开口条件下高速离心机机室流场模拟及试验研究

为研究离心机机室开口条件下机室内流场特性及开口对风阻功率的影响,首先基于CFD(计算流体力学)方法建立了某离心机机室流场分析模型,针对机室开口状态进行了模拟,对比了风口竖直及倾斜对换热的影响;其次在某高速离心机上开展了流场测试试验,获得了机室内压力及风速的空间分布,及随离心机转速的变化规律,并对比了圆盘转子与转臂转子的风阻功率差异。研究表明滑移网格技术可用于计算离心机机室内旋转流场,倾斜通风口更有利于机室通风换热,并降低离心机运行的风阻功率;对旋转部件上凹坑等进行整流可有效降低风阻功率;圆盘转子的压差阻力远小于转臂转子。通过合理设计通风口可提高机室换热效率,研究可为高速离心机机室及温控设计提供参考。

集装箱船上层建筑气动干扰特性与风阻优化

为优化具有多个尺寸巨大的上层建筑物集装箱船的风阻,本文以某20000TEU超大型集装箱船上层建筑为研究对象,开展风载荷和PIV流场测量风洞模型试验。根据得到的风阻与流场干扰特性,采用数值模拟对主体建筑纵向间距和局部构型进行优化布置,并通过风洞试验对优化结果进行验证。研究结果表明:主体建筑纵向间距是影响集装箱船风阻和甲板上方绕流场气动干扰的主要因素,合理调整上层建筑物纵向间距同时对建筑物棱角边缘倒圆角处理可以得到风阻性能更优的布置方案,经风洞试验验证,优化方案较初始方案风阻降低47.19%,具有较大优化空间,可为超大型集装箱船总布置设计提供参考。

仿生鲨鱼皮复合微纳减风阻结构的仿真与制备

仿生学与减阻技术的结合,为减阻开辟了重要的研究方向,在航空航天领域有着潜在的发展与应用前景。为提高降低风阻效果,本文对复合微纳减风阻结构进行了研究,基于仿生学原理,采用CFD仿真及激光微纳制造技术,建立了减阻结构组合模型,并在飞行器的大气传感器半球头体模型表面制造仿生鲨鱼皮复合微纳结构,即在仿生鲨鱼皮鳞片结构的基础上,通过激光干涉扫描二级微沟槽,以进一步提升减阻效果。采用CFD仿真与风洞实验相结合的方式,对减阻机理进行理论分析,完成了复合结构的微纳制造,减阻率最高可达10.3%。

山区高速公路不同深度路堑的积雪堆积规律

山区高速公路在风雪气象条件下极易形成较为严重的风吹雪灾害,造成雪阻和断通,其中路堑深度对路面积雪产生重要影响,但现在具有针对性的研究较少。利用大缩尺比(1∶10)的现场模型试验方法,分析了8 m深度全路堑周围的风速和积雪分布规律。使用现场模型试验结果验证数值模型,并进一步研究了不同深度全路堑、迎风半路堑和背风半路堑周围风场以及积雪沉积的形成机理。结果表明:风吹雪作用下,路堑内风速与雪深变化趋势呈负相关;全路堑以及背风半路堑的深度在小于和大于2 m时,路面积雪的主控因素分别为中央分隔带护栏和路堑边坡;迎风半路堑的深度与路面积雪堆积量之间呈正比关系,路堑边坡是影响路面积雪的主导因素,也可采用分离式路基断面形式减少路面的积雪沉积量及雪害的危害程度。研究成果可为风吹雪多发区高速公路路堑的设计和雪害防治提供有益参考。

寒冷地区航站楼交通枢纽冬季室内风环境研究

应用绿色节能技术对公共建筑进行改造,降低公共建筑的碳排放并提升其室内风环境水平是目前亟须解决的问题。在冬季,对西安咸阳国际机场T3航站楼交通枢纽进行实测和模拟,探究航站楼交通枢纽风环境现状。应用实地测试的方法对其室内风环境进行了研究。研究结果表明:该航站楼交通枢纽室内温度高于室外温度且变化平稳;室内的相对湿度在90%以上,处于国家标准范围内且变化平稳;门斗能有效改善室内的风环境;室内风速受室外风速影响较大。该研究能够为提高航站楼交通枢纽风环境、降低能耗和碳排放提供实测和模拟数据支撑。

风速标准装置关键部件设计与仿真试验研究

本文针风速标准装置的关键部件,设计了一种低速开式风洞,并确定了结构参数;借助Solid Works FlowSimulation,对试验段流场速度、压力分布、流场品质及进气口截面的流场品质进行了研究,并进行现场测试。结果表明:在大、小流速下,流速均匀性的最大值分别为0.45%和0.03m/s,优于仿真实验结果。

风洞试验流场特性的模拟及分析

建筑围护结构相对于主体结构在风荷载作用下更易发生破坏,因此研究建筑周围流场对于结构抗风至关重要。通过组合不同形状、尺寸的流场试验装置研究流场分布特性,根据不同工况组合模拟出相同地貌下不同湍流度分布可控的流场,以及同一地貌下3种不同缩尺比在参考高度处流场分布特性一致的流场,为开展建筑围护结构表面风压分布特征及抗风措施研究奠定了可靠的基础。

破碎千枚岩隧道施工工法比选试验研究

为探明破碎千枚岩隧道在不同工法下的变形及支护力学响应特征,寻求一套适宜该种地层的合理工法体系,以该地层的隧道开挖为依托,采取现场试验与数值模拟相结合的方法,研究隧道在7种不同工法下的洞周变形、锚杆轴力、围岩–初期支护和初期支护–二衬接触压力、拱架及二衬内力变化规律。研究表明:工法S1,S2因较易引发洞室大变形等病害而不适合隧道开挖;工法S3能满足开挖条件但需增强支护参数体系;工法S4～S7均能有效抑制变形、保障隧道稳定,其中,工法S5,S6以支护承受较大荷载为代价,且施工难度大、工期长、造价高,工法S7对围岩扰动次数最多且初期支护不能及时封闭成环,工法S4既可抑制围岩变形,减小作用至衬砌的形变压力,又可提供稳定的支护力,在特殊地层时该法能迅速转变成工法S6,S7,缩短工法转换时间,有利于破碎千枚岩等软岩隧道的长期稳定。

风沙流及建筑物风沙荷载的研究进展与展望

我国西、北部地区风沙对建筑物侵袭严重,其作用效应大于净风荷载作用。但我国对于建筑物抗风沙设计理论及设计方法的研究相对较少,开展对风沙流及建筑物风沙荷载研究具有重要的理论与工程意义。简要回顾了风沙流的研究历史,概述了国内外对输沙通量垂线分布、输沙率模型、临界起沙风速、风速轮廓线规律和风沙两相流模型等物理参数模型以及建筑物风沙荷载的研究进展;总结了目前风沙两相流和建筑物风沙荷载研究中存在的问题;最后,提出了综合应用风沙现场实测、风沙风洞试验和数值模拟方法开展建筑物风沙荷载和风沙流场研究的发展展望。

大跨度桥梁涡激振动研究进展与展望

首先较为全面地阐述了采用理论分析、风洞试验、现场实测和数值模拟四种方法研究大跨度桥梁涡激振动的主要成果;然后分析了影响涡激振动的主要因素,细致总结了主梁、桥塔、缆索和拱肋等主要构件涡激振动特点;介绍了各种抑振措施,以提高涡激振动起振风速和限制涡激振动振幅;最后对大跨度桥梁涡激振动研究的现状进行了总结,并对今后的研究重点和发展方向进行了展望。

风荷载测试与模拟技术的回顾及展望

对大跨度桥梁、大跨空间结构、高层建筑、高耸塔桅结构等建筑物和构筑物而言 ,风荷载是结构抗风设计、防灾减灾分析的控制荷载之一。风与上述结构间的相互作用十分复杂 ,可通过风洞试验、现场实测、数值模拟等方法获取详细可靠的风荷载数据。本文简要介绍了大气边界层风特性与风荷载作用特点 ,回顾了结构风工程中风洞试验与现场实测的基本情况 ,讨论了风荷载时程的各种数值模拟技术 。

超音速子母弹分离干扰流场数值模拟与试验研究

采用风洞试验和数值模拟相结合的方法对超音速子母弹分离干扰流场特性进行了研究。对比数值模拟与试验研究结果表明,结合k-ωSST两方程湍流模型求解雷诺平均N-S方程,并以AUSM+作为离散格式的数值方法,可较为细致地模拟子母弹分离干扰流场。通过对子母弹特定状态干扰流场结构的分析和对其流动机理的探讨,发现由于激波相互干扰使弹体表面压力分布多变、子弹攻角增大时纵向干扰量大影响子弹分离姿态。本文的工作为进一步研究子母弹分离干扰流场流动机理奠定了基础。

集装箱起重机平均风荷载数值模拟及试验对比

以典型集装箱起重机为研究对象,基于Fluent 6.1.22软件平台,分别在均匀风场和B类地面粗糙度风场,以及在工作状态和非工作状态下,对起重机各杆件上的平均风压进行了计算流体动力学(CFD)数值模拟,并将数值模拟结果与刚性测压模型风洞试验数据进行了对比.结果表明:基于Fluent的雷诺应力模型(RSM)在数值模拟中预测结果相对较好,数值模拟可以弥补风洞试验困难,较准确地获得集装箱起重机整机的平均风荷载.

风电系统故障特征分析

故障特征分析是继电保护研究的基础,文中旨在通过风电机组的受控特性并结合电力电子器件的特点,揭示风电电源对电网故障响应的电气量特征,为现阶段研究含风电系统的继电保护奠定基础。文中首先从风电机组的结构出发,分析了影响风电电源故障特征的因素;然后通过对风电机组受控特性分析,并结合单台风电机组低电压穿越测试数据,给出风电电源受控下的故障特征;最后通过风电场电磁暂态仿真模型下的故障数据和现场故障录波数据,验证了所给出的一般故障特征。研究结果表明,风电电源在控制作用下和在电力电子自身特点限制下,具有弱馈、谐波、频率偏移和电源阻抗不稳定等特征。

风致积雪漂移堆积效应的研究进展

屋盖表面的雪颗粒在风力作用下发生复杂的漂移堆积运动,对建筑结构、交通、环境等方面造成很大的影响。雪粒在风力作用的运动形式包含蠕移、跃移、悬移运动以及雪粒与地表的碰撞运动。从实地观测、风洞试验和数值方法等方面详细评述了风致积雪的漂移堆积效应研究进展:通过实地观测细致分析了临界摩阻速度,并建立了计算雪流量的理论模型;风雪两相运动的风洞试验涉及相似参数多,该文根据前人经验总结了可以放松的相似参数,并指出了试验中的技术难点;数值研究方面一般基于Euler-Euler方法进行模拟,越来越多的因素在数值模拟中得到考虑。通过上述三方面的总结分析:指出了目前风雪研究中的不足之处,给出了今后研究的建议。

基于边界层风洞的下击暴流稳态风场特性数值模拟

针对下击暴流稳态风场模拟问题,基于计算流体动力学方法(Computational Fluid Dynamics,CFD),首先分别采用二维、三维冲击射流模型对下击暴流风场进行数值模拟,对下击暴流风场特性进行研究.在此基础上,根据下击暴流对桥梁结构作用主要受水平风速影响的特点,采用二维数值模拟方法对边界层风洞中设置倾斜平板模拟下击暴流水平风速风场进行了研究.最后,设计并加工了边界层风洞下击暴流水平风速模拟试验装置,在边界层风洞中进行了下击暴流水平风速风场模拟试验,并将数值模拟结果与试验结果和已有文献结果进行了比较.结果表明:下击暴流风场的二维冲击射流模型模拟结果与三维冲击射流模型模拟结果吻合较好,即二维冲击射流模型是一种有效的下击暴流风场简化模拟方法;在边界层风洞中设置倾斜平板所模拟的下击暴流水平风速风场数值模拟结果和风洞试验结果具有较好的一致性,并与冲击射流模型数值模拟结果和现场实测结果均吻合较好,即在边界层风洞中设置倾斜平板可模拟下击暴流水平风速稳态风场特性.

海洋工程试验池中风场模拟

在考虑海洋工程装备在极端海况和运行海况下的载荷与受力,风载荷也是一个不可忽视的因素。目前物理模型试验仍是研究海洋工程结构物载荷与运动性能的重要手段,而深海结构物在水平漂移运动较大,如何在较大范围内得到满足试验要求的风场,是提高试验能力的重要问题。应用数值计算方法对大范围的风场模拟进行了分析,并进行了相应的物理实验,在此基础上对海洋工程试验的风场模拟提出了若干建议。

基于台风风场经验模型的海面风场数值模拟

为估算经过海面时摩擦力对台风风场造成的影响,引入了适用于从低风速到高风速计算的关于海面10 m高风速U_(10)的海面拖拽系数C_d的表达式,进一步发展了以Vickery台风风场模型为基础的台风风场经验模型。然后,将利用不同Charnock常数μ计算得到海面拖拽系数C_d随U_(10)的变化情况与实测数据进行了对比。最后,将台风风场经验模型应用于台风"黑格比"期间经过海面时台风风场的数值模拟。将计算得到的台风1 h平均风速与海面观测塔获取的观测数据进行了对比。研究结果表明,基于此海面拖拽系数C_d表达式的台风风场经验模型能对经过海面时的台风风场进行很好的模拟。

边界层风洞多功能流场模拟装置的研制

为了在边界层风洞中快速、准确地模拟流场,研制了一套多功能试验装置。根据浙江大学ZD-1边界层风洞的结构特点,并借鉴了国内其他风洞实验室的被动模拟装置,设计了具有双重无级调节机构的多功能尖劈隔栅组合装置,采用组合式钢结构完成了试验装置的制作并用于流场调试。调试结果表明,应用该装置可以在数天内精确调试出符合规范标准的各类指数型大气边界层流场,节约了大量的人力物力,为开展风工程研究奠定了坚实的基础。

建筑结构风致内压的研究进展

从理论分析方面概括了内压控制方程的发展过程,评述了结构柔度、Helmholtz共振、干扰效应及结构内部分区等几个影响风致内压的主要因素,并从风洞试验、现场实测与CFD(计算流体动力学)模拟3个方面回顾与总结了国内外风致内压的研究进展,列举了各国风荷载规范对内压的描述.通过分析内压控制方程、影响因素以及研究方法中所存在的问题,指出了当前内压研究中的不足,并提出了进一步研究的建议.