在西南地区横断山脉的云贵高原高速公路建设中,应用棚洞能够适应营运需求,并方便管理和养护,更适用于山区或地质条件较差的地区。依托云南德钦至贡山公路提升完善养护工程中1号,2号棚洞,运用大型有限元软件ABAQUS,探究在不同钢波纹板厚度情况下,钢波纹板在边墙施工一段、边墙施工二段、拱肩施工以及拱顶施工四个过程中的变形与受力特征。模拟结果表明:无论是位于何种施工阶段,厚度对于位移的影响都是最大的,而厚度为7mm的钢波纹板在整个施工过程中,其应力与位移均优于厚度为6mm、5mm的钢波纹板,并满足材料对于屈服应力的要求,在施工过程中具有更可靠的安全性,故在后期施工监测中需重点监测。

Φ3m×10m垃圾滚筒筛设计与应用

中材装备集团有限公司南京分公司为溧阳市利用水泥窑无害化协同处置500t/d生活垃圾示范线配套设计了Φ30m×100m垃圾滚筒筛,设计生产能力40～45t/h。介绍了该滚筒筛主要参数的确定并详细分析了其各部分的结构特点,该设备自投入运行起,整体情况良好,运行平稳可靠,故障率低。

超高分子量聚乙烯衬板在煤仓中的应用

介绍了井底煤仓溜煤斜面采用超高分子量聚乙烯衬板安装及应用情况 。

流道内分隔板长度对方柱绕流特性的影响

为了揭示流道内方柱-分隔板钝体的绕流特性及分隔板长度对尾迹脱涡的影响,对低雷诺数(Re=150)下阻塞比为1/6的流道内的方柱-分隔板结构进行数值研究,讨论方柱和分隔板的受力及自由剪切层的变化趋势.结果表明:在有限流道内,分隔板对方柱的尾流结构产生了明显的影响,抑制了尾流区剪切层之间的相互作用,并在一定范围内使方柱阻力减小;随着分隔板长度L的变化(0D^6 D,D为方柱边长),流动特性呈现出3个不同阶段,即当0≤L/D≤1.00时,随着板长度的增加,自由剪切层沿顺流方向逐渐下移;当1.25≤L/D≤4.50时,自由剪切层在板尾端卷起并在分隔板尾迹边缘清晰地出现二次涡;当L/D≥4.75时,分隔板完全阻断剪切层之间的相互作用,使自由剪切层再次附着在分隔板上.

窄条控制件对旋转振荡板尾流的控制

两个小窄条对称地放于两侧,对宽厚比B/H=3的旋转振荡平板的尾流旋涡脱落进行抑制.板在平行于来流位置附近绕对称轴作旋转振荡,振幅为10°.窄条长边与板的旋转轴平行,窄条表面与来流方向垂直,窄条宽度与板的厚度之比b/H=1/3.控制参数为窄条位置.尾流流动显示图片和尾流脉动速度谱结果表明,当窄条位于有效区域内时,板两侧的涡脱落得到有效抑制.有效区尺度随着无量纲频率的增大而增大,随着雷诺数的增大而减小.