SPH法模拟立面二维溃坝流动应用研究

光滑离子流体动力学(SPH)法是一种纯拉格朗日(Lagrange)无网格方法,近年来发展日趋成熟。对SPH法的基本原理、核函数及控制方程离散格式、边界处理方法等进行了介绍。在此基础上建立了数值水槽模型,模拟了立面二维溃坝流动问题,并将所得结果与VOF法及模型试验得到的结果进行比较,结果表明:SPH法能够捕捉到流体的飞溅及融合现象,适于模拟具有瞬时极大变形等物理力学问题。

黄河乌龙漩河段航道整治技术试验研究

乌龙漩为黄河著名的中洪水"急、险"滩险之一,右岸溪口冲积物堆积,束窄河床断面,水陡流急,下游深槽吸流强烈,波高浪大,泡漩强劲,流态恶劣,严重碍航,因此采取切嘴与填槽相结合的措施,扩大过水断面,降低流速、比降,减小河床纵坡,削弱泡漩强度,改善通航条件使之满足V级航道标准尤其重要。通过理论分析和定床模型方法,提出采取切嘴与填槽相结合的整治方案。试验表明:采取切嘴、深槽整治效果较好,河段流速、比降减小,泡漩、斜流减弱,流态明显改善,改善通航条件,满足设计要求,可作为乌龙漩滩的推荐整治方案。

澎溪河春夏季节藻类群落结构与水质状况研究

三峡水库自建成运行以来,澎溪河流域富营养化问题日益突出。本研究在2014年4-7月易发生水华的春夏时期进行,对澎溪河流域藻类群落结构特征及水质状况进行跟踪分析。结果表明:水华发生时,水环境特征发生显著变化,水质状况恶化,藻细胞密度急剧升高,藻细胞密度最高达到1176×104cells/L,水华藻种为角甲藻和铜绿微囊藻,藻种种类单一,藻类多样性显著变低。空间分布上,藻细胞密度从上游向下游呈增高趋势。相关性分析表明:藻细胞密度与TN、TP呈显著正相关,藻类大量增殖爆发与水体营养盐浓度升高具有重要联系,澎溪河流域水华问题的防治有赖于对流域内营养盐排放的有效治理。

水力式升船机控制阀门选型水力特性试验研究

为满足水力式升船机向巨型化发展的需求,进一步开展其控制阀门的选型研究十分必要。本文针对较为适应水力式升船机运行特性的两类工业阀门——活塞式调流阀与固定式锥形阀,研制了一种工业阀门水力特性试验装置,进行了系统全面的水力特性对比试验研究。研究成果表明,锥形阀的泄流能力明显优于活塞阀,流量系数随开度变化的线性度更高。两类阀门均以雾状空化为主,活塞阀对冲出流容易形成漩涡空化,对管壁的空蚀作用更强;锥形阀出流较均匀,流场结构更简单稳定。等流量系数下,两类阀门的抗空化性能差异不大,说明锥形阀近似于通过降低抗空化性能换取了更高的泄流能力。相同试验条件下,锥形阀阀后管壁沿程时均压力更高,压力脉动更弱。可见,锥形阀的综合水力特性优于活塞阀,更为适应未来水力式升船机的发展需求。

水力式升船机控制阀门水力特性试验研究

控制阀门是水力式升船机所特有的核心设备,深入全面地掌握其内部及附近的水力特性,关乎水力式升船机的运行效率及安全。针对世界上第一座水力式升船机的控制阀门--活塞式调流阀,通过物理模型试验进行了不同开度、背压、压差条件下的水力特性试验研究,重点关注阀门的流量特性、空化特性以及阀后管壁压力特性。研究结果表明:活塞阀控流精确,可将空化限制在阀口及以外,对阀门自身保护较好;但在小开度时过流能力偏低、流态不稳定、阀后管壁压力受流场影响明显,不利于管道安全。

固定式锥形阀水力特性试验研究

未来水力式升船机的发展趋势是“超高升程、超大提升质量”,对控制阀门的要求很高。综合分析典型工业阀门的水力特性可知,固定式锥形阀较为适应水力式升船机的发展需要。为全面掌握该类阀门的水力特性,通过物理模型试验,对DN 150固定式锥形阀进行了系统全面的水力特性研究。成果表明,锥形阀过流能力较强、阀后流态简单、管壁压力分布稳定,但抗空化性能略差,为保证阀门及管道安全,应用需配合可靠的防空化技术。

桩距对陡岩河岸墩式码头群桩基础竖向承载特性影响研究

采用ABAQUS有限元软件建立陡岩群桩系统三维模型,通过改变桩距、桩嵌岩深度等参数,分析陡岩群桩(四边形四桩)的竖向承载特性.研究表明,不同桩距和桩嵌岩深度条件下陡岩群桩(四边形四桩)竖向承载能力,是群桩径向膨胀与桩前岩体缺失效应、桩后岩体增强效应、承台刚度综合作用的体现.当桩距S≥4D时,不宜将承台作刚性假设.当桩距S≥5D时,群桩竖向极限承载力减小幅度、竖向承载群桩效应系数减小幅度均已超过10%(与桩距S=3D的群桩相比).在竖向荷载作用下,随着桩距的增加,承台更易于受压变形,群桩体系空间效应增强,各桩桩顶沉降的差异亦逐渐明显.

大水位变幅水库回水变动区码头通航水流条件研究

针对大水位变幅影响下的水库变动回水区码头前沿通航水流条件问题,以在建的白鹤滩水电站坝址下游白石滩翻坝码头为例,通过二维水动力数值模拟研究方法,对大水位变幅水位进行分级,开展白石滩翻坝码头通航水流条件的影响研究,得出码头最高通航流量与分级水位呈线性的关系:码头前沿水位越高通航水流条件越好,当码头河段水位≥585 m时,在各级流量下码头前沿通航水域水流条件均满足船舶安全停靠和通航的要求,说明码头按照建成后在较高水位期间运行的设计方案是可行的。

非对称河道窄缝挑流轨迹及冲刷规律试验研究

基于某水电站模型试验,系统探究了非对称河道内不同收缩比窄缝消能工的挑流轨迹和冲刷规律。研究表明窄缝挑坎出口的收缩比对冲刷坑的形态影响明显,随着收缩比的减小,挑坎两边的侧墙将水流向中间挤压,同时出射水舌在空气中充分扩散,进一步掺气消能,导致冲刷坑的深度降低、范围增大。对于非对称河床,相同流量下河床冲深会随着β增大而加大,但其冲刷横向扩散范围会显著减小。对水舌外缘挑距的公式开展了对比研究,当收缩比β>0.2时,陈忠儒公式的计算结果与试验值吻合;当β=0.2时挑流轨迹计算应采用修正后的水工计算手册公式。

硅灰对钢纤维-水泥石界面黏结强度影响

通过自制模具实现了对钢纤维从水泥石基体中拔出的实验测试,得到基体混凝土中钢纤维体积掺量为0~1.2%、硅灰取代水泥质量掺量为0~12%时钢纤维拉拔荷载-位移曲线图,通过显微硬度和SEM试验,测试得到了钢纤维-水泥石界面纤维硬度及界面区微观形貌特征。在测试基础上,提出了界面黏结拉拔韧性概念,并计算得到了界面黏结强度和拉拔韧性,分析了硅灰对界面黏结强度、拉拔韧性、界面显微硬度和微观形貌特征的影响规律。研究结果表明,硅灰改善了钢纤维-水泥石界面黏结性能,使界面黏结强度提高了10.7%~44.2%;界面区显微硬度提高了7.4%~38.8%,界面最薄弱层与钢纤维表面的距离由普通混凝土的60μm缩小到40μm,且硅灰掺量越大,效果越好;硅灰使钢纤维拉拔时峰值荷载对应的位移下降了4.1%~25.9%;对于不同掺量的钢纤维混凝土,钢纤维拔出韧性的最佳硅灰掺量为6%~9%。

飞来峡二、三线相互灌泄水船闸省水特性及效益分析

为缓解通航用水与发电、农业用水之间的矛盾,拟建的广东北江飞来峡二、三线船闸采用相互灌泄水的省水运行方式。对船闸建立水工物理模型研究其省水特性并进行效益分析,对比双线相互灌泄水的省水运行方式与单线运行方式的优劣。研究结果表明：省水运行模式每年省水2.89亿~3.77亿m3,折合水能发电量0.135亿~0.175亿k W·h;省水船闸闸室及引航道水流条件、船舶停泊条件优于单线运行模式;船闸通过能力满足通航需求。省水船闸运行具有显著的经济效益和环境效益。

一维溃坝波的数值模拟——基于WENO重构的解耦格式

采用五阶精度的WENO格式对界面变量进行数值重构,形成高精度的数值离散格式,对其捕捉溃坝波的能力进行分析。用roe平均对一维浅水方程组进行局部线性化,通过直接和解耦2种格式进行求解,数值模拟溃坝洪水的推进过程,得到沿程的水位和流速分布。与理论解的比较表明基于WENO5重构的解耦格式,具有很高的分辨率,展现了溃坝涌波的运动特性。

我国医疗保险异地结算的制度优化探讨

为解决我国医疗保险的结算制度跨区域时存在的主要问题,对医疗保险异地结算制度的基本概念进行界定,从人口流动性增大、老龄化问题严峻以及不平衡的区域医疗资源分布三个路径分析异地结算制度产生的社会根源,总结出当前我国医疗保险异地就医费用结算的主要方式。深入分析造成这些问题的根本原因,剖析我国异地就医的社会现状,并提出改革和完善的路径。

加筋高填方区码头桩基应力影响因素分析

随着内河山区水库库区港口建设朝着大型化方向不断发展,为获取更大的陆域空间,需要进行加筋高填方施工,前沿作业平台的码头桩基与加筋填方区土体的相互作用成为影响码头结构安全的重要因素。以三峡库区某架空直立式码头为例,通过室内模型试验,探讨加筋高填方区桩后土拱效应的规律,证明加筋效应对改善和提升桩基受力是有益的。运用有限元分析方法,将筋带布置方式、填方区坡度和土体物理力学参数等因素对土拱效应和桩基应力的影响进行对比分析,并对优化加筋高填方区桩基设计提出建议。

基于参数化模型的架空直立式码头损伤诱因反演

近年来架空直立式码头成为长江上游地区码头主要的结构形式之一,由于其构件数量多、外部损伤因素复杂,又缺乏有效的损伤获知手段,导致很多码头处于“亚健康”服役状态。桩基作为整个码头结构的关键构件,是“窥视”码头结构受力状态及外界损伤诱因作用的重要“窗口”。通过构建神经网络反演模型对采集的有限元计算数据进行分析,采用Python-MANSYS建立了简化计算模型,通过与实体单元模型进行对比,验证了简化计算模型的适用性。通过抽样的方式获取参数化分析的数据样本空间,并通过降维提取反演模型所需数据。在此基础上,对主要损伤诱因的相关参数进行反演,并对反演结果和模型性能进行分析。

水力式升船机组合阀运行方式优化

基于运行特性要求,水力式升船机将控制阀门设计为"一主两辅"的组合形式,多阀门同时向同一有限腔体内排放水体。为尽量降低多股紊动射流对阀门段的冲击影响,亟待解决分配三阀流量问题。以景洪水力式升船机为依托,基于充水系统阀门段建立三维数值模型,研究组合阀不同运行方式下的阀门段流场特性,讨论组合阀运行方式与流场均匀度的关系。研究成果表明:1)在主阀、辅阀单独运行或主阀与一台辅阀联合运行时,阀门段存在明显的偏流和涡旋低压区。2)在突扩体的整流稳压作用下,这些不利水力现象虽然不会危及升船机的运行安全,但考虑到运行的合理性和高效性,这些极端工况也应尽量避免。3)基于流场均匀度分析可知,三阀联合运行是最佳的组合阀运行方式。

基于格子玻尔兹曼方法的液滴撞击移动液膜过程模拟

采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴撞击移动液膜的过程,并进一步分析了雷诺数、韦伯数和初始液膜运动速度对液冠演化的影响。结果表明:初始液膜运动速度会增大上游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,促进上游液冠变形,同时减小了下游液冠处撞击后液膜运动速度不连续性,对下游液冠演化具有抑制作用;上游液冠高度随雷诺数增大而增大,但不随韦伯数的变化发生改变,而下游液冠高度则随着雷诺数和韦伯数的增大而减小,但雷诺数和韦伯数均不影响到液冠半径的演化;随着初始液膜运动速度增大,上、下游液冠高度减小,但液冠半径增大。格子玻尔兹曼伪势模型模拟结果与试验结果和理论分析一致,证明格子玻尔兹曼伪势模型可以有效模拟复杂液膜条件下液滴撞击液膜过程。

山区河流港口工程斜坡嵌岩桩竖向承载能力分析

采用ABAQUS软件模拟山区河流港口工程斜坡嵌岩桩竖向承载工况,建模过程考虑斜坡钻岩成孔、桩混凝土浇筑、桩基承载等流程,考虑材料和桩岩接触非线性影响,建立斜坡-嵌岩桩系统三维模型,经斜坡坡度、桩径、桩嵌岩深度等参数分析,提出斜坡坡度对嵌岩桩竖向承载力的影响度,分析斜坡嵌岩桩的竖向承载特性。研究表明,斜坡坡度变化导致的桩前岩体缺失效应和桩后岩体增强效应将显著影响斜坡嵌岩桩的竖向承载力;在工程设计中,应综合考虑斜坡坡度、桩径和嵌岩深度等因素对斜坡嵌岩桩竖向承载能力的影响,经经济性和适用性比较,确定合理的设计参数。

太阳能烟囱在地下空间中的通风特性及优化

建立无量纲模型对不同Ra下太阳能烟囱内部气体流动特性及出口质量流率规律进行数值分析,提出结构优化方案以增大烟囱出口质量流率。研究结果表明,随着Ra的增加,烟囱内气体由完全出流逐渐转变为出口反向流特征,出现反向流时Ra近似为106;分析烟囱出口质量流率得到,出口处无量纲质量流率随Ra的增大而增大,但反向流的出现会减小其增长率。出口反向流现象是影响太阳能烟囱强化通风效果的重要因素之一,由此提出倾斜式优化通风结构。

液滴倾斜撞击液膜液冠演化规律

采用可调节表面张力的大密度比格子玻尔兹曼伪势模型模拟了液滴倾斜撞击液膜的过程,分析了不同雷诺数、韦伯数、液膜厚度和碰撞角对液冠演化的影响。结果表明:碰撞时能量损失随着雷诺数增大而减小,但随着液膜厚度增大而增大;上下游液冠高度均随着雷诺数、韦伯数和碰撞角的增大而增大;同时上下游液冠高度随着液膜厚度的变化呈现先增大后减小的趋势,液膜厚度为0.25倍液滴半径时达到最大值。液冠延伸长度同样随着雷诺数和碰撞角增大而增大,但并不随着韦伯数的增大而变化,同时液冠延伸长度随着液膜厚度增加而减小。