涡流室式柴油机空气运动的3维数值模拟

通过对标准ｋ－ε模型作适当修正来模拟气体的湍流运动，建立了涡流室式柴油机的空气运动的３维数值计算模型，开发了大型微机化３维数值模拟程序。首次对吊钟型涡流室式柴油机的流场进行了３维计算，计算结果与ＬＤＶ实验结果具有良好的一致性。画出了涡流室纵截面、横截面和侧截面上的速度矢量图。分析了各截面上气体速度的变化过程和涡心运动轨迹，研究结果揭示了涡流室中空气运动的３维流动特性。

悬移质泥沙采集分离器内流场的3维数值模拟

为高效采集水体中低浓度的悬移质泥沙,通过3维数值模拟设计了具有水力旋流器特征的新型悬移质泥沙采样器。采用拉格朗日法多相流分析模型,3维模拟分析了采样器内部压力分布、流体流动情况和悬移质泥沙颗粒的运动轨迹。室内模拟实验结果表明:该泥沙采集分离器对悬移质泥沙(粒径63μm)分离效率高达85%以上,可实现悬移质泥沙的快速在线收集浓缩。泥沙分离效率的实测结果与3维数值模拟分析结果吻合(相差2%～8%)。

溢流堰表孔弧形闸门开启过程水力特性3维数值模拟

基于动网格技术和VOF方法对某工程宽尾墩泄洪表孔弧形闸门开启过程进行了3维数值模拟研究。为获得详细的水力特性,采用3种不同的开启速度。获得了闸门区、宽尾墩及消力池的压力、速度等水力参数的时空变化规律和易发生空化空蚀的时刻与区域,指出闸门开启过快时的不利因素,并将部分结果与试验进行对比,吻合良好,验证了数值方法是可靠的,可为确定闸门的合理运行方式及工程体型优化提供重要的参考依据。

倾斜地下水含水层混合3维溶质运移数值模拟

针对不规则地下水含水层中溶质运移简化数值模拟问题,根据不规则地下水含水层特点,提出了柱体单元水头梯度平均面的概念。在水头梯度平均面的基础上,采用有限单元法推导柱体单元水平向溶质通量,而柱体单元垂向溶质运移通量则采用有限差分法进行推导,通过联合利用有限单元法和有限差分法计算柱体单元节点溶质均衡项,根据不规则柱体单元溶质均衡项计算结果,编制Fortran程序,建立倾斜地下水含水层混合3维溶质运移数值模拟模型。运用该模型模拟了不同条件下地下水中溶质运移过程,将模拟结果与解析解进行对比分析,模拟得到的溶质浓度结果正确、合理。该模型适用于倾斜地下水含水层中溶质运移模拟,具有节省计算工作量,单元剖分灵活的优点。同时,当Peclet数较大时,该模型分别在水平向和垂向采用迎风加权格式进行计算,有效地消除了边界附近出现的数值跳动现象,模型也适用于Peclet数较大的情况。

路堤式加筋土挡墙三维数值模拟

采用3维有限元程序Z_Soil对某软土地基上路堤式加筋土挡墙建立考虑流固耦合的3维数值模型,分析其地基沉降、墙面变形、筋材应变分布以及稳定性,并与实测值和2维有限元Plaxis分析结果进行比较.分析结果表明:采用等效竖向渗透系数模拟塑料排水板处理地基是合理的,计算的地基沉降、墙面变形随时间变化历程与实测结果吻合较好;3维有限元在筋、土及其界面单元模拟上要比2维有限元精细,能较好地模拟墙面"鼓肚"现象;3维有限元计算的筋材应变随地基变形而增大,且挡墙底部筋材应变最大,计算结果符合地基变形情况下筋材应变变化规律;3维有限元模拟的挡墙在平面呈弧形扩展的滑裂面形状和位置与现场试验观测结果一致,其较2维有限元在模拟本问题加筋土挡墙上要更加合理.

神光-Ⅲ装置腔体系统电磁脉冲的3维电磁粒子模拟

采用3维电磁粒子模拟方法,在常规的电磁场时域有限差分(FDTD)算法和粒子模拟方法的基础上,通过有效电荷分配方法避免了繁琐的泊松修正过程,引入时偏算法滤除了迭代过程中的高频噪声,结合共形网格技术对曲线边界进行建模,对神光-Ⅲ装置靶室环境内的腔体系统电磁脉冲进行了仿真,在距离电子发射端面9 cm的平面上获取了3个对称位置取样点的电场时域波形及其变化规律,得到电场强度峰值约为55 kV·m-1。通过与2维仿真和常规FDTD 3维仿真的对比分析,验证了电磁场的环向对称性和3维电磁粒子模拟方法计算结果的可靠性。

交叉隧洞施工通风流场特性研究

施工通风贯穿交叉隧洞施工全过程,是确保施工进度、保障工程安全的关键。针对现有通风方案设计主要依靠经验,缺乏相应的理论支持,常常造成资源浪费等问题,构建交叉隧洞的3维模型,采用基于流体力学理论的数值计算方法模拟交叉隧洞通风流场,通过对隧洞中通风流量占比、风速大小分布的比对,可定量分析交叉角度、施工顺序、串联风机位置等因素对通风流场的影响特性,并提出减小交叉角度、协调施工进度、合理安置串联风机等改善不同情况下通风效果的合理建议。为交叉洞施工通风方案的优化设计提供参考。

涡桨发动机动力涡轮设计研究

针对采用常规涡轮设计方法设计多恒定转速涡轮时,存在的难以兼顾不同状态点性能以及设计周期较长等问题,运用动力涡轮多设计点耦合设计方法进行研究。为了验证该方法是否有效,建立了涡轮模型并进行了3维数值模拟,在设计初始时确定了各设计点的性能。结果表明:该方法可以初步计算不同状态点下的速度三角形;在叶片造型时可以根据不同状态下的速度三角形进行优化选取进口几何构造角,使涡轮在不同状态下来流条件较好;多设计点耦合设计得到的涡轮在保证各状态下出口绝对气流角偏离轴向不大的同时各状态之间的效率均较高。