单孔双窄缝消能工收缩比对水力特性影响研究

单孔双窄缝消能工在高水头、大流量、窄河谷的水利工程中具有一定的推广价值,但在应用过程中发现中墩迎水面容易受水流冲击而破损,而收缩比对此现象和消能效果影响较大。采用TruVOF方法及RNG k-ε紊流模型进行三维数值模拟,研究在不同来流Fr数下收缩比对水舌流态、消能率、河床底板及挑坎收缩段压力分布变化规律的影响。结果表明:数值模拟与物理模型试验结果基本吻合,可通过调整收缩比β获得合适的高坎中墩水深来减弱高速水流对中墩迎水面的冲击;当β=0.3时,下游河床底板峰值压力P_(max)最小,且峰值压力核心区与传统窄缝相比前移60 m;β<0.3时,P max随着β的减小反而开始增大,而消能率随之减小,同时在挑坎收缩段中部附近位置出现冲击波交汇点,且流道内各断面中线压力沿水深分布在压力最大值前后其规律不同,与宽尾墩类似。虽然来流Fr数对分流比影响较小,但当2.43<Fr<2.82时,各体型方案的分流比k q增大幅度较大,导致双窄缝体型河床底板压力变化幅度较明显。

基于内收缩比可调的二元TBCC进气道风洞试验及起动特性分析

为拓宽进气道工作马赫数范围,结合型面变几何技术并充分利用迟滞回路效应的优势,基于外压缩面/喉道高度协同调节的二元TBCC进气道模型,采用数值模拟与风洞试验结合的方法,研究了马赫数为4.0的通流状态下进气道内收缩比(即改变喉道高度)增减对起动特性的影响。结果表明:当进气道处于不起动状态时,降低内收缩比使进气道肩部分离包被吞入继而实现再起动;结合纹影和沿程静压分布等分析,进气道入口波系在各内收缩比下与设计值相符,但内流通道的CFD结果与试验结果存在相对误差ε,且起动状态下的εq比不起动状态下的εb约低1.5%(ε_(q)<2.7%,ε_(b)<4.2%),表明采用的数值计算方法对于前体激波的预测较为准确,而对于不起动进气道内流静压预测存在误差;获取此类变几何进气道的迟滞回路特性,当内收缩比≤1.79时,进气道正常起动,当内收缩比≥2.54时,进气道不能正常起动,当1.79<内收缩比<2.54时,进气道的起动特性由初始状态和内收缩比的增减趋势共同决定。

U形渠道量水槽收缩比确定方法研究

收缩比是量水槽选型的重要参数,如何确定收缩比,目前尚无公认的解决办法。基于量纲分析拟合弗劳德数和壅水高度的经验公式,探寻收缩比的确定方法。为了界定收缩比的范围和确定适宜的收缩比,在2种型号、4种比降的U形渠道上,选择5种收缩比、10种体型的三角形量水槽进行田间试验。研究表明:经验公式精确度较高,弗劳德数的平均相对误差为2.21%,壅水高度的平均绝对误差为0.76 cm。依据经验公式建立的弗劳德数、壅水高度与喉口宽度、渠道比降、渠道流量、渠道底弧直径之间的定量关系,可用于确定收缩比。基于经验公式,利用弗劳德数等于0.5和壅水高度等于渠道安全超高得到收缩比的上下限,界定了收缩比的范围。适宜收缩比可取收缩比上下限的中间值。

基于离散等收缩比的前体/进气道流向双乘波一体化设计

前体/进气道一体化设计是高超声速飞行的关键技术,一体化设计的核心是前体与进气道在基准流场上的气动融合.针对腹部进气布局中前体压缩后的非均匀流影响进气道性能的问题,文章基于局部收缩比处处一致的思想,提出了离散等收缩比设计方法,实现了乘波前体/内转式进气道流向气动融合与遵循气动规律的变截面流道设计.将进气道的三维流场分解成一簇具有相同收缩比的三维流管,视每根流管侧壁为轴对称流场;以锥导乘波前体压缩后的非均匀流作为来流条件,以总压恢复为目标对每根流管进行优化设计;通过匹配激波反射位置将流管重新组合起来,流管的对应边界组成内转式变截面进气道.该设计方法适配任何已知的非均匀来流,可灵活控制唇口位置,且适用于任意形状之间的变截面转换.数值研究表明,依托该方法设计的一体化构型性能符合预期,出口流场均匀,具有优越的抗反压能力,且非设计点流场波系结构良好.离散等收缩比设计方法为腹部进气布局中前体/进气道一体化气动融合设计提供了新思路.

基于GSI原理瓦斯抽采钻孔收缩比评估方法及其应用

瓦斯抽采钻孔收缩是致使排渣阻力增大、钻孔发生堵塞的主要因素。基于地质强度指标(GSI)法,分析了评估煤体力学参数的方法,探讨了Mohr-Coulomb与Hoek-Brown准则内在关系,从而能够应用较为广泛的方法验证和求解不同煤层条件下钻孔的变形量;提出了钻孔收缩比概念和计算方法,应用GSI原理对不同强度煤的钻孔收缩比进行定性分析。分析结果表明,钻孔收缩比受煤体强度变化的影响非常敏感,对于强度较低的煤体,钻孔变形量大,钻孔收缩严重,其结果缩小了钻孔的排渣空间,间接增大了钻屑运移、钻杆旋转及退钻阻力,使钻孔施工更加困难。结合工程案例,根据施工地点地质条件,科学评估钻孔收缩比并提出钻孔施工改进方案,通过工业性试验,钻进深度提高40%,钻进效率提高97.5%。

可变内收缩比侧压式进气道自起动性能

为了寻求一种实现进气道自起动的方法,在数值模拟结果的前提下,开展了可移动唇口板的侧压式进气道自起动特性风洞实验。数值模拟结果发现,在侧压式进气道唇口板逐级后移和前伸过程中,存在起动迟滞现象。通过移动唇口板减小内收缩比,侧压式进气道能够实现自起动。实验结果表明:在来流Ma3.85条件下,唇口板后移时,该模型侧压式进气道自起动内收缩比在1.24至1.28之间,对于已起动的侧压式进气道,唇口板前伸到内收缩比为Ric=1.33,该进气道仍起动。

一组不同内收缩比二维进气道唇口开启过程实验研究

设计了小型直联式实验台,模拟来流马赫数5.3,对一组具有不同内收缩比的二维进气道唇口开启过程及其特性开展了实验研究。进气道唇口的角度位置和隔离段高度均可调节,由此实现进气道不同内收缩比要求。通过分析进气道底板壁面压力分布,总结了进气道开启过程特性及其影响因素。

同一收缩比下的三角分流墩体型优化研究

为了找出消能高效且结构合理的挑流鼻坎三角分流墩结构型式,在广西河池市的拉纳水利枢纽水工模型试验中,通过从消能效率、河床冲刷程度、水流流态等方面,研究了同一收缩比条件下的三角分流墩的体型对消能效果的影响,并利用有限元方法对上游顶角进行加圆处理后的三角分流墩进行了应力分析。研究结果表明,同一收缩比下的三角分流墩,分水比越大,分流墩的上游顶角越小;分流墩的消能率越大,且水流在下游河床冲刷深度会越小,因此对下游河床冲刷的影响也会越小;并对分流墩上游顶角进行143°加圆处理后分流墩应力分布对结构安全最有利。即在同一收缩比下的三角分流墩当上游顶角小且沿断面分布均匀时,其消能效果最好,这一结论可以为分流墩在实际工程中的应用作出理论依据。

陡坡U型渠道量水槽适宜收缩比研究

为了找到对坡度大于1/200的U型渠道量水槽较为适宜的收缩比,以椭直形量水槽为研究对象,选择4种规格、6种坡度的U型渠道,设计7种收缩比开展了灌区田间试验。基于量纲分析法推求相对流量和相对水深的函数关系,并结合田间试验数据拟合出量水槽的流量公式,对比分析了量水槽的测流精度、佛汝德数和壅水高度。结果表明:坡度大于1/100时,量水槽无法测流;对于坡度在1/200~1/100之间的U型渠道,当量水槽的收缩比控制在0.550~0.580时,槽前佛汝德数均小于0.5,测流精度较高,平均相对误差为2.22%,最大相对误差为5.0%,槽前最大壅水高度为16.6 cm,不影响渠道的正常运行。研究成果可为陡坡U型渠道量水槽选择适宜的收缩比提供参考。

一种基于流管收缩比分析超声速进气道临界性能的方法

为研究进气道临界总压恢复系数与主要几何特征之间的联系,通过零维流动分析,提出了一种基于流管收缩比计算临界总压恢复系数的理论公式,并与通常采用的基于喉道参数的计算方法进行对比分析,阐述了两种计算方法的不同物理意义。该公式表明,进气道临界总压恢复系数等于流管收缩比、函数K(Ma th)及Q(Ma∞)三项乘积。研究了计算公式中各变量对临界总压恢复系数的影响,分析表明流管收缩比是决定临界总压恢复系数的重要变量。在大多数情况下,流管收缩比与临界总压恢复系数具有正相关的变化规律。

侧向收缩比对RBCC侧压式进气道起动性能的影响

低来流马赫数时,侧向压缩将是RBCC发动机进气道的主要压缩形式。文中开展了侧向收缩比对RBCC侧压式进气道起动性能的影响研究。采用数值模拟方法获得了进气道的流场分布和性能参数。结果发现,不同侧向收缩比的进气道在起动过程中都伴随着流场结构的突变,且该突变和总压恢复系数的突然增加是同步的,这种同步性对应的来流马赫数就是进气道的起动马赫数。对于RBCC侧压式进气道,需权衡利弊,选取大小合适的侧向收缩比。

总收缩比对RBCC进气道影响数值研究

为研究火箭基组合循环发动机(Rocket Based Combined Cycle,RBCC)进气道隔离段内激波串传播规律,利用数值模拟研究分析了在高、低反压作用下总收缩比变化对激波串驻留位置及流动分离区范围的影响,并进一步开展了总收缩比对进气道气动性能影响的仿真研究。研究结果表明:在承受额定反压作用下,进气道总收缩比存在临界值,在临界值下提高总收缩比能显著增强进气道抗反压能力,并影响激波串驻留位置。在临界值上提高总收缩比对进气道抗反压能力无明显作用,进气道流动状态不受总收缩比变化的影响。此外,提高总收缩比能显著提高被捕获冲压空气流所承受的压缩程度,但会承受额外的空气流量损失和气动阻力。

切向进口段收缩比对跌水竖井模型水流流态转换的影响

跌水旋流竖井是排水系统中将泄水从高处输送至低处的一种常用结构形式,其切向进口段收缩宽度设计会影响竖井内部水流的流态特征,在不同泄流流量条件下,产生跌流流态与旋流流态间的转化。采用跌水旋流竖井模型试验测量并分析了不同流量与切向进口宽度条件下竖井内泄流能力、流态、压力分布等水力特性。结果表明,随着切向进口段收缩比的减小,竖井内泄流流态逐渐由跌流转变为贴壁旋流运动形式,水流流量的增大,有利于在大收缩比条件下形成竖井旋流流态;基于竖井壁面压力分布的差异,以竖井进口断面时均压力最小值与最大值之比作为判别跌流与旋流流态的水力指标。

大内收缩比进气道加速起动过程中喘振特性研究

为了研究二元超/高超声速进气道在加速起动过程中流动的非定常特性,采用二维非定常数值计算方法对内收缩比为1.63的进气道流场进行了数值模拟。研究结果表明,进气道在加速起动过程中,从不起动到起动转变时流场存在两种类型的振荡,即高频振荡与低频振荡。随着来流马赫数的增加,流动依次经历无振荡状态、低幅高频振荡状态、高幅低频振荡状态、起动状态。其中,高频振荡的频率为664Hz,低频振荡的主频率在62~100Hz,二次谐振频率低于200Hz,且高幅低频振荡持续的时间远大于低幅高频振荡的。喉道壅塞是造成流场振荡的主要因素,而观测到的二次谐振现象是由唇罩侧分离区的非定常形成和消失而导致的。

一种可变内收缩比的进气道自起动数值仿真

设计一套变几何机构用于调节喉道面积,从而改变进气道内收缩比。在Ma 4.0的来流条件下,通过数值仿真开展二元进气道在不同内收缩比下的自起动过程研究,获得进气道在不同内收缩比下的流场特征、喉道性能参数和进气道流量系数。研究结果表明,进气道自起动极限内收缩比为1.79,进气道在自起动的过程中,分离包不断减小,溢流激波逐渐向唇口移动,出口流量系数逐渐变大。

宽尾墩收缩比对高拱坝表孔影响的数值模拟研究

本文对具有不同收缩比的宽尾墩挑坎进行了数值模拟计算,对流道水力特性进行了研究。结果表明:收缩比越小,流道水深越高,压强也越大,这对挑坎的结构受力有不利影响;当收缩比小于0.36后,流道泄流能力开始显著减小。综合来看,收缩比为0.36-0.64是合适的,研究成果可为高拱坝表孔宽尾墩挑坎的工程设计与应用提供参考。

大收缩比便携折叠凳

大收缩比便携折叠凳专利号：９３１０８３３１该折叠凳又称“袖珍马扎儿”，是由两个活动铰接的∏型框架组成。展开后形状、大小同普通折叠凳，合拢后成一根短棒，截面比火柴盒小１／２，长不足３０厘米，自重０．６５ｋｇ，荷重７０—９０ｋｇ，收缩比达５５：１，轻巧舒...

苹果丁冷冻-热风联合干燥体积收缩机制

为降低冻干苹果能耗,同时获得具有良好外观的脱水产品,该研究将冷冻-热风联合干燥应用于苹果脱水加工,并从水分迁移角度探究此过程中产品的收缩机制。选取4个水分转换点(干基含水率分别为1.00、0.76、0.53和0.33 g/g)对苹果进行联合干燥处理,并对脱水产品的收缩率、质构特性、微观结构、孔隙分布及样品在热风干燥阶段的水分迁移与分布进行测定及分析。结果表明,联合干燥样品的收缩情况显著(P<0.05)优于单一热风干燥样品,且转换点对样品收缩率影响较大(收缩率6%~45%),当转换点干基含水率低于0.53 g/g时,联合干燥样品没有出现明显的体积收缩现象。随着转换点干基含水率的升高,样品的收缩程度增大,并出现不同程度的中心塌陷,且孔隙率逐渐减小,但相应能耗降低。产品收缩主要发生在热风干燥过程的升速阶段,在此阶段样品自由水含量大幅减少,结合水与不易流动水未发生明显改变,样品内部水分在湿度差的作用下向表面迁移,这是导致联合干燥样品发生体积收缩的关键机制。该研究结果可为冷冻-热风联合干燥高效生产良好外观的脱水苹果提供数据支撑及理论参考。

过盈配合工况下收缩管吸能特性分析及结构参数优化

轨道车辆收缩管在轴向冲击载荷及过盈配合下的吸能特性是吸能结构研究中的重要课题,其吸能过程依靠收缩管与锥形衬套之间的摩擦做工及收缩管的塑性变形实现,过盈配合通过影响收缩管与衬套间的接触力提高收缩管的能量耗散。为提高收缩管的吸能特性,研究过盈配合对吸能能力的影响,采用试验与有限元模型相结合的方法,基于多目标优化算法获取包括过盈量在内的收缩管最优结构参数。进行空心轴与轴套过盈静压试验,验证接触力理论公式的正确性;利用台车冲击试验研究收缩管碰撞过程中的吸能特性,构建有限元模型进行验证;推导过盈配合条件下收缩管接触表面压力的理论模型;使用全因子和Hammersley设计方法对过盈配合工况下收缩管结构参数进行研究,包括厚度(T)、过盈量(I_(ntf))、锥角长边(α_(x))和收缩比(R_(atio))。基于此,利用移动最小二乘法(MLSM)构建峰值力(PCF)、比吸能(SEA)和平均力(MCF)的近似模型。主效应分析表明,收缩比对PCF、SEA和MCF的影响最为显著。以获取最小PCF、最大SEA以及MCF最接近设计要求650 kN为优化目标,进行全局响应面(GRSM)优化,获得最优结构配置,与初始设计相比,SEA提高28.54%,PCF降低12.37%。代理模型最优解得出的MCF与有限元模型误差为2.01%,证明构建的代理模型具有较高的精度,可用于优化计算。优化后的结构有效提高了收缩管的吸能能力,降低了碰撞的初始峰值力。

收缩徐变对高速铁路斜拉桥单箱单室混合梁位移的影响及调控

以某主跨300 m的高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥为背景,运用Midas/Civil有限元软件建立其数值模型,进行桥塔、桥面板、箱梁等混凝土构件收缩徐变对主梁位移影响研究,并提出主梁位移调控措施。结果表明:成桥10年后,混凝土收缩徐变引起的跨中主梁向下位移共计79 mm,桥塔、桥面板、箱梁收缩徐变的影响占比在施工阶段分别为58%,32%和10%,在运营阶段分别为48%,38%和14%;跨中主梁向下位移的主要原因是桥塔和桥面板变形,混凝土收缩徐变缩小了桥塔竖向及桥面板纵桥向尺寸,改变了斜拉索锚点位置及索力,导致主梁在施工阶段和运营阶段分别产生56和18 mm的向下位移;预抬高斜拉索的桥塔锚点位置10 mm,可消除混凝土收缩徐变引起的钢梁架设初始误差;混凝土桥面板预制后存放6个月、桥塔采用低徐变混凝土、成桥后延迟90 d铺轨等措施,能改善混凝土收缩徐变对单箱单室混合梁位移的不利影响,可减小跨中主梁向下位移3%~38%。