不同风场中特高压换流站阀厅屋盖风压特性试验研究

特高压(ultra high voltage,UHV)换流站阀厅的金属屋面系统在风荷载作用下易发生屋面表层风揭事故。为深入探讨该类建筑屋面的风压极值特性,基于风洞试验分别探讨了大气边界层(atmospheric-boundary-layer,ABL)风、壁面射流、均匀湍流三种风场作用下的屋面风压特性,比较了平均风剖面、风速、风向、湍流强度等因素对屋面风压的影响。结果表明:阀厅屋盖迎风前缘负风压最大,且控制风向角在45°左右;壁面射流风场下平均风压系数与脉动风压系数均超过大气边界层风场的结果;风速对阀厅屋盖的负风压系数均值和极值影响较小,而湍流度对风压系数的极值影响较大;大气边界风场时,JGJ/T 481—2019《屋盖结构风荷载标准》的最不利风压系数建议值偏于安全;而在壁面射流风场下,阀厅屋盖全风向最不利风压系数在所有区域都大于JGJ/T 481—2019的建议值,设计中应加以重视。

直角凸壁面附近非对称位置的空泡动力学行为实验研究

空化破坏现象在核电厂中广泛存在。为了更深入地揭示空化破坏的机理,本文借助高速摄影实验系统,研究了直角凸壁面附近非对称位置空泡的动力学行为。具体分析了空泡的轮廓变形,形心的移动距离和方向,以及空泡射流的方向随着空泡与壁面相对位置d、h的变化规律。本文主要结论如下:(1)空泡的变形与空泡和固体壁面的相对位置d、h有关。随着空泡与右壁面的距离d的增大,空泡的非对称性越来越弱。随着空泡与上壁面的距离h的增大,在整个空泡的动力学过程中空泡的非球形特征逐渐减弱。(2)在空泡的溃灭和再生长过程中,空泡形心会持续地向左下方移动,且形心向左移动的距离随着d和h的增大而明显减小。(3)当空泡与上壁面的距离h适当时,会产生明显的斜向左下方的射流现象,且射流方向角θ随着d的增大而增大。

振动及加热壁面条件下的近壁空泡溃灭可视化研究

采用低压电火花生成空泡的方式系统研究了复杂壁面条件下的近壁空泡溃灭行为。通过不同类型振动壁面及不同温度壁面附近的空泡溃灭行为的可视化试验,发现壁面振动对空泡溃灭有促进作用,空泡溃缩过程更快,体积变化更显著。不同类型壁面对空泡溃灭过程的影响不同,柱形壁面相较于球形壁面,近壁的空泡形态较不规则,溃灭呈现整体塌陷的趋势,在反弹阶段会形成不规则的空泡云。壁面升温会使得近壁空泡产生明显趋向于壁面的溃灭行为,并伴随多次空化的现象,这会对壁面造成严重损伤。

倾斜射流撞壁形成液膜的铺展形态及波动特征

为了深入理解倾斜射流撞壁液膜表面波的形成演变机理和液膜不同的铺展形态,开展了倾斜射流撞壁的实验观测和数值模拟.使用高速相机记录了不同射流速度和倾角的液膜铺展形态,并通过数值模拟结合实验观测揭示了液膜表面波的形成和演变过程.结果表明随着射流速度的增加,液膜的铺展形态将经历平滑液膜-闭合边缘、波动液膜-闭合边缘和波动液膜-开放边缘3种状态.液膜的铺展高度和宽度与射流速度近似正比关系,但随着液膜边缘的破碎,将会体现非线性变化.随着射流倾角的增加,液膜铺展将从窄变宽,并且液膜边缘形态可由闭合变为开放.射流速度和射流倾角的增加,都会使撞击点上方的区域趋向失稳破碎,导致液膜边缘出现指状结构.射流内的湍流扰动会在撞击壁面后激励起液膜的二维表面波,撞击点附近初始的表面波在下游发展过程中会发生展向演变,出现三维特征.射流速度越快,射流表面扰动越强,液膜表面形成的表面波也越复杂,三维表面波与撞击点越接近.表面波的形成会影响液膜的流动和厚度分布,在波峰处,液膜的流动速度较快,随着下游的发展,波峰的速度将会逐渐减小,在液膜表面还会出现两个波之间追赶的现象.

近壁面深水爆炸气泡射流演化特性的研究

近壁面气泡载荷是水中战斗部对障碍物毁伤作用的重要载荷之一。以近壁面深水爆炸气泡脉动及射流载荷特征问题为中心,开展了模拟300 m水深环境下的爆炸实验。通过高速摄影仪得到了气泡射流的演化过程;利用Autodyn轴对称模型对气泡射流的演化过程进行了计算,分析了比例距离对气泡脉动周期、射流演化形成时刻及射流强度特征的影响;探讨了壁面近场范围内的压力特征,总结得到射流载荷的演化规律。可为深水环境下水中战斗部对障碍物的毁伤效应研究提供理论参考。

凹壁面切向射流入射角度对液固两相流动的影响

为研究凹壁面切向射流的入射角度对离散颗粒行为的影响,以立式圆筒体为主要结构,分析圆形壁面射流液固两相流动。运用数值模拟对离散颗粒运动轨迹、颗粒分布、压力、切向速度、停留时间等参数进行分析计算。结果表明:入射角度增加,离散颗粒扩散角收缩,β=0°时离散颗粒扩散角为5.0°,β=45°时扩散角仅为1.5°。随着入射角度的增加,入口处静压力和颗粒切向速度分布变化不大,但粒径小于0.4 mm颗粒的最大和最小停留时间明显下降。该研究提供了液固两相凹壁面切向射流中颗粒行为影响的基础数据,为相关设备的结构设计提供参考。

基于直接数值模拟的压力容器入口射流湍流模型评价

采用基于谱元法的开源软件Nek5000对压力容器入口射流进行直接数值模拟(DNS)。压力容器模拟在环向简化为1/3的尺度,主管段雷诺数为63700,下降段雷诺数为14014,工质为碘化钠溶液。通过对常见物理量进行统计,构建高精度湍流数据库。并采用FLUENT对常见的壁面函数和湍流模型进行适应性评价,评价标准包括速度、湍动能和湍流黏度。结果表明:在上升段Stress-ω模型适用性最好;在下降段,Standard k-ω模型适用性最优。

分壁精馏塔分离加氢裂化喷气燃料的设计与优化

分壁精馏塔(DWC)是一种典型的化工过程强化设备,具有节能和节约设备投资的优势,但在石油化工领域应用较少。基于加氢裂化喷气燃料实沸点蒸馏结果,以之分馏制备不同牌号轻质白油过程为研究对象,在传统分馏工艺(FP)的基础上提出了单隔壁分馏工艺(DWC-FP)和双隔壁分馏工艺(DPDWC-FP),并建立FP、DWC-FP和DPDWC-FP的严格稳态精馏模型;以年总成本(TAC)和再沸器负荷为目标函数,通过非支配排序遗传算法NSGA-Ⅱ优化工艺流程。结果表明,DWC在应用于石油馏分的分离过程中具有节能优势,DPDWC-FP工艺可在1个塔内实现4个产品的分离;与FP相比,DWC-FP和DPDWC-FP的TAC分别减少19.61%和24.09%。

强透水地质条件下平原水库加固设计

天津某平原水库围堤底部无连续的相对隔水层,渗漏通道密集,经过30 a的运行,出现较为明显的渗漏问题。项目采用40 m深高压喷射防渗墙对围堤进行加固,通过优化浆液配比,保证了深层高压喷射防渗墙的整体性与稳定性。根据有限元数值分析及运营期监测数据分析,加固措施可有效减少水库渗漏量,验证了方案的可靠性,对类似工程具有重要的借鉴意义。

高水位超厚浅层砂性土层地下连续墙施工技术

本文聚焦于长江口区域特有的高水位超厚浅层砂性地层条件下的地下连续墙施工技术。以上海轨道交通崇明线工程2#大小盾构转换段为工程背景,介绍了在该不良地质条件下未采用槽壁加固即进行地下连续墙施工时,通过采用喷射井点降水法及施工中对泥浆性能的把控等技术措施,解决了塌方、缩孔等施工难题,达到了施工质量控制要求。

北京市丰台区某基坑工程几种地下水控制方案对比分析

依据2018年实施的《北京市建设工程施工降水管理办法》关于降止水的有关要求,目前,北京市地下水控制方案主要以高压旋喷止水帷幕、地下防渗墙和水泥搅拌桩等方法进行施工。以丰台某在施基坑支护工程为例,基坑支护设计为考虑地下水影响,但2019年永定河进行生态补水导致地下水位快速上涨,且地层中卵石层较厚,透水性较强,地下水流动性大,需对支护结构有较大影响的地下水位上涨问题采取措施,现场进行了刚性袖阀管和高压旋喷桩的实验性施工,并对地下防渗墙施工方案进行可行性分析。因该工程地层情况复杂,隔水层较深且卵石层透水性较强,刚性袖阀管施工方法的止水效果较差。卵石层还有较多的孤石未在勘察工作中发现,且卵石层较厚导致高压旋喷桩施工工期较长。因在施的基坑支护工程已经施工了第一道锚杆和全部支护桩和冠梁,综合考虑安全、工期、经济和保护现有已施工支护结构等因素确定该工程地下水控制方案为混凝土地下防渗墙结合高压旋喷桩的地下水控制方案。其分析过程及结果对类似地层情况及地下水位突然上涨的工程有一定的参考意义。

新回风混合贴附射流对辐射吊顶空调防结露研究

通过对辐射空调与独立新风复合系统进行实验,研究纯新风贴附射流工况和新回风混合贴附射流工况对系统贴附层的影响,并进一步研究新回风混合贴附射流对辐射吊顶空调系统防结露效果。对比不同工况下辐射板贴附层空气参数,得出新回风混合工况能够增加贴附射流影响范围,并降低贴附层露点温度,且相比纯新风工况,降低幅度最高达到2.25℃。证明了引入回风对降低幅射吊顶空调贴附层露点温度的可行性。

集束可控高喷防渗墙技术在洞庭湖区堤防加固应用试验研究

集束可控高喷防渗墙施工技术与传统高喷工艺相比,其地层适应能力更强,成墙质量更可靠,与其他工艺相比,其在砂卵石地层且堤顶宽度狭窄时有明显优势。为了更好地解决洞庭湖区深厚砂卵石层和堤顶施工场地受限等问题,拟引入江西省水利科学院研发的该项新技术。本次试验研究旨在进一步验证集束可控高喷防渗墙技术在洞庭湖区的适应性,通过试验获取关键技术参数,为后续大面积应用提供技术依据。试验研究表明:与其他传统工艺分析对比,该工艺所建造的防渗墙不存在开叉、漏喷、沉渣、断墙等质量缺陷,质量保证度高,施工作业面占用宽度相对较小,适应能力强,工效快,成本低,弃浆弃渣排放少,无塌槽塌孔风险,技术工艺优势明显,可在洞庭湖区推广使用。

盾构隧道进出洞地基加固处理工艺研究

盾构法施工过程中,进出洞一直是一个工程难题。在此过程中,必须保证洞口土的稳定性,以及周边建筑的安全。文章以某河底公路隧道工程为例,从洞口地基加固和盾构进洞两大方面,就盾构隧道进出洞地基加固处理工艺展开详细研究,进行施工效果分析,研究成果可为类似工程提供参考。

微孔的磨料水射流抛光CFD模拟及试验

为解决飞秒激光微孔难以抛光的问题,结合磨料水射流去除函数稳定、自适应性强等特点,采用磨料水射流抛光方法提高飞秒激光微孔质量。利用Fluent软件对不同工艺参数下的磨料水射流微孔抛光过程进行计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)模拟,分析不同参数下的流场分布、侵蚀速率及壁面剪切力作用规律;然后通过响应面法对射流靶距、射流压力及磨料粒径等3因素进行优化试验,以微孔内壁面剪切力均方差为响应值,建立其响应面方程,获得最佳抛光参数组合并进行试验验证。结果表明:射流压力对微孔内壁面剪切力的影响最大,当射流压力从0.80 MPa增至1.50 MPa时,微孔内壁面剪切力增大2倍以上。射流的不同结构段因性质不同可适用于不同工况。利用响应面法分析得到水射流微孔抛光的最佳工艺参数组合是:射流冲击角,90°;射流靶距,3.5 mm;射流压力,1.10 MPa;磨料粒径,15.0μm。在该条件下抛光微孔内壁面的表面粗糙度R_a降至0.354μm。磨料水射流抛光可显著改善微孔壁面质量,且响应面法预测的数据模型有较高准确性。

SOME RECENT PROGRESS IN STUDIES ON ACTIVE CONTROL OF WALL-JET FLOWS

Active control of wall his is important in both application and basic researches. In order to establish a solid background for the expected application,it is necessary to perform detailed studies on the base nows,on their stability characteristics and on the identification technique of coherent structures. This paper is a summarizing article rather than a detailed technical report, Its main purpose is just to introduce the recent progress in the related area.

壁面约束作用下的空化射流冲蚀模式

空化射流的冲蚀效果与冲蚀模式研究对于提高射流的导向压裂能力至关重要,导流口结构和靶面对出口射流施加壁面约束作用,影响射流的冲蚀效果,但其影响规律及冲蚀模式演变过程尚不清晰。在喷嘴下方增设导流口结构,分析导流口壁面和靶物壁面对射流空化发展过程的影响机制;基于冲蚀试验,获取试样的质量损失及表面冲蚀形貌,分析导流口直径、长度及靶距对射流冲蚀效果的影响规律及其冲蚀模式的演变规律,进而探究不同冲蚀模式下射流对砂岩的冲蚀效果。试验结果表明,增设导流口结构能够极大增强射流的冲蚀效果,与无导流口结构相比,增设导流口结构质量损失增幅达215%;随靶距增大,试样质量损失呈现双冲蚀峰,第2峰值靶距范围内(s/d=8~10)射流冲蚀效果最强;第2峰值靶距后,射流冲蚀效果衰减,减小导流口直径(D_(c)/d=4)或增大导流口长度(L_(c)/d=8),射流冲蚀效果增幅明显,试验条件下质量损失增幅可达10倍;空化射流具有不同的冲蚀模式,随靶距增大,由双环冲蚀模式变为单环冲蚀模式,且单环冲蚀模式下试样冲蚀形貌受导流口结构影响较大。开展砂岩冲蚀试验,第1峰值靶距下,冲蚀坑呈倒漏斗型,底部表面均匀;第2峰值靶距下,冲蚀坑深度及体积大幅提高,底部有明显突起。研究成果揭示了导流口结构和靶距形成的壁面约束作用对射流冲蚀效果及冲蚀模式的影响规律,为提高水射流射孔导向压裂效果提供了技术支撑。

一种低桩承台结构在护岸改造中的应用

因工程受邻近建筑物的限制,为避免产生震动,打入预制桩的方案不可行,而全面大开挖的方案需要打设钢板桩支护,经济性较差,施工周期长。因工程泥面较高且具备干地施工条件,因此采用低桩承台结构是合适的。结构上部为现浇混凝土挡墙,结构基础为钻孔灌注桩式地下连续墙,灌注桩间采用高压旋喷桩处理,既提高桩抗水平能力,又起到防渗、加固土体以及减轻结构后方土压力的作用。本文介绍了该结构设计和施工要点,为类似工程的实施提供参考。

薄环-紊动射流小孔挤压油膜阻尼器压力特性

为研究单层弹性环式挤压油膜阻尼器(elastic ring squeeze film damper,ERSFD)的油膜压力特性,建立薄环-紊动射流小孔模型。通过平面薄环弯曲理论和普朗特边界层理论分别计算弹性环变形和阻尼孔出口净流速;分析弹性环柔度、阻尼孔直径及进动角变化对油膜压力特性的影响,并开展外腔油膜压力多转速测量试验。结果表明:外腔油膜压力随弹性环柔度的减小而下降,但随阻尼孔直径的减小而增加;对于内腔油膜压力,阻尼孔直径的影响与外腔相似,但减小弹性环柔度导致压力增加。试验表明,外腔油膜压力在不同转速下均同步方位角周期变化,而高转速时,压力幅值略有增加。

基于深度强化学习的近壁圆柱绕流控制

基于深度强化学习方法(deep reinforcement learning,DRL),采用一对施加在圆柱表面的质量流量为零的射流,对Re=200,400,间隙比G/D=0.5,0.7,1.0,1.5,2.0的近壁圆柱进行主动流动控制研究。通过DRL方法获得不同参数下的射流控制策略与相应控制效果,并讨论了不同射流位置(90°,270°)、(90°,320°)、(90°,360°)对控制效果的影响。研究发现Reynolds数、间隙比和射流位置都对控制效果有重要的影响。射流位置为(90°,270°)时通过DRL控制可以有效降低阻力系数及其波动,控制后的圆柱尾迹被拉长且圆柱前后压差降低。射流位置为(90°,320°)和(90°,360°)的控制效果相似,都能使平均阻力系数有所降低,但控制位置的不对称性导致控制后的阻力系数波动较大。Reynolds数和间隙比的增大会增加控制射流的质量流量水平,在相同条件下,使用(90°,270°)的射流位置可以用相同的质量流量得到更好的控制效果。