深埋大理岩三轴压缩渐进破坏裂纹扩展特征

为深入研究深埋大理岩渐进变形破坏过程中的裂纹扩展特征,基于常规三轴室内试验完成数值模拟参数标定,利用PFC3D颗粒流模型对深埋大理岩开展25、50、80 MPa 3种不同围压下的裂纹扩展数值模拟试验,根据大理岩加载过程中微裂纹演化状态参数定义3种特征应力,并据此开展深埋大理岩渐进破坏过程中的宏、细观破坏特征及其对应裂纹扩展特征的规律研究。结果表明:1)室内试验与数值模拟的应力-应变曲线吻合较好,峰值应力相差较小,破坏形式与室内试验一致,故数值模拟参数标定合理。2)依据总裂纹、张拉裂纹和剪切裂纹扩展数量演化曲线斜率变化规律,将深埋大理岩渐进破坏过程划分为弹性压缩阶段、裂纹稳定扩展阶段、裂纹加速扩展阶段和峰后残余阶段4个阶段,并根据裂纹数量定义3个特征应力点。3)随着围压的增加,深埋大理岩达到起裂应力σci时,裂纹从两端开始萌发;加载至损伤应力σcd点时,裂纹向中间扩展;达到峰值应力σc点时,在宏观破坏面附近扩展、增生;加载至峰值点后70%峰值应力点时,最终形成以剪切破坏为主的贯通宏观破坏面。4)随着围压的增加,裂纹出现的范围更广,贯通性减弱,峰值应力σc点处产生的裂纹对宏观破坏产生的影响更为剧烈,峰后残余阶段张拉裂纹发育更明显。5)加载前期,围压的增长对裂纹数量增长促进作用更强;加载后期促进作用减弱;最终裂纹扩展形成的实际宏观破坏角度大约为210°。

连接柱处理对圆盘泵性能及内部流场影响研究

本文总结圆盘泵数值模拟方面的研究,对圆盘泵连接柱区域设置了两种不同的模型方案进行数值模拟。分析了不同流量工况下圆盘泵性能及叶轮内部流场变化,并对计算结果进行验证。结果表明:方案一连接柱两侧出现明显低速区域,方案二由于连接柱周围水体旋转,因此区域速度值更大。两种方案均在叶片吸力面位置出现局部低压,因此圆盘泵内湍动能耗散主要出现在叶片及其吸力面侧,而在进、出口能量耗散较小。流体流过连接柱之后,方案二的圆周速度和绝对速度圆周分量均小于方案一,表明了圆盘泵实际运行过程中,连接柱对出口流动的阻碍作用产生的损失大于其带来的能量,导致方案二的扬程低于方案一。两种方案的计算结果与试验结果变化趋势一致,同时两种方案之间的差异较小,如果仅考虑快速计算圆盘泵性能,方案一在模型处理上更简单高效。如果要获得更全面准确的内部流动信息,方案二的内部流动情况更接近实际情况。

不同应力路径下深部大理岩渐进破坏能量指标研究

为探究不同开挖扰动下深埋大理岩渐进破坏特征,利用RFPA3D对深部大理岩开展常规三轴加载、恒轴压卸围压、加轴压卸围压3种不同应力路径下的渐进破坏试验,提出基于能量指标的渐进破坏阶段划分方法,并分析其对应特征应力阈值、特征能量变化规律,最终完成岩爆指标Re、脆性指标Be的优化讨论,以期为深部地下工程勘察设计、地下能源开采提供一定的理论支撑。研究表明:不同应力路径下深部大理岩峰值强度、峰值应变虽有不同,但均随围压、卸荷应力水平增大而增大,弹性应变能从最初的线性增长到增长速率逐渐减小直至最后趋于稳定,耗散能则由缓慢增长向线性快速增长变化;引入弹性能增长率ke、耗散能增长率kd能够合理、准确界定深部大理岩渐进破坏4阶段;不同应力路径下,特征应力具有明显的围压效应,相同围压下,卸载特征应力均小于常规三轴加载;对应特征能量随围压、卸荷应力水平增大而增加,弹性能、耗散能的对应力路径敏感性存在差异;岩爆倾向性指标Re、脆性指标Be呈正相关性,且随着围压增大卸荷应力水平增高,岩爆发生的可能性随之递减。本研究可为相关研究提供参考。

黑龙江河道演变及工程整治技术的研究

黑龙江属于国境界河,其河道演变问题不仅是自然科学问题,更事关国土面积的增减,有十分重要的现实意义。通过梳理近30年来黑龙江河道演变及工程整治技术的研究成果,从河道演变、暴雨洪水、河道整治3个方面总结了研究进展,得到如下结论:黑龙江河道演变、水沙运动相关的研究成果稀少且陈旧,尤其缺乏系统性、长序列的河道演变分析;黑龙江防洪抗灾技术经历了“被动”获取、“主动”获取和“超前”获取3个阶段;受限于国界河和高寒地区的双重属性,工程整治使用的防护材料应符合流域特点,工程型式也需尽量简化布置。

导叶出口安放角对双向轴流泵水力性能影响研究

随着湿地生态保护治理过程中对双向轴流泵的需求日益增加,开发设计双向轴流泵已然成为重要课题,为了探究导叶出口安放角对轴流泵双向运行性能的影响,以一台比转速为903的轴流泵为研究对象,利用ANSYS CFX软件的标准k-ε湍流模型对5种不同导叶出口安放角的双向轴流泵进行定常和非定常数值模拟,研究分析了导叶出口安放角对轴流泵双向运行的外特性、水力损失、内部流场、压力脉动的影响。结果表明:正向运行设计工况下,减小导叶出口安放角,可减小导叶部分水力损失,并且减小导叶吸力面低压区面积,因脱流产生的能量损失也随之减小,轴流泵效率明显增大;设计工况反向运行时,随着导叶出口安放角的减小,导叶回收能量的能力也随之减小,导叶部分水力损失增加,并且轴流泵效率降低。改变导叶出口安放角度,可对正向运行时轴流泵内压力脉动产生一定影响。适当增加正向运行时导叶出口安放角均能在一定程度上减小轴流泵内压力脉动幅值,改善能量损失;导叶出口安放角对双向轴流泵反向运行时的压力脉动幅值大小无明显影响。因本次研究的轴流泵为双向运行,结合正反两向效率变化相反的情况,考虑该轴流泵在双向运行时均有较高效率的运行范围,所以取导叶出口安放角为80°时,双向轴流泵综合性能最优。

基于小波变换的核主泵惰转过程叶轮压力脉动及泵内部流动规律

为研究惰转过程核主泵内部的流动规律,应用数值模拟的方法对核主泵内部流场进行计算,得到不同惰转流量时间(T_(Qi))下叶轮流道内压力脉动的时频特性.对叶轮压力脉动进行小波变换分析,并采用第二代涡识别方法Q准则对不同工况下各过流部件进行涡识别.研究结果表明:在惰转过程中,惰转初期压力脉动系数最大变化发生在导叶中部,随后最大变化率发生在叶轮与导叶的动静交界面,最后压力脉动变化趋于稳定;随着叶轮转速和流量逐渐减小,导叶做功区域向出口附近转移;隔舌部位由于结构特殊所受冲击较大,附近有回流产生,并有向流道中部扩散的迹象;压力脉动趋于稳定值,主要频率向低频转移,各部件流道内压力脉动规律性逐渐被破坏,其中导叶流道规律性变化趋势较为平缓;流道内的部分强涡区域呈现分离脱落迹象,并且数量逐渐减少;压水室内的涡核主要集中于左侧,与叶轮旋转方向有关.研究可为核主泵在惰转特性优化设计提供一定理论支撑.

转速对水泵水轮机压水调相运行水环流动的影响

为了研究水泵水轮机在调相工况下转速对水环流动的影响,应用ANSYS CFX软件对某中比转数水泵水轮机在调相工况下的水环流动特性进行全流道非定常数值计算,分析水泵水轮机在不同转速下(n=600,800,1000,1050 r/min)水环的压力脉动特性和流动特性.研究结果表明:无叶区水环的厚度与转速密切相关,转速越大,水环内自由液面的平均半径越大,水环厚度越薄;不同转速下无叶区内的压力脉动频率组成成分相同,主频均为由动静干涉作用引起的7 f n,且随着转速的增大主频的幅值增大,水环的流动速度增大;在相同转速下,无叶区周向压力脉动强度变化不明显,但在无叶区径向,越靠近转轮处压力脉动越小;转轮出口处有明显的气液分界面,整个转轮流道内充满气体,这表明水环对气体密封的效果良好.研究结果可为水泵水轮机调相工况运行提供一定参考.

淹没堆积体附近水流特性研究

堆积体的存在对其附近水流结构产生明显影响,在通过水槽试验数据验证数值模拟结果良好的基础上,开展淹没堆积体附近流场数值模拟研究。结果表明:堆积体在处于淹没状态时,对堆积体顶部以下的水流仍然起到有效调节作用。在近床面流层,高紊动区是主流扩散所导致的,随着流层上升,高紊动区的分布范围和强度主要受到回流区的控制。涡量较大的区域产生于堆积体表面流场、回流区与主流区的交界范围内,由于这两个区域的涡量较大,因此可能更有利于堆积体颗粒的起动及泥沙输移。

基于浸入实体法的低压外啮合齿轮泵不稳定流动特性

为提高齿轮泵运行的稳定性,阐述齿轮泵内不稳定流动特性与工作压力和转速之间的相互作用规律,运用计算流体力学(CFD)软件ANSYS CFX,基于浸入实体法,采用SST k-ω湍流模型对该齿轮泵的内流场进行数值模拟,分析不同工作压力和转速对齿轮泵进出口压力和流量脉动的时域、频域响应的影响,探讨齿轮泵旋转1周时其压力和湍动能的分布。研究结果表明:齿轮泵内的压力脉动主要是由齿轮旋转时形成的密闭容积的周期性开合导致的,进口压力的脉动频率为齿频的2倍;在相同的负载压力下,齿轮泵出口流量不均匀系数总体上呈现出随齿轮转速的增大而减小的趋势;当齿轮泵旋转1周时,压油腔内的最大湍动能出现在压油腔齿顶进入啮合点之前。

“以阀代井”水电站调速系统参数整定分析

对于采用“以阀代井”的水电站,其小波动过渡过程动态特性是影响水电机组安全稳定运行的关键问题之一。针对国外某工程实际,利用matlab/simulink建立了水轮机调节系统数学模型。针对部分典型工况,分别以加速度时间常数Tn、缓冲时间常数T_(d)和暂态转差系数b_(t)作为参变量,用根轨迹分析方法研究其动态特性,得到调速系统较优参数整定值,达到了改善小波动过渡过程动态品质的目的。

叶顶间隙对多相混输泵多工况增压性能的影响

叶顶间隙的存在会导致混输泵内有叶顶泄漏涡产生,进而对泵的增压性能产生较大的影响。本文以叶顶间隙为基础,定量地研究了不同叶顶间隙、流量及进口含气率对混输泵增压性能的影响。研究发现:叶顶间隙对混输泵做功性能的影响主要位于叶轮域内,且叶顶间隙的增加对于混输泵的做功性能有一定抑制作用;当叶顶间隙较小时,流量对叶轮做功性能都有明显的影响,而随着叶顶间隙的增加,流量对叶片表面压力载荷分布影响相对较小;当叶顶间隙为0.5 mm和1.5 mm时,随着进口含气率的增加,叶片吸力面压力载荷逐渐减小,而压力面的压力载荷略有增加,而当叶顶间隙为1.0 mm时,叶片表面压力载荷受到进口含气率影响很小。研究结果为混输泵增压性能提升提供一定参考依据。

全氟聚醚油基磁性液体分散稳定性研究

通过化学共沉淀法制备纳米磁性颗粒,由表面活性剂包覆后分散于全氟聚醚油中,得到具有优异性能的磁性液体。通过X射线衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、透射电镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)等表征颗粒的微观结构、包覆效果及表面活性剂用量、颗粒含量、基液粘度、磁场作用对磁性液体分散稳定性的影响。结果表明,颗粒的粒径为10~20 nm,颗粒为类超顺磁性材料,能够被表面活性剂氟醚酸化学包覆。随氟醚酸用量增多,包覆颗粒由红棕色粉末状逐渐变为黑色粘稠物,磁性液体的分散稳定性先升高后降低;随颗粒含量减少及基液粘度增大,磁性液体的分散稳定性有升高趋势;磁场作用使部分团簇颗粒发生沉降。制备出具有较高分散稳定性的氟醚油基磁性液体,有利于提升其在密封、润滑、减振等领域中的应用效果。

直角梯形极齿参数对磁性液体密封温度特性影响仿真研究

以直角梯形极齿的磁性液体密封装置为研究对象,通过仿真对比分析直角梯形各参数(密封间隙、极齿宽度、极齿高度)对磁性液体密封装置温度的影响。研究结果表明:密封间隙、极齿宽度、极齿高度等因素均会影响磁性液体的温度。其中密封间隙对磁性液体温度影响最大,其次是极齿宽度,极齿高度对磁性液体温度影响最小。相同转速时,磁性液体温度随着密封间隙、极齿高度的增大而降低,但温度的下降率逐渐减小;且相同转速时,磁性液体温度随着极齿宽度的增大而升高,但温度的变化率逐渐减小;在提高转速时,磁性液体的温度呈指数函数上升。随着转速的增高,齿形参数变化造成的磁性液体温度差也增大;在转速较大的情况下,磁性液体和永磁体的温度可能会超过其工作温度上限,造成密封失效。增大密封间隙、减小极齿宽度是降低温度、保证密封装置正常工作的有效方式。

航空压气机新型相间掠型布局的气动扩稳研究

航空发动机的气动失稳问题一直是叶轮机气动热力学领域的研究热点。为达到扩大转子失速裕度的目的,本研究基于抑制前缘溢出流的观点,调整叶片相对位置,构造新型相间掠型转子,应用定常与非定常数值计算,分析改进后叶片的流动特征。在所研究的参数范围内,相间后掠0.002m叶片的失速裕度最大,达到了14.61%,而基础型叶片失速裕度只有6.69%。新型转子具有扩稳的效果。基于非定常结果推断:由于叶片轴向位置不同步,相邻通道内叶尖泄漏流发展不一致,延缓了旋转失速的起始。

不同转子轴向间隙下双螺旋轴流泵的内部流动特性

通过改变两螺旋转子之间的轴向间隙(1、5、10 mm),研究双螺旋轴流泵在不同转子轴向间隙下的内部流动特性。基于CFD模拟平台,采用浸入实体法,运用N-S方程和标准k-ε湍流模型,对不同轴向间隙和不同工况下的瞬态特性进行数值模拟,得到双螺旋泵在不同转子间隙下各过流部件在运转过程中的瞬态流动特性。结果表明:转子间隙为1 mm时泵的扬程最高,增大转子间隙(5和10 mm)泵的扬程依次减小;1 mm间隙下泵的升压性能最好,但流体在刚进入转子域出现了明显的负压现象,间隙增大后转子内抗堵塞能力增强,负压现象得到改善;双螺旋轴流泵的主要泄漏区域在转子啮合区,随着转子轴向间隙的增大,啮合区的速度增大,出现较明显的泄漏;双螺旋泵的扬程与流量成反比,随着设计流量的增大,3种间隙泵的扬程均逐渐减小。

离心泵仿生叶片的降噪特性研究

采用仿生学思维对离心泵叶片出口进行仿生改造,结合CFD和噪声计算对设计工况下的流场和声场信息进行对比分析,用数值模拟方法验证其结构改进后的降噪效果。计算结果表明:采用仿生结构叶片能够有效的降低隔舌、蜗壳出口和叶轮流道内的湍流脉动强度,同时使流场中的涡结构尺度减小,控制流场中涡结构的分布范围,降低了离心泵内噪声源强度,达到降低噪声的目的。原模型和仿生叶片模型的压力脉动特征频率均为叶频及其低阶倍频,仿生叶片模型在各监测位置的压力脉动均比原模型有明显的降低;仿生叶片使各监测点噪声源强度降低,其出口3倍管径处的降噪效果最佳,总声压级下降3.62 dB,降噪率为3.20%;在隔舌处的总声压级下降1.15 dB,降噪率为0.67%,总体降噪率在0.67%~3.20%,达到了降噪的目的。

基于分流叶片技术的离心式航空燃油泵优化设计

为了优化提升离心式航空燃油泵空化性能,在原有常规设计叶片的基础上,采用分流叶片技术与叶片前伸设计2种叶轮模型,分别为叶片前伸头部后掠与叶片前伸头部直线。基于RNG k-ε湍流模型与ZGB空化模型分别数值计算了1800~10400 L/h流量范围下6个工况的离心式航空燃油泵单相定常与空化流场。结果表明,采用大包角长叶片的分流叶片可提高离心式航空燃油泵全流量范围内扬程,且性能曲线较平坦;1800 L/h小流量工况下3种模型效率分别为32.85%、29.52%和31.86%,7600 L/h小流量及10400 L/h额定流量工况下叶片前伸头部后掠效率比其他2种模型效率低4%;叶片前伸头部后掠与叶片前伸头部直线性能优于常规叶片空化性能。分析结果为离心式航空燃油泵的空化流动控制、效率提升提供了理论依据。

石墨烯添加剂对水电机组润滑系统性能影响

针对水电机组润滑系统中,常采用涡轮机油作为润滑、冷却介质的情况,将专门研发的石墨烯添加剂按一定比例加入水电机组润滑系统的涡轮机油中,通过现场试验研究其对润滑性能的影响。根据机组轴承瓦温监测数据,对比加入添加剂前后温度变化情况,间接反映石墨烯添加剂对水电机组润滑系统性能的影响。结果表明:所加入的石墨烯添加剂能改善涡轮机油减摩抗磨性能,为轴承润滑性能改善及轴瓦保护提供新思路。