概念设计中的F-B-S-E模型和作用流方法

在机械运动系统概念设计中 ,引入工作环境的概念 ,给出了功能—行为—结构—工作环境的功能设计信息模型 ,通过输入输出作用流表达运动行为。与目前普遍使用的输入输出对象方法 (“三流”———物料、能量和信息流 )相比 ,此方法不仅更适合于概念设计 ,而且具有重要意义。基于以上策略 ,通过分析设计、工作环境、设计的部件、属性及其属性表达以及约束等等之间相关的“作用流”

风浪流耦合作用下锚泊式海上试验平台的水动力特性试验

为了研究国家海洋试验场的“国海试1”平台与锚泊优化方案是否满足设计要求,采用物理模型试验方法,制作1∶30试验平台模型,在国家海洋技术中心海洋动力环境实验室开展百余组不同波高、波周期、波向的不规则波、定常风和等效均匀流联合作用下,两点式躺地链系泊状态下的模型运动响应研究。对比分析试验结果与对应试验平台的设计指标,结果表明:同样海况下,风浪与潮流同向时,试验平台的运动响应更剧烈;流速1.14 m/s、4级海况时,试验平台最大横摇角为10.41°,“国海试1”平台无法开展正常的吊装工作;流速1.14m/s、6级海况时,试验平台最大横摇角为15.07°,“国海试1”平台搭载的试验测试设备无法正常工作;流速1.14 m/s、8级海况时,试验平台最大横摇角为20.21°,平台存在安全隐患,应采取避险措施;“国海试1”满足抗7级风浪的设计要求。该研究成果验证了改进后的国家海洋综合试验场“国海试1”平台满足抗7级海况的设计要求。因此,建议“国海试1”平台在6级海况下应停止试验作业,8级海况下应采取必要的避险措施。该研究为同类新型海洋平台水动力研究提供了参考。

深海重力流与底流交互作用的沉积响应及其勘探意义

顺坡而下的重力流(浊流)与沿坡流动的底流(等深流)之间的交互作用是当前国际沉积学研究的前沿领域与薄弱环节,交互作用沉积体系及其沉积特征相较于重力流或等深流沉积体系仍“知之甚少”。本文总结了论文作者所识别的两种典型交互作用沉积体系的形态特征、沉积特征与沉积样式,查明了交互作用成因优质储层的识别标志与分布模式。深水单向迁移水道具有不对称的剖面形态与持续稳定向陡岸一侧迁移叠加的沉积样式,可进一步分为迁移方向与参与其建造底流流向相同(顺向迁移)和相反(反向迁移)两种类型;深水单向迁移朵叶具有长轴方向与区域等深线平行的形态特征以及侧向迁移延伸方向与区域等深线一致的沉积样式。重力流(浊流)与底流(等深流)交互作用所形成的底流改造砂/交互作用砂具有与浊积砂迥异的沉积特征,如富含有孔虫和生物骨骼,无年龄倒序现象出现,突变非侵蚀接触顶界面,含有大洋水团所伴生的底栖有孔虫,可见牵引流沉积特征(如两到三段式累积概率分布特征、单峰正态的频率分布特征和位于C-M图牵引流沉积区等),这些沉积特征可作为底流改造砂的识别相标志。在剖面上,底流改造砂总是向水道迁移一侧不断迁移叠加,具有“单向叠加、有序展布”的分布模式;在平面上,底流改造砂总是沿区域等深线侧向迁移,具有“单向偏移、侧向叠置”的分布模式;时空上形成连续性好、分布范围广、面积大的超大型优质深水油气储集体。

热-流耦合与热-流-固耦合作用下的水气交替及间歇注入对咸水层CO_(2)溶解封存的影响

基于TOUGH+软件架构,结合更为准确的物理性质计算模型,建立了适用于咸水层CO_(2)封存的热-流耦合模拟方法,并使用固定应力分割迭代耦合模型将其与RGMS软件耦合,改进了热-流-固双向耦合模拟方法,建立了准确性更高的热-流-固迭代耦合模拟方法。基于鄂尔多斯盆地地质特征构建的地质模型,使用热-流与热-流-固迭代耦合方法模拟咸水层CO_(2)溶解封存过程,研究了水气交替及间歇注入方案对CO_(2)溶解量、孔隙压力和地层形变的影响。结果表明:热-流-固迭代耦合模拟能帮助设计更加合理的注入方案;仅用水气交替注入方式可提高CO_(2)溶解量;间歇注入有助于孔隙压力与地层形变恢复。研究结果可为咸水层CO_(2)溶解封存提供理论指导。

波-流联合作用下弹性管振动响应研究

由海流和波浪联合作用所引起的涡激振动是导致海洋立管等细长海洋结构物疲劳破坏的重要诱因,不过目前尚缺乏沿管轴向流致和波致振动特性分析的研究。采用流体体积法捕捉自由液面,建立数值波浪水池,基于双向流-固耦合技术开展了波-流联合作用下弹性管的数值仿真,对比分析了波-流荷载对弹性管振动特性的影响。在波浪作用下,管振幅随KC数增加呈逐步增大趋势,顺流向与横流向的振动频率为波频倍数;波浪力集中作用在自由液面附近,使沿管轴向的时均流体力系数在不同管段范围呈现不同的分布特性。在波-流联合作用下,振幅随外流速的变化趋势与单独外流的振动响应相一致,振动位移较波浪作用下的情况更为规则;顺流向的振动频率仍由波频主导,横流向激发出一个主频和两个显著次频,且主、次频的差值为波频倍数。最后,对比了波浪、波-流联合作用下4个典型波浪位置处沿管轴向的尾流涡街模式,外流的参与加快了旋涡的泄放,同时也是控制泄涡发放类型的主导因素。

支板火箭构型对引射进气与主次流相互作用特性影响实验研究

一次火箭射流与二次空气流之间的主次流相互作用是火箭基组合循环(RBCC)发动机引射模态工作过程的主导机制,对引射模态性能具有关键性影响。基于典型支板火箭RBCC发动机特征流道模型,进行了三种不同支板火箭构型的宽工况冷喷流引射试验,获得了引射进气特性、主次流相互作用特性与规律。研究结果表明:随着一次流流量、总压比增加,二次流引射进气马赫数逐渐增大,流量逐渐增加至某一最大值,而引射比持续单调减小;无量纲分析显示,单矩形喷管的支板火箭构型相对于双圆形喷管构型具有更强的引射能力,在相同一次流流量与喷管喉道面积时能提高10%~40%的流量通量比,且支板尾缘带波瓣凹槽结构有利于提升引射能力。从主次流内流过程来看,随着一次流流量、总压比增加,内流道压力分布整体上逐渐降低,马赫数分布逐渐提高,反映出内流加速降压、引射进气流量增加的过程,同时下游的引射增压比呈增大趋势,以更大的总压损失为代价;相同一次流流量时,单矩形喷管构型相对于双圆形喷管引起的内流道压力更低、马赫数更高,实现基本相当的引射比时总压恢复系数相对更高。随着主次流总压比的增加,主次流的速度比和对流马赫数呈现减小的趋势,而压比和密度比则有所增加;双圆形喷管构型时速度比和对流马赫数明显高于单矩形喷管构型,而压比和密度比则相对更低;这些参数梯度变化在初始状态层面上决定了主次流相互作用的过程及其宏观特性。

基于CFD-DEM的流-固耦合数值建模方法研究进展

随着土体渗流侵蚀研究的逐渐深入,对土颗粒流失和变形破坏机理的研究方法呈现出多尺度的特点。其中,计算流体力学-离散元耦合方法(CFD-DEM)为在细观尺度上研究流-固耦合相互作用对土体宏观力学特性的影响提供了一种行之有效的方法。针对CFD-DEM耦合方法在岩土工程领域应用现状,本文系统总结现有流-固耦合计算方法的优缺点,重点论述CFD-DEM耦合方法的建模策略,包括固相颗粒形状建模与粒间接触模型、流体相控制方程及参数计算方法,以及CFD-DEM耦合计算,并就相关问题进行深入探讨,最后提出了CFD-DEM耦合方法未来的发展方向。

风浪流耦合作用下跨海斜拉桥减振措施

为减小施工期间风浪流耦合作用下跨海大跨度桥梁的不利振动,提出了多种结构性减振措施,针对主跨720 m三塔斜拉桥最不利施工状态,开展了风浪流耦合作用下桥梁动力响应分析,对比了不同减振措施的减振效果,分析了减振措施相关参数对其减振性能的影响规律。结果表明:针对风浪流耦合作用,采用“钢箱梁横桥向倾斜设置临时钢索”的减振措施可以有效抑制主梁端部的竖向位移、横向位移和塔梁交接处箱梁横向弯矩,减振率分别为38.9%、15.1%和49.4%。钢索倾斜角度对减振措施的影响显著,设置较小的倾斜角度时,其减振效果会更好。研究成果为风浪流耦合作用下跨海大跨度斜拉桥的减振措施设计提供了有益参考。

滑坡碎屑流作用下埋地管道轴向应变特性

为了保证滑坡碎屑流灾害作用下管道的稳定运作,根据热-弹塑性理论,创建了滑坡碎屑纵向作用条件下埋地管道的应变分析模型,对不同滑坡碎屑流长度、宽度和厚度条件下埋地管道轴向应变分布特征进行研究.结果表明,滑坡碎屑流尺寸对管道轴向拉压应变的影响程度,从大到小依次为滑坡厚度、长度、宽度.通过分析径厚比、管壁减薄和管道埋深等结构参数对轴向拉伸应变的影响规律,发现管道轴向最大拉压应变随着坡度、埋土深度增加而明显减小;管道的壁厚减薄与管道轴向拉压应变呈正相关,管道埋深与之呈负相关;从管道结构参数对管道最大轴向拉压应变影响的影响程度来看,依次为管道埋深、管壁减薄、径厚比.适当增加滑坡碎屑流作用条件下的管道埋深可以减小滑坡碎屑流灾害作用风险.

风浪流耦合场下EIMD-斜拉桥的半主动控制方法

为了减少斜拉桥过大的振动响应,本文根据新型电磁惯性质量阻尼器的优点,以双塔双索面钢箱梁斜拉桥模型为算例,提出基于新型电磁惯性质量阻尼器斜拉桥半主动控制方法,并对其进行仿真分析,以主梁跨中节点的动力响应特性为控制目标,验证了文中方法的有效性。研究结果表明:相较于线性二次型调节器的主动控制方法,文中的半主动控制方法的斜拉桥位移控振率为77.3%,加速度控振率为64.3%,控制系统的外部能量需求有所降低,阻尼系数控制在由新型电磁惯性质量阻尼器提供的合理范围内,能实现更优的控制效果。文中方法可为斜拉桥在复杂环境下的系统控制提供理论参考。

波-流相互作用源函数及其对海浪模拟的影响

当前,基于第三代海浪模式的波-流相互作用研究,通常仅考虑背景流场对海浪群速度大小、方向的改变及其所引起的波浪折射效应,忽略了流场对波浪能谱的影响。本文以波-流相互作用源函数为切入点,利用MASNUM海浪模式进行理想实验,阐释了水平方向上的波-流相互作用对海浪能谱的改变以及对海浪模拟可能造成的影响。结果表明:水平流速梯度量级、水深、波浪成长状态以及流速梯度方向均可以影响波-流相互作用源函数的作用效果,使得有效波高、谱峰波向的模拟结果发生变化。在更符合实际的水平流速梯度量级下,波-流相互作用源函数对有效波高和谱峰波向模拟值的影响非常小;但考虑到涌浪的长距离传播,其对谱峰波向的影响仍可能明显改变涌浪的传播形态。

风浪流作用下系泊船系缆力和碰撞力的数值模拟

研究了在风、浪、流作用下采油平台系泊船的运动响应、系缆力和对护舷碰撞力。根据计算结果,讨论了不同水位和不同风浪流夹角对系缆力和碰撞力的影响。以一采油平台为例,考虑了在当地水文条件下平台极限系泊条件,为平台设计和使用提供了依据。

系泊船在风浪流作用下系缆力和撞击力的试验研究

在进行系泊船系泊试验基础上,研究了风浪流作用下的系泊船缆绳受力和船对护舷的撞击力。试验研究中,考虑了不同潮位下吹拢风、吹开风以及波浪与靠泊码头有夹角的不同影响。最后给出了允许系泊的条件,为实际工程提供了试验依据。

单排井柱桩透水丁坝的阻水缓流作用分析

井柱桩透水丁坝为挡水和透水建筑物,推求了单排井柱桩透水丁坝上游及下游流速公式,通过计算塔里木河其满水库三号口断面单排井柱桩透水丁坝上、下游平均流速,并进行比较表明,水流通过井柱桩透水丁坝后下游平均流速较上游明显降低,从而证明了井柱桩透水丁坝具有阻水缓流作用,但仍大于不冲流速。

波-流共同作用下的三维悬沙输运数学模型

依据三维动量方程和连续方程,通过将流场和悬沙场分别分解成3种不同时间尺度的速度和悬沙浓度的叠加,从理论上较严密地建立了适合于河口海岸地区、能合理反映波浪影响的三维流场方程和波-流共同作用下的三维悬沙扩散方程,从而构成了研究波-流共同作用下三维悬沙输运的数学模型,为进一步研究波-流共同作用下的悬沙输运特性提供了理论框架.

黄茅海波-流共同作用下的三维悬沙数值模拟

针对黄茅海河口区波流相互作用显著、三维空间结构明显及泥沙运动复杂等特点,联合第3代海浪模式SWAN,建立了波流共同作用下的三维悬沙数学模型。在水流计算中,考虑了波浪产生的辐射应力影响,波浪依赖的表面风应力影响及波浪影响下的底部剪切应力,并采用k-kl紊流闭合模型提供垂向涡粘系数和垂向扩散系数。悬沙扩散方程中的源函数利用切应力法确定,泥沙沉降速度考虑絮凝作用,从而提高黄茅海悬沙场数值模拟精度。通过含沙量实测资料验证,模拟值与实测值符合较好。在模型验证的基础上,讨论了不考虑波浪与考虑波浪两种情况下黄茅海的悬沙分布特征,为工程实际研究提供了依据。

单排井柱桩透水丁坝的分水缓流作用效果

为了验证井柱桩透水丁坝的分水缓流作用效果,建立单排井柱桩透水丁坝运行时的水量平衡方程,导出了单排井柱桩透水丁坝上下游流速公式。以塔里木河三号口断面建单排井柱桩透水丁坝为例,计算单排井柱桩透水丁坝上下游流速值并进行比较,结果表明,井柱桩透水丁坝下游流速较上游流速显著降低,与实际效果相符。

地幔中自然铁-偏离正常矿物化学成分的矿物交生体与深源流—岩作用

报道了金伯利岩的橄榄岩捕虏体中自然铁 -偏离正常矿物化学成分的矿物 (NSM)文象交生体的电子探针分析结果。该交生体可能是含自然铁和偏离正常矿物化学成分的方铁矿组合构成的深源流体作用于岩石圈地幔并经过固溶体分解的产物。

沉积喷流作用与金矿化的关系

现代洋底多金属块状硫化物和陆上贱金属块状硫化物矿床中的含金性调查研究证实：海底沉积喷流作用不仅能形成十分重要的贱金属硫化物矿床，而且也能导致金的明显富集。通常形成于弧后或岛弧环境下的同长英质火山岩有关的块状硫化物中的金含量较高。大量的金矿床地球化学研究工作已识别出一些沉积喷流型金矿床。

弱海流与波作用引起的海面雷达后向散射系数扰动特征

从波-流作用产生的海面雷达后向散射系数扰动模型出发,根据弱海流假定对模型进行了简化,计算了弱海流与波作用引起的海面雷达后向散射系数扰动相对流场分布、流速幅值、海面风速、波流夹角、雷达波长、雷达入射角变化的数值结果,分析了有关特征,为研究微波雷达对海面流场变化效应的探测能力提供了有价值的参考。