附属管线对隔水管涡激振动影响的数值模拟研究

涡激振动现象会引起海上钻井平台隔水管发生结构失稳和疲劳破坏。针对附属管线安装位置对隔水管的涡激振动影响开展了三维数值模拟,采用CFD大涡模拟计算方法,对不同来流角度α、直径比d/D和间距比G/D情况进行数值模拟,得到隔水管所受的升力和阻力变化情况并对其进行频谱分析。模拟结果表明:隔水管所受的升力和阻力对来流角度的变化很敏感,阻力系数CD和升力系数均方根CrmsL随来流角α的增大而减小,并在α值为30~45°范围内降至最低;用来表征隔水管后方漩涡脱落频率的St数随α的增大略有增大,但总体稳定保持在较低值范围。根据模拟结果,附属管线在直径比d/D值应在0.2~0.3范围内,间距比G/D值在0.3~0.4范围内的布置方式对隔水管涡激振动的抑制效果最为理想。     

湿式弦栅丝绕流传热介观模型推导与数值仿真

将隧道施工过程中产生的污风进行净化消热处理,对施工隧道环境控制具有重要意义。为了找到热流体穿越湿式弦栅丝的流动换热规律,采用格子玻尔兹曼方法,建立低雷诺数下的圆柱绕流传热介观模型,进一步结合已有关联式验证模型的准确性;基于上述模型,考察雷诺数Re=200的条件下串列圆柱绕流流场与温度场分布;量化不同间距比L/D下流场与温度场的结构演化,分析换热特征参数努塞尔数Nu与间距比和换热时间的关系,揭示流场结构对温度场的影响。结果表明：流场与温度场的分布规律具有一致性,不同L/D下流场与温度场呈现不同特征,L/D较小时,上下游圆柱之间形成流动死区,换热效果差,随着L/D的增大,下游圆柱对上游圆柱流场的抑制作用减弱,尾流中出现旋涡,流动死区被打破,冷热流体掺混增强;存在临界间距比L/D=2.65,超出这一临界间距时,下游圆柱时均Nu始终大于上游圆柱,且当L/D=4时,上下游圆柱时均Nu趋于稳定,在具体工程应用中,应使间距比L/D≥4。     

深海立管VIV预测模型及影响因素研究

为有效预测多因素作用下深海立管涡激振动(VIV),首先,基于欧拉-伯努利梁弯曲理论和改进范德波尾流振子方程,考虑管内流动流体和立管横向(CF)和顺向(IL)耦合作用,建立海洋立管涡激振动预测模型,用埃尔米特插值函数离散立管微分方程,纽马克-β法在时域内迭代求解立管位移;然后,设计VIV试验,并将试验数据与模型计算结果进行对比验证;最后,研究海流流速、内外流流速和顶张力对深海立管涡激振动特性的影响。结果表明:海流流速越大,立管振动频率越高,振动幅值越大;立管固有频率随内流流速的增大可能降低到锁振频率范围,加速立管的疲劳破坏,顶张力对立管内流影响有明显抑制作用,立管双向耦合作用在涡激振动分析中不容忽视。     

圆柱钝体绕流火焰旋涡特性研究

在森林火灾中各种旋涡大量存在。本文着重研究圆柱钝体绕流火焰旋涡的形成机理和特征。通过各种实验手段观测火焰在圆柱钝体周围的动态结构变化，建立了涡核半径的模型公式。实验结果同时表明，在低能量火的情形下圆柱钝体的存在使得火蔓延速率下降，因而提出一个新的阻力因子模型以修正顺流燃烧蔓延速率。     

不同交通流下车辆对桥梁涡振稳定性影响的试验研究

涡激振动是桥梁风致振动中最常见的现象,通常在较低的风速下发生,且对结构气动外形的变化很敏感,车辆行驶在桥梁上势必会改变桥梁断面的外形,因此,研究不同交通流下车辆对桥梁涡激振动的影响非常必要。为了考虑实际运营中车辆对桥梁涡振的影响,基于自由悬挂节段模型试验系统,分别对无车、自由车流和繁忙车流3种交通流状态下车辆对桥梁涡振振动的影响进行了风洞试验。测试了涡振响应和涡振频率,分析了车辆对桥梁涡振响应的影响及机理。结果表明,由于车流显著改变了主梁的气动外形,并且增加了系统质量,不同交通流下车辆对桥梁涡激振动起到了抑制作用。偏于安全考虑,实际桥梁的涡激振动试验可以不用考虑车辆的影响。     

横向风对浮力扩散火焰的振荡影响研究

火焰振荡频率是火灾科学研究领域的一个重要基本参数,对横向风下火焰振荡频率的研究可以为火灾图像探测的参数设置提供理论依据。针对浮力扩散火焰(0.6×10~(-5)弗洛德数Fr2×10~(-2),10~2理查德森数Ri10~5),本研究将横向风条件下火焰结构假设为倾斜的柱状,通过对燃烧产生的浮力和横向风产生的拖曳力进行动力学分析,得出横向风条件下火焰振荡频率表达公式。结合实验结果得出,火焰振荡频率的理论值和实验值均随拖曳系数的增大(即外界风速的增加)而增大,但实验值的上升趋势较理论值平缓.这是因为公式忽略了风速对火焰温度和系数K的影响。     

基于光纤监测技术的燃气管道泄漏研究

为提高燃气管道监测的时效性和准确性,利用光纤光栅技术研究燃气管道泄漏过程的振动特性。根据实际工况搭建输气管道试验平台,通过光纤布拉格光栅(FBG)传感系统采集管道壁面振动信息,使用傅立叶变换和滤波等处理手段分析振动信号频谱。结果表明:输气管道泄漏瞬间会产生明显的振动波,泄漏后泄孔附近管道壁面振动的加速度增大,且增幅与泄孔大小呈正相关关系,与沿管道方向传播距离呈负相关关系;泄漏产生了频率约为350 Hz的振动波;应用光纤光栅传感技术定位泄漏点,精度达±2. 5 m。     

螺旋侧板对立管水动力影响的数值模拟研究

针对附有三板式螺旋侧板的立管水动力影响问题展开三维数值模拟研究,采用CFD大涡模拟方法,对不同的螺旋侧板高度h和螺距P在雷诺数分别为3 900,10 000和20 000条件下进行模拟分析,得到立管后方阻力系数CD、升力系数CrmsL、斯特劳哈尔数St及其频谱等特性。模拟结果表明:螺旋侧板对立管升力和阻力有明显的抑制效果,升力系数均方根值CrmsL较光滑立管降幅最大达到95.8%,但随着螺旋高度h的增加,会引起立管的阻力增加,螺旋高度h为0.1D～0.2D（D为立管直径）时的抑制效果较好,并且h为0.1D时的抑制效果最为理想;CD值和CrmsL值均随螺距P的增大而增大并保持在较低值范围,两者均在P=12.5D附近出现了随螺距P的增大而减小的现象,侧板螺距P在取值为5D～17.5D范围内的选择对立管的升力和阻力抑制效果较好。     

泄爆口参数对氢气火焰传播过程影响的数值模拟*

为了减少管内气体爆炸造成的损失与破坏,基于大涡模拟LES模型和Zimont燃烧模型,研究泄爆尺寸(直径为40,60,80 mm)和泄爆位置(侧方距点火端1,3,5 m)等泄爆条件对受限空间中氢气燃爆特性的影响。研究结果表明:大孔径泄爆口更好的排放效果造成火焰锋面在通过泄爆口时发生严重畸变,而泄爆口与点火端距离的增加则会削弱火焰锋面畸变的程度,且不同尺寸泄爆口产生的泄压效果差异较大。因此,应考虑将合适尺寸的泄爆口设置于靠近易燃点处。通过探索不同泄爆孔径与泄爆口位置对氢气火焰传播的影响规律,可为实际应用中的安全泄爆起到指导性作用。     

内置变径障碍物组管道内爆轰波传播规律的研究

为了研究爆轰波与变径障碍物组的相互作用规律,基于化学反应Euler控制方程组,结合高精度加权本质无振荡WENO(Weighted Essentially Non-Oscillatory)空间离散格式和高精度ILW(Inverse Lax-Wendroff)固壁边界处理技术,研发了爆炸动力学的一致高精度仿真程序,并对爆轰波在内置圆柱障碍物组管道中的传播规律进行了研究,获得了爆轰流场内部反射以及绕射等作用下产生的清晰的复杂波系结构。研究结果表明:圆柱障碍物组半径的变化对绕射区45°方向上障碍物壁面上的最大压力影响较小;障碍物组半径不变的情况下获得的对称轴线上最大压力的最大峰值最大。     

过渡流下三列圆柱传热特性的数值模拟

为了研究过渡流状态下管外流体流动与传热特性的影响因素,利用基于复合网格系统的计算方法,对不同横向间距比与纵向间距比下的三列交叉圆柱列进行数值研究。研究结果表明,纵向间距一定时,横向间距对旋涡的位置及强弱有显著影响,且因上游圆柱不稳定性尾流对下游圆柱的洗刷作用使圆柱列存在一个最佳横向间距使换热效果最佳;横向间距一定时,三列交叉圆柱列的换热效果均随纵向间距的增大而递减。     

海洋立管内流流动分析及疲劳寿命预测

涡激振动是立管发生疲劳破坏的关键因素之一。为了更加准确预测其疲劳寿命，基于Van Der Pol尾流振子模型，考虑内外流共同作用对立管的涡激振动影响及横向和顺流向的耦合作用，建立了立管涡激振动方程，用Hermit插值函数和Newmark-β法对方程求解，进一步采用P-M准则对立管疲劳寿命进行分析。并且通过设计试验对模型进行验证，最后研究管内流速对位移响应和疲劳寿命的影响。结果表明:立管振动位移随内流流速的增加而增加，造成立管疲劳寿命降低；通过增大顶张力可以有效消除内流的影响；立管两自由度涡激振动疲劳寿命大体相等，因此双向耦合作用在立管振动分析中应给予足够重视。     

振动纤维栅除尘器中单纤维振动特性的研究

在振动纤维栅除尘器中,气流绕流纤维时旋涡脱落频率（Re＞40）与纤维的固有频率相近,发生同步效应,使振动纤维栅中的纤维产生共振响应。本根据弦的波动方程,运用振型叠加法计算纤维的振动响应,并与实验结果进行了比较。结果表明,纤维的共振幅响应与固有频率、阻尼比、旋涡脱落频率（Sr数）、流体的作用力有关,并给出了振幅表达式。     

低雷诺数涡街流量传感器在安全环保工作中的应用

本文介绍了低雷诺数涡街流量传感器的原理和结构,主要介绍它在采样流量控制、流速测量、职业卫生和气体流量校准方面的实际应用。     

基于Fluent软件的尾矿坝体渗流污染模拟研究

简要分析尾矿渗流污染过程,尾矿坝体是主要渗流治理对象,运用传质原理,引入尾矿废水与污染物之间的曳力系数,提出污染物传质速度与废水速度计算公式,进而改进浸润线计算公式,利用Gambit软件建立了尾矿坝渗流的二维几何模拟模型,将尾矿坝内部的尾粉砂和尾粉土理化特性常数输入Fluent模拟多孔介质模式,模拟废水在其中的流动状态,对比分析污染物在尾矿坝的污染情况.依据模拟结果,分析了尾矿坝废水速度场和压力场,结合公式推测污染情况和浸润线变化.     

An experimental study of viscous flows in contractions

The need to improve the methods used when designing emergency, pressure-relief systems on polymerisation reactors, has made the flow of highly viscous fluids in pipeline fittings highly topical. This paper investigates the flow processes involved in single-phase, viscous flows in nozzles and orifice plates. These fittings were chosen because they would give an insight into the behaviour of highly viscous flows in other geometries, such as the flow upstream of the seat in a pressure relief valve. Experimental data are presented for a pipe, two conical nozzles and a sharp-edged orifice plate for laminar flows in the Reynolds number range 50–400 and for turbulent flows. The volume flow rate—pressure drop characteristics are presented for both nozzles and the orifice plate. The discharge momentum flow rate for the pipe, a nozzle and the orifice plate are also given. Analysis of the data shows that nozzles and orifice plates that are geometrically similar have a similar resistance to flow. It is also shown that the contraction coefficient for an orifice plate tends to unity at low Reynolds numbers.     

百叶式风窗流场分布及局部阻力特征研究

为确定百叶式风窗的流场分布特征,叶片角度和有效过风面积与局部阻力系数的关系,采用CFD数值模拟的方法,对叶片开启不同角度下,风窗局部流场特征进行三维仿真研究.研究结果表明:叶片开启45°后导致局部阻力突变和风流重新分配;主流风速在风窗入口逐渐形成,随距底板高度的增加,高风速区域面积不断增加,风速峰值随风流向风窗后方移动...     

Experimental research of flow rate and diffusion behavior of nature gas leakage underwater

In order to assess the potential risk of pipeline underwater leakage, a self-designed experimental setup is carried out to study the gas release rate and dispersion behavior in different release scenarios. A transparent organic glass tank with dimension of 1 m × 0.5 m × 0.5 m (height × width × length) was placed in a wind tunnel. The release pipeline made by stainless-steel with diameter of 25 mm were used to simulate for variation release depth. The different size and shape of leakage orifices in 1 mm, 3 mm, 5 mm in round and 3.5 × 2 mm, 7 × 1 mm in rectangle were designed for comparison. The medium of methane gas was released from the controllable cylinder. The variation parameters of flow rate and pressure were measured by a flow meter and pressure gauge respectively. A high speed camera was employed to recorded the phenomenology of dispersion characteristics and breakup process for a wide range of orifice size in the time-resolved images. The dynamic plume diameter on water surface was measured by a Vernier caliper placed above the water tank. The considered factors including orifice size, leakage pressure and water depth effect on gas flow rate and dispersion behavior was quantitative investigated. The fitting correlation between the gas flow rate and variation parameters can provide fundamental information for evaluation the hazard consequences of gas release in engineering application.