倾斜壁面上液膜流中孤立波及其内部涡的演化特性研究

研究了在重力作用下,二维不可压黏性流体液膜沿倾斜壁面流动时,其上孤立波及其内部涡的演化.采用小参数摄动法与行波变换法,首先推导出了非平整倾斜基底上液膜厚度的零阶和一阶的一般演化方程,然后对该方程进行化简并采用Mathematica进行数值求解.分析结果表明:孤立波波形图中,波前出现了一个毛细波,而毛细波波谷处出现了完全开式涡;通过对流量分析,发现其与孤立波波形具有相同的变化趋势,并且与波速呈正相关,对于双峰与三峰孤立波,前一波峰的流量比靠后的大;随着波速增加到超过某一临界值时,孤立波波峰内将出现涡流,经过计算该临界波速与倾斜角呈正比关系,对于双峰与三峰孤立波,当波速继续增大,靠后的波峰内也将出现涡流;通过分析自由表面的速度分布得出:该涡流的产生是自由表面的垂直速度在波前和波尾的速度梯度与大于波速的水平速度共同作用的结果,波峰多更容易产生涡流;通过分析在动坐标系下得到的迹线图,发现该涡流面积也正比于波速且旋向为顺时针,综合推断得出:旋涡是在孤立波表面处开始形成的,波峰内的流体沿壁面呈滚落状向下运动.

风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能的数值模拟

通过数值模拟方法,研究风浪联合作用下深水半潜平台的耐波性能。该方法通过建立风速与波浪相干函数模型,利用该模型获得当前深水半潜平台不同工况下风速与海浪的关系,再计算风浪联合作用下深水半潜平台的海浪作用力和风作用力,以2个数值为基础,构建深水半潜平台耐波性能数值模拟模型,在不同情况下模拟风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能。实验结果表明:该方法可在不同波浪周期时,模拟风浪联合作用下深水半潜平台的横荡和垂荡数值,在波浪周期较小时,垂荡与横荡数值也较小,深水半潜平台的耐波能力较强;风浪角越大,在波浪周期相同时深水半潜平台的垂向弯矩数值越大,其耐波能力则较小。

地震和高铁共同作用下桩网复合地基振动特性

为研究地震和高铁列车荷载共同作用下桩网复合地基振动特性,通过建立轨道-路堤-桩网复合地基三维有限元计算模型,分别与实测数据和一维波动理论对比验证模型的正确性。通过对比不同荷载工况下地面位移和加速度时频振动曲线,分析地震和高铁两动载共同作用时不同车速下桩网复合地基时频振动特性,研究桩体模量对桩网复合地基减震效果的影响。研究表明,Hollister地震荷载和高铁荷载共同作用下,距轨道中心1 m处地面振动位移由地震荷载主导,地面振动加速度由列车荷载主导;20 Hz以下地面低频振动由高铁和地震荷载共同控制,地面高频振动主要由列车荷载控制。Lytle Creek地震荷载和高铁荷载共同作用下,桩网复合地基地面振动位移和加速度峰值均大于高铁荷载单独作用下的值;增加桩体模量对高铁荷载单独作用和两动载共同作用下桩网复合地基地面振动均有减振效果,但两动载共同作用下增加桩体模量对地面减振效果比高铁荷载单独作用下弱。

高海况下客滚船风浪阻力和功率航速预报

高海况下风浪阻力对客滚船航速预报的准确性有很大影响。对此,以某型客滚船为例,分别采用二维方法和三维方法预报船舶升沉和纵摇运动,采用全浪向波浪增阻预报方法SNNM计算波浪增阻,在此基础上开展高海况下的功率航速预报,并与模型试验结果进行对比分析。研究表明:当航速较低时,采用二维方法与三维方法预报的升沉运动结果的精度接近,随着速度的增加,二者的差异变大;当航速较高时,采用三维方法预报的纵摇结果比试验结果大,采用二维方法预报的纵摇结果比试验结果小;长波范围内采用SNNM方法预报的波浪增阻偏小,当谱峰周期为7 s和9 s时,采用SNNM方法近似预报的功率与试验值较为接近,但当谱峰周期变大时,近似预报结果偏小;整体来看,采用SNNM方法得到的航速预报值比试验值大。

基于参数优化VMD和TET的柔直线路单端故障测距方法

单端行波故障测距方法在考虑频变波速影响时需要提取故障行波时频域特征,但现有方法存在时频分辨率较低、波头识别困难和波速计算不准确的问题。为此,提出一种基于参数优化变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和瞬态提取变换(transient extraction transform,TET)的单端故障定位方法。首先,利用麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)优化VMD参数,提取含有故障特征的高频模态分量。然后,对该模态分量进行瞬态提取变换,通过去除短时傅里叶变换中模糊的时频能量,保留与信号瞬态特征密切相关的时频信息,得到故障行波时频域全波形。最后,在故障行波全波形中提取主频分量并标定初始波头与第二反射波头,通过计算主频分量下的波速度,结合行波定位方法实现单端故障测距。在PSCAD/EMTDC中搭建四端柔性直流电网的仿真结果表明,所提算法对过渡电阻和噪声具有较强的耐受性,即使在较低采样率下也能实现准确的故障定位。

定形态隧道压力波激扰下车内压力迭代学习控制

同一列车重复通过同一隧道时所产生隧道压力波激扰具有形态相似、变尺度变幅值的特性.针对现有控制策略未考虑这一定形态特性的问题,提出一种基于高阶反馈遗忘迭代学习的控制方法.首先,建立高速列车车内外气压传递数学模型,并利用实测车内外压力数据进行修正与验证;其次,通过控制列车通风设备的阀门来减缓车内压力变化,提出阶反馈遗忘迭代学习控制算法,并设计变幅值和变尺度处理方法;最后,利用实测压力波生成一组定形态的随机压力波,并进行仿真分析.仿真结果表明:在重复定形态的隧道压力波激扰下,高阶反馈遗忘迭代学习控制算法能够使车内压力在第8个迭代周期后1 s变化率基本收敛到200 Pa/s以下,而且均方根误差也在第4个迭代周期后降低到15.0000%以下.

水下非接触爆炸下冲击波载荷与速度场等效关系研究

对于平板在水下非接触爆炸下的结构响应问题,学界目前常采用仿真和试验手段开展研究。但目前的仿真手段主要采用任意拉格朗日欧拉(arbitrary Lagrange-Euler, ALE)方法进行,计算效率低且在中远场计算中难以得到真实的结果,而试验手段成本较高。基于能流密度公式和TAYLOR板理论对平板水下非接触爆炸冲击波载荷与速度场等效关系展开研究,提出了冲击波载荷和等效初速度场的等效换算方法,建立了平板初速度场与水下爆炸参数的等效关系并开展试验验证。结果表明,基于能流密度的冲击波等效初速度场具有更好的计算精度和效率,这一方法可作为研究平板或者简单板架在水下爆炸冲击波作用下结构响应的一个重要的等效计算方法。

道岔冲击激扰对高速动车组车体弹性抖动的影响分析

为探究高速动车组通过道岔区域后车体的弹性抖动,建立考虑车体弹性的高速动车组刚柔耦合动力学模型和道岔冲击激扰模型。根据模型分析道岔冲击激扰作用下车体的弹性振动响应特征,通过仿真复现高速车辆的抖车现象,并与现场测试数据进行对比。在此基础上,分析车辆过岔速度、道岔激扰个数和道岔间隔对高速车辆车体弹性抖动的影响规律。结果表明:道岔冲击会导致车体1阶菱形耦合共振;车辆过岔速度对车体弹性抖动有显著影响,当车速达到300 km/h时,车体出现明显弹性抖动;连续道岔激扰会使车体横向振动叠加放大;车体横向振动加速度与道岔间隔之间存在非线性关系,当道岔间隔在50~80 m范围时,车体弹性振动更剧烈。研究结果可为寻找控制高速车辆弹性抖动的有效措施提供一定理论参考。

基于分形维数的高速铁路地震预警系统地震P波震相识别方法

为更好保障高速铁路的运营安全,高速铁路地震预警系统的实施十分必要。5级以下的小震事件占据地震事件的95%以上,提高高速铁路预警系统在小震震相识别的速度与精度能有效保障高铁安全运营。提出一种基于分形维数的地震震相识别算法,优化传统分形维数的计算方法,提高分形维数的计算速度。引入分形斜率曲线并划分为4个阶段,分析临界点的分形斜率特征,通过识别分形斜率极值时刻判断地震波精准到达时刻。提出的算法平均误差达到0.006 3 s,标准差达到0.043 8 s,满足高速铁路地震预警系统的时效性和准确度要求。

考虑时间相关性的风速和波浪高度短期预测

风与波浪高度是海洋工程设计的重要参数之一,其准确预测具有重要的工程意义。针对波浪高度复杂多变、难以预测的挑战,本文考虑时间相关性,利用长短时记忆(Long-Short-Term Memory,LSTM)神经网络方法建立风和波浪高度的短期预测模型。首先,对波浪高度和风速等海洋环境原始时间序列进行分析,并选取不同时间间隔对浪高和风速极值进行取值;其次,对风速与波浪高度开展相关性分析,并基于LSTM方法,构建风和波浪高度单步预测模型。在时间间隔为0.5 h时,波浪的预测误差为0.12 m;进而构建风和波浪联合预测模型,预测风速下的波高预测误差仅为0.12m,与实测风速下的波浪预测误差基本一致。

液体射流撞壁液膜表面波形成演变机理及其影响

为揭示液体火箭发动机推力室内撞壁液膜形成演变机理,并优化液膜冷却设计,采用高速摄像技术实验研究了液体射流撞壁液膜表面波特征,考察了射流雷诺数(1255<Re<14116,1.6 m/s<u<18 m/s)和撞击距离L/d=30,60和90(d为喷嘴直径)对表面波频率、波间距及液滴飞溅的影响。结果表明,撞击点附近主要存在由射流动能引起的撞击波,高Re下液膜表面波前缘横向弯曲变形,呈现不规则锯齿状。当1960<Re<3920时,随Re的增加液膜表面波主频增大,频谱分布范围变宽。自撞击点向下游运动过程中波的主频、波速和波间距均不断减小。当撞击距离大于射流破碎长度,射流撞壁转变成连续液滴撞壁。对于连续液滴撞壁和高Re射流撞壁,表面波边缘沿壁面法线方向形成冠状薄膜,由于惯性力和表面张力的作用,薄膜破碎拉丝形成液滴,液滴溅射率随撞击距离的增加而增大。本文揭示了液膜撞击点附近大尺度波主要由射流表面扰动引起,并阐明了大部分飞溅液滴由表面波边缘薄液膜的破碎产生。

400 km/h高铁隧道联通式缓冲结构对微气压波的影响

随着高速列车运行速度的提升,隧道口微气压波幅值剧增,强烈的爆破噪声同时影响着周边环境和附近居民的正常生活。本文研究由平行导坑与横通道组成的联通式缓冲结构对400 km/h高铁隧道微气压波的缓解作用。首先,进行400 km/h动模型试验,验证数值模拟方法的准确性;其次,基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格技术分析联通式缓冲结构位置距隧道入口的距离D与联通式缓冲结构长度L对微气压波的影响。研究结果表明:随着D增加,微气压波的缓解率逐渐增大,在D=25 m时达到最优,微气压波幅值减少34.4%;随着L增加,微气压波幅值缓慢增加;当L=30 m时,隧道口20 m处的微气压波幅值为91 Pa,缓解率为37.1%。联通式缓冲结构与既有350 km/h高铁线路上的断面扩大开孔型缓冲结构组合,可将隧道口20 m处微气压波幅值减小至47.3 Pa,降幅达67.3%。联通式缓冲结构合理利用了修建隧道时遗留的平行导坑,可在保障施工成本几乎不变的前提下,显著缓解微气压波,保护隧道周边环境。

不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波衰减特性研究

为了研究不同气流量下气泡帷幕对水下冲击波的衰减特性,采用高速摄像探究气泡帷幕在受到冲击波冲击后形态变化,结合冲击波压力时程曲线进行分析。结果表明,气泡帷幕中的气泡受到冲击波作用后会发生数次膨胀收缩行为,随着气流量增加,气泡膨胀的最大直径增大,第一次膨胀收缩周期变长;且气泡帷幕对水下冲击波压力有很强的衰减作用,气流量上升幅度越大,冲击波压力峰值衰减越明显,在气流量40 L/min下,冲击波峰值衰减高达88.98%;气流量大于20 L/min后,冲击波冲量衰减幅度均大于50.00%。针对气流量大小与压力峰值下降幅度的关系进行曲线拟合,提出适用于该工况下的经验方程,以期指导实际工程。

高速铁路预制装配式大跨度明洞衬砌地震响应的数值分析

结合某拟建高速铁路大跨度明洞穿越地层的工程地质和地貌,建立了地层与装配式明洞衬砌的三维有限元模型,并基于粘弹性人工边界,采用时程分析法研究了装配式大跨度明洞衬砌的地震响应,给出了装配式明洞衬砌受地震影响的薄弱部位。结果表明:在高烈度震区装配式明洞衬砌拱肩和拱脚部位以及管片接头处的应力和位移响应较大,是装配式明洞衬砌的薄弱部位,在结构设计时需加强此部位的配筋。此外,与EI波和汶川波相比,天津波对预制装配式明洞衬砌的影响较大。

高棒轧制速度提升中故障分析及解决措施

高棒产线轧制Φ12 mm热轧带肋钢筋,随着轧制速度的提升,成品波浪弯缺陷及高速区设备故障明显增加,造成高速区的堆钢问题制约着产能的提升。为了解决上述故障,介绍了高速区系统的控制原理和过程,同时对提速后现场发生的故障进行了分析,并采取相应的预防措施,达到提速后稳定生产及提升产能的目的。

肾脏3.0 T多频磁共振弹性成像:解剖区域、生理因素与正常肾脏硬度的关系

目的 应用多频MR弹性成像探讨解剖区域(左肾和右肾,全肾、外皮质、内皮质和髓质)和生理因素(年龄、性别、身体质量指数、饮水情况)与正常肾脏硬度的关系。材料与方法 2023年3月至2023年12月在深圳市中医院招募97名健康志愿者,入组92名受试者,应用3.0 T MR进行多频弹性成像,测量左右侧全肾、外皮质、内皮质及髓质的硬度,比较左右侧不同解剖区域硬度差异,分析年龄、身体质量指数与肾脏硬度的相关性及男女性之间、不同年龄组之间肾脏硬度的差异,最后比较其中18名健康志愿者饮水前后肾脏硬度的变化。结果 左右侧全肾、外皮质、内皮质和髓质的硬度差异无统计学意义(P≥0.05),而肾脏内部不同解剖区域的硬度差异具有统计学意义,其中内皮质最硬[(3.01±0.22)m/s],其次是外皮质[(2.69±0.20)m/s]和全肾[(2.55±0.17)m/s],最后是髓质[(2.16±0.15)m/s]。全肾(r=-0.301,P=0.004)及内皮质(r=-0.330,P=0.001)硬度随年龄增长而轻度降低,并且在三个年龄组之间差异具有统计学意义(P<0.05)。男性肾脏内部不同解剖区域硬度均稍高于女性(P<0.05)。男性和女性饮水后肾脏内部不同解剖区域硬度均高于饮水前(P<0.05),其中外皮质及内皮质增加较明显。结论肾脏硬度存在解剖区域性差异,并且与年龄、性别和饮水情况存在关系。

利用光拍频波测量液体浓度

以溶液浓度与其折射率之间的联系作为出发点,通过理论推导得出当光在液体中的传播路程一定时,液体的浓度变化量与光通过液体后波形移动的距离成线性关系.基于该关系,用具有低频性的光拍频波为波源,搭建了一套表征并测量液体浓度的实验装置,验证该线性关系并得出线性相关参数,再利用该线性关系实现液体浓度的测量.

圆环形燃烧室两相混气旋转爆震波传播过程实验研究

为分析不同燃烧室结构和来流工况对两相混气旋转爆震波传播过程的影响,在圆环形燃烧室内进行了实验研究。获得了不同来流总温T、燃烧室出口堵塞比β以及混气当量比φ对旋转爆震波传播特性的影响,并对典型工况下圆环形燃烧室内旋转爆震波传播频率和切向热声耦合燃烧固有频率进行了计算。结果表明,燃烧室出口堵塞比变小时有利于旋转爆震波的稳定;旋转爆震波传播速度随来流总温和当量比的提高而增加;在两相混气中获得了一种传播速度大幅低于C-J理论值的低速爆震波。

制动缸排气响应及过程对重载列车纵向力影响研究

重载列车在运行过程中途经长大坡道会产生较大的车钩力,从列车运行情况来看,目前2万t列车大车钩力主要发生于列车缓解时。文章从车辆间制动缸排气响应以及制动缸排气速率两方面进行了仿真研究,探究了两者与纵向力之间的关系。结果表明:随着缓解波速从150 m/s增加到200 m/s,列车缓解产生的最大纵向力下降11%;制动缸排气时间从5.3 s增加到30.0 s,列车缓解产生的最大纵向力降低59%,适当增加制动缸排气时间,对减小列车缓解时的车钩力有所帮助。

谈波速与波长变换及其物理意义

关于波速与波长变换,一些文献中虽有论述,但所得表达式太复杂而不宜记忆,且未涉及其物理意义.本文由四维波矢的洛伦兹变换来分析这一问题,通过引入波速因子和综合速度因子的概念,得到容易记忆的简单表达式,并力求阐明其物理意义,最后说明其应用.