检索结果-内蒙古大学图书馆

作者：贺凯大连理工大学

学位级别：硕士

近些年,随着我国海洋养殖产量不断增加,导致近海养殖水质持续恶化,海洋自然灾害频发与海产品品质下降已严重制约我国海水养殖的发展。为优化海水养殖产业的空间布局,充分利用外海优质的水质资源,我国积极推动海洋养殖业向深蓝海域拓展... 详细信息

近些年,随着我国海洋养殖产量不断增加,导致近海养殖水质持续恶化,海洋自然灾害频发与海产品品质下降已严重制约我国海水养殖的发展。为优化海水养殖产业的空间布局,充分利用外海优质的水质资源,我国积极推动海洋养殖业向深蓝海域拓展。然而,深海海域远离岸线,环境复杂多变且极端恶劣,对深海养殖系统的能源供应与结构安全提出了严苛的挑战。随着可再生能源的快速发展,太阳能光伏系统在海洋工程中的应用日益广泛。同时,浮式防波堤作为保护海上结构物的重要措施,可以显著降低波流对深海养殖系统的冲击,其中浮式水平板防波堤因其卓越的消波效果与运动稳定性成为保护深海养殖设施的理想选择。基于此,尝试将太阳能光伏与浮式水平板防波堤相结合,提出一种新型浮式回字形防波堤概念。浮式水平板防波堤作为其消波主体,不仅能为深海养殖设施提供保护,还能为太阳能光伏系统提供足够大的布置面积。本文以新型回字形防波堤的消波主体——水平板为对象展开研究。采用数值方法模拟波浪与水平板的相互作用过程,通过分析流场现象研究其消波机理,为新型防波堤的概念设计提供理论依据。特别对水平板应对长周期波浪时消波效果不佳的问题展开研究,并提出针对性的改进方案。本文的主要内容主要涉及以下几个方面: (1)建立了一种能够生成准确无衰减波浪的数值波浪水池模型,用于模拟水平板与目标波浪的相互作用过程,通过对板周围流场现象的分析,探讨水平板的消波机理。数值结果表明板后波浪分解、板下水体速度衰减与板周围涡旋的产生与脱落,是水平板具有显著消波效果的主要原因。在此基础上,进一步研究了潜深和板宽变化对消波效果的具体影响。分析结果表明,随着潜深增加,板后透射系数呈现出先减小后增大的趋势。而与之不同的是,随着板宽的逐渐增大,透射系数持续降低,但降低的幅度逐渐减小。此外,通过分析板下水体速度变化后发现,在潜深较小的情况下,出板位置处板下水体的水平速度标准差可以作为衡量水平板消波效果的重要指标。 (2)基于水平板消波效果的相关结论,对新型回字形浮式防波堤进行概念设计,采用实尺度模型进行数值计算以评估其在实际恶劣海况下的消波性能及运动响应。结果表明新型防波堤不仅展现出良好的消波效果,而且能够有效将内部流场流速衰减至较低水平,从而显著降低内部养殖网箱所受到的水动力载荷。在此基础上,进一步将光伏发电与新型防波堤相结合,设计了一种可以实现“渔光互补”的深海养殖系统。 (3)采用数值方法研究了水平板与长周期波浪相互作用的过程,其板后波浪透射系数表明水平板对于长周期波浪的消波效果不佳,经过分析后发现,相较于短周期波浪,长周期波浪水质点速度幅值随水深变化更加均匀。因此,位于自由表面附近的水平板难以对较深处的水质点速度形成有效干预,导致消波效果不佳。针对这一问题,提出了被动式与主动式两种消波改进方案。数值结果表明,被动式方案仅能影响局部水质点速度或无法显著降低出板位置处水质点水平速度的波动强度,因此其消波效果提升不显著。然而,对于可进行往复运动的主动式推板结构,将其速度变化与板下水体水平速度变化设定为反相位时,可以显著改变水平板下方大部分水体的运动轨迹及速度分布,大幅降低出板位置处板下水体水平速度的波动强度,显著提高水平板针对长周期波浪的消波效果。这一研究为优化防波堤设计、提高其在长周期波浪下的消波性能提供了新的思路和方法。

关键词：浮式水平板防波堤 cfd数值模拟消波机理防波堤概念设计长波抑制

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涡旋压缩机型线参数优化设计及综合性能研究

涡旋压缩机型线参数优化设计及综合性能研究

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作者：刘伟康安徽建筑大学

学位级别：硕士

随着市场需求的不断转变,涡旋压缩机设计与优化工作有了很多的变化,越来越多的设计环境追求轻量化的同时,也要求涡旋压缩机性能基本不变。动静涡旋盘是涡旋压缩机最关键的零部件,不同几何参数下的涡旋压缩机几何性能和力学性能有很大差... 详细信息

随着市场需求的不断转变,涡旋压缩机设计与优化工作有了很多的变化,越来越多的设计环境追求轻量化的同时,也要求涡旋压缩机性能基本不变。动静涡旋盘是涡旋压缩机最关键的零部件,不同几何参数下的涡旋压缩机几何性能和力学性能有很大差异,因此本文从涡旋压缩机几何性能和力学性能出发,构建更为完善的圆渐开线涡旋压缩机几何参数优化模型。本文主要研究内容如下: (1)建立圆渐开线涡旋压缩机数学模型,研究涡旋压缩机基本几何参数基圆半径、渐开线起始角、涡旋体壁厚与涡旋齿高度之间存在的数学关系。通过计算分析,发现基圆半径、渐开线起始角对涡旋盘的形状影响最大。再研究涡旋盘在运动过程中的力学特性,推导计算涡旋盘在运动过程中所受的气体力。 (2)运用PSO粒子群算法和NSGA-Ⅱ多目标算法两种不同遗传算法优化涡旋压缩机的几何参数。PSO粒子群算法优化以涡旋压缩机的能效比为目标函数,通过优化涡旋压缩机几何参数达到提高能效比为目的。NSGA-Ⅱ多目标优化算法在PSO粒子群算法优化的基础上添加目标函数:压缩比以及动静涡旋盘所受轴向气体力、径向气体力、切向气体力,优化涡旋压缩机几何参数达到提高能效比和压缩比,减小气体力对涡旋压缩机运行过程中的影响,提高运行稳定性的目的。对比不同遗传算法优化结果,分析涡旋盘优化前后几何参数和性能参数的变化。 (3)建立优化前后涡旋压缩机的动静涡旋盘几何模型,对比优化前后几何性能,PSO优化和NSGA-Ⅱ优化后动静涡旋盘质量比优化前分别减小7.92(4)、9.11(4),体积分别减小7.93(4)、9.1(4)。建立涡旋压缩机内部工作腔流体域数学模型,利用cfd数值模拟研究其内部流体域瞬态变化规律,对比优化前后涡旋压缩机的工作特性,PSO优化和NSGA-Ⅱ优化后进气口平均质量流量比优化前分别增大84.25(4)、27.45(4),出气口平均质量流量比优化前分别增大82.14(4)、28.84(4)。再对优化前后动涡旋盘进行热流固耦合分析,研究动涡旋盘在温度—气体载荷共同作用下的变形情况。优化前后动涡旋盘在工作过程中的所受最大应力均远小于涡旋盘材料的屈服强度。NSGA-Ⅱ优化后的动涡旋盘在工作过程中应力波动相对于优化前减小73.42%,应变量变化相对于PSO优化后减小84.7%。NSGA-Ⅱ优化后比优化前和PSO优化后的涡旋压缩机工作更加稳定。本文为圆渐开线涡旋压缩机优化设计提供参考。图[47]表[21]参[69]

关键词：涡旋压缩机几何参数遗传算法 cfd数值模拟热流固耦合

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水下固体火箭发动机复杂多相流场数值模拟

水下固体火箭发动机复杂多相流场数值模拟

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作者：周娟华中科技大学

学位级别：硕士

固体火箭发动机具有结构简单、可靠性高的优良特性,逐渐成为水下航行器的首选推进装置,发动机水下工作的尾流场是一种十分复杂的燃气超声速射流多相流场,包含掺混、传热和相变等物理现象,流场结构的迅速演化和流场压力的强烈脉动可能会... 详细信息

固体火箭发动机具有结构简单、可靠性高的优良特性,逐渐成为水下航行器的首选推进装置,发动机水下工作的尾流场是一种十分复杂的燃气超声速射流多相流场,包含掺混、传热和相变等物理现象,流场结构的迅速演化和流场压力的强烈脉动可能会造成发动机的性能下降甚至故障。因此,研究固体火箭发动机水下工作过程中不同条件对发动机性能与推力特性的影响规律,对于掌握水下推进具有重要意义。本文建立了基于FLUENT的二维轴对称模型,采用Mixture多相流模型对流场进行数值模拟,主要对不同水深、燃气温度、燃烧室压力和来流条件下的发动机尾流场特性和推力特性进行了分析,发现射流燃气泡的演化主要包括初始燃气泡阶段和射流通道阶段,始燃气泡在膨胀、颈缩后脱离尾壁面,形成锥形射流通道并出现不稳定性结构,远场燃气泡内存在周期性结构变化。影响流场特性的因素主要是水深、燃气温度、燃烧室压力和来流,水深增大,初始燃气泡体积与射流通道尺寸减小,初始燃气泡更早开始颈缩;燃气温度升高,射流通道变成相继收缩与膨胀的形态,水蒸气在燃气泡前端聚集;燃烧室压力增大,燃气泡主尺度减小,流场中水蒸气含量降低;来流造成射流长度、细长度和射流通道轴向尺寸增大,加速了欠膨胀条件下燃气泡的演化历程,使过膨胀条件下燃气泡不同位置产生周期性生长结构;水深与燃烧室压力的变化还会使激波向喷管移动甚至进入喷管内,流场中距离射流核心区越近的点压力波动越强烈。影响发动机推力性能的因素主要是水深、燃烧室压力和来流。水深越大,发动机的平均推力与脉动幅值越大;燃烧室压力越大,发动机平均推力越大;来流对欠膨胀状态下发动机平均推力影响很小,但会造成过膨胀状态下发动机平均推力下降。

关键词：固体火箭发动机水下超声速燃气射流多相流 cfd数值模拟

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灌排用PVC桥型中空管力学性能与监测试验研究

灌排用PVC桥型中空管力学性能与监测试验研究

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作者：金文粲广西大学

学位级别：硕士

PVC中空壁管道具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击韧性好、连接可靠、内壁光滑等优点,在市政、建筑、农业领域都有广泛的应用。针对现有中空管材抗变形能力差,易发生管壁屈曲的问题,本文改进了中空管道孔型结构,并通过试验与模拟的方... 详细信息

PVC中空壁管道具有强度高、质量轻、耐腐蚀、抗冲击韧性好、连接可靠、内壁光滑等优点,在市政、建筑、农业领域都有广泛的应用。针对现有中空管材抗变形能力差,易发生管壁屈曲的问题,本文改进了中空管道孔型结构,并通过试验与模拟的方法对桥型中空管进行基本的力学性能测试、管-土相互作用研究与管网应用的监测研究。主要研究内容及结论如下: (1)对PVC树脂进行了丙烯酸酯(ACR)共混改性,管材的韧性明显提高,拉伸时断裂伸长率提高了30%。对轴向中空壁管孔型结构进行了优化研究,提高了现有轴向中空壁管的力学性能。平行板压缩及有限元分析表明:孔形会影响轴向中空壁管的承载能力。在径向压缩30%的情况下,桥型中空管的破坏率大大降低,最大承载能力提高了8%,柔性得到了明显提高。桥型孔洞结构可以减小应力集中,从而提升内外压承载能力。 (2)通过埋地砂箱试验与数值模拟,研究了埋地桥型中空管在不同地面荷载下的管道变形、管壁应力状态、管周土压力的分布特点,并进行了内外压的耦合分析。研究表明,内外荷载引起的管道变形并不等于简单的叠加,有限元模型可以很好的模拟管道的受力情况。参数分析表明,软弱地基和未压实都会对管道产生不利影响。与其他类型管道相比,桥型中空管展现了更加优异的力学性能和环境适应性。 (3)设计了桥型中空管网系统,通过该管网监测试验与cfd数值模拟相结合,研究了不同管网形式、不同压力下管道流速差异及开展了管网关键部位的变形监测,结果表明:双环管网之间的相互联通有利于平衡不同出口的流速和给水效率;离入口越远,流速越小,压力对流速具有明显影响,且对远端流速的影响更大;管道变形以环向应变为主,接口相较于管道变形更大、更不均匀,插口的变形要大于承口。

关键词：桥型中空管力学性能管-土相互作用 cfd数值模拟双环管网

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长水平段井眼岩屑运移浆体模型应用研究

长水平段井眼岩屑运移浆体模型应用研究

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作者：肖昌键长江大学

学位级别：硕士

水平井具有单井控制可采区域面积最大,单井产量高等优点,在油气藏开发过程中得到广泛的应用。在长水平段钻进过程中,由于钻柱偏心,岩屑自身重力等原因导致环空流速分布不均,岩屑上返困难,在井筒底部会形成岩屑床,易发生卡钻等复杂事故... 详细信息

水平井具有单井控制可采区域面积最大,单井产量高等优点,在油气藏开发过程中得到广泛的应用。在长水平段钻进过程中,由于钻柱偏心,岩屑自身重力等原因导致环空流速分布不均,岩屑上返困难,在井筒底部会形成岩屑床,易发生卡钻等复杂事故影响钻井时效,增加钻井成本。在已有的水平井岩屑运移的理论基础上,结合浆体模型理论进行仿真模拟,对长水平段井眼岩屑运移机理开展研究,主要研究工作如下: 在浆体模型条件下对水平段的岩屑进行受力分析,以欧拉-欧拉双流体模型为基础,根据液相和固相的质量守恒方程,动量方程和颗粒动理学研究了岩屑运动状态,建立了岩屑运移解析模型。采用cfd软件模拟岩屑在井筒内的运动状态和颗粒分布,得到岩屑浓度、钻井液流速和岩屑流速分布图,沿程压降,环空流域内剩余岩屑质量,研究揭示了排量、钻杆旋转的速度以及钻井液的流变特性是如何对长水平段水平井岩屑运移效果产生影响的。研究发现,在进行水平井钻探时,增加排量和提高钻柱的转速都可以有效地提升井眼的清洁度。在钻井液的流变参数方面,各种不同的流变参数对岩屑运移效果的影响是有所区别的。当钻井条件发生变化时,会导致井下流体流态发生改变,进而使岩屑运移效果发生较大改变。因此,在不同的排量和钻杆的旋转速度条件下,钻井液的各种流变参数都应该有一个最佳的取值范围。钻井参数不同时,应对钻井液进行优选。结合实钻井H井,通过cfd仿真模拟对钻杆转速、钻井液排量、钻井液密度,屈服强度,稠度系数和流性指数优选。实钻结果表明,岩屑返出情况良好,水平段未出现遇阻卡钻情况,施工日期大幅缩短,井眼清洁效果优于邻井,长段水平井岩屑运移的浆体模型应用效果较为理想。

关键词：水平井岩屑运移浆体井眼清洁 cfd数值模拟

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邮轮餐厅气流组织数值模拟与优化研究

邮轮餐厅气流组织数值模拟与优化研究

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作者：张荣祥哈尔滨工程大学

学位级别：硕士

随着人们消费水平和生活品质的提升,邮轮旅游成为越来越受欢迎的休闲方式。餐厅作为乘客在邮轮航行中用餐和社交的重要场所,其内部环境的舒适性成为人们关注的焦点。邮轮餐厅具有密闭性强、热源复杂及高人流密度等特点,造成空气流通性... 详细信息

随着人们消费水平和生活品质的提升,邮轮旅游成为越来越受欢迎的休闲方式。餐厅作为乘客在邮轮航行中用餐和社交的重要场所,其内部环境的舒适性成为人们关注的焦点。邮轮餐厅具有密闭性强、热源复杂及高人流密度等特点,造成空气流通性差和气流组织紊乱等问题,从而加剧了热环境的复杂性,影响游客的用餐体验。因此,对邮轮餐厅的气流组织进行模拟优化研究,成为了改善舱室热舒适性及空气品质的关键。本文以特定邮轮中餐厅为案例,进行气流组织优化的相关研究。首先,本文基于计算流体力学理论,构建了邮轮餐厅气流组织的数学模型,并选用了RNG k-ε 湍流模型进行cfd数值模拟。通过与文献中实验数据进行对比,验证了该湍流模型在模拟复杂热环境中空气流动的可靠性。同时,综合考虑到垂直温差、预测平均投票-预测百分比不满意、空气分布均匀性及空气龄等关键因素,构建全面的评价体系,评估舱室不同气流组织方案的综合性能。其次,根据邮轮餐厅的具体布局特点和散热特性,分析并计算了夏季工况下的邮轮餐厅冷负荷、送风量及新风量等关键参数。结合船舶常用送风方式,设计了上送侧回、侧送侧回及下送风三种送风方式,以满足邮轮餐厅的实际应用需求。利用Airpak软件对邮轮餐厅内不同气流组织方案进行数值模拟,对比分析其在热舒适性、送风效率及排污效果等方面的性能,深入分析了不同送风方式及风口布置对舱室气流组织的具体影响。研究结果显示,上送侧回和下送风两种气流组织形式均能有效满足人体的热舒适性需求;其中上送侧回方式下,室内空气品质更佳;通过合理调整送风口的布置和数量,可以有效提升餐厅内温度场和速度场的均匀性,进一步改善餐厅的热舒适性和空气质量。最后,采用层次分析法(AHP)结合逼近理想解排序法(TOPSIS)系统地评估了多种气流组织方案。利用AHP法结合量化的评价指标及专家知识和经验,确定了各指标的相对权重,并通过TOPSIS法计算各方案与理想最优气流组织方案的接近程度,以决策最佳方案。同时,本文还探讨了地板送风系统在邮轮餐厅中的应用,对比其与传统送风方式的主要优势,发现地板送风在空气品质及节能方面效果优异,也可作为邮轮餐厅送风系统的优选方案。本文研究旨在为邮轮舱室环境优化提供理论依据,也为实际应用中的船舶舱室环境控制提供了参考。

关键词：邮轮餐厅气流组织送风方式热舒适性 cfd数值模拟

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NST分解炉内多元流场的数值模拟与优化研究

NST分解炉内多元流场的数值模拟与优化研究

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作者：邓如意安徽理工大学

学位级别：硕士

水泥分解炉是预分解技术的核心热工反应装置,其内部涉及颗粒湍流流动、煤粉燃烧、辐射换热、生料分解以及污染物的排放等众多复杂热工过程。其中,煤粉燃烧放热与生料分解吸热二者相互影响与制约,其耦合机理极其复杂。为了更清楚地了解... 详细信息

水泥分解炉是预分解技术的核心热工反应装置,其内部涉及颗粒湍流流动、煤粉燃烧、辐射换热、生料分解以及污染物的排放等众多复杂热工过程。其中,煤粉燃烧放热与生料分解吸热二者相互影响与制约,其耦合机理极其复杂。为了更清楚地了解水泥分解炉内风、煤、料的分布情况和运行规律,为工程技术人员提供可靠的运行参数,亟需寻求一套合适的数值计算方法对其内部多元流场进行数值模拟研究工作。本研究通过cfd仿真模拟结合现场热工标定测试,针对某厂5000 t/d产量的NST分解炉,通过改变还原燃烧器的安装高度、安装角度以及分煤比例进行数值模拟计算,从而为分解炉结构参数和运行参数的优化设计提供强有力的科学依据。其主要研究内容如下: 针对5000 t/d的NST分解炉,借助三维建模软件Solidworks建立了NST分解炉的流场几何模型,采用分块划分策略划分网格并进行网格无关性的验证,为后续数值模拟研究工作提供强有力的计算条件。依据NST分解炉实际运行工况,选定标准k-ε模型模拟分解炉内气相湍流流动,颗粒相的运动采用DPM模型模拟,激活随机轨道模型模拟气固两相间的湍流作用,煤粉的燃烧采用有限速率/涡耗散模型模拟并建立异相组分输运模型模拟生料分解,考虑到分解炉内的辐射换热影响,选取P1模型进行模拟。对于近壁面区域的流动,采用标准壁面函数。基于热工标定的数据,借助Fluent软件对NST分解炉内流场、温度场及组分浓度场等多元流场进行数值模拟研究。将数值模拟结果分解炉出口温度、出口平均速度与实际运行结果进行了对比,验证了本文数值模拟计算方法与所选取数学模型的可行性。采用上述计算方式,通过改变NST分解炉锥部还原燃烧器的安装高度及角度来优化炉内三维冷态流场。分析NST分解炉截面云图、煤粉颗粒停留时间图及截面平均湍流动能分布等图,确定了最佳安装高度和最佳安装角度。基于结构优化后的还原燃烧器,对燃料进行分级设计,通过分析NST分解炉截面湍流动能云图、温度分布云图、各组分浓度分布云图以及相关曲线图,得到了最佳燃料分级比例。本文通过对NST分解炉中还原燃烧器的结构参数以及运行参数的研究,掌握了其内部流场、温度场及组分浓度场的分布规律,为该分解炉结构的优化设计及运行参数的调节提供了参考依据,对水泥工业具有较大的应用价值。图 51 表 14 参 88

关键词： NST分解炉 cfd数值模拟结构优化燃料分级 DPM

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双排柔性光伏板气动力特性与基本风压时空演变过程研究

双排柔性光伏板气动力特性与基本风压时空演变过程研究

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作者：任若璇大连理工大学

学位级别：硕士

双排柔性光伏支架在服役期间时刻承受风荷载的作用,作为一种柔性大跨度结构,其对风荷载十分敏感。结构的风荷载设计值主要取决于基本风压和风压系数,而现有的光伏板气动力特性研究以及规范设计主要聚焦于刚性光伏支架,对双排柔性光伏支... 详细信息

双排柔性光伏支架在服役期间时刻承受风荷载的作用,作为一种柔性大跨度结构,其对风荷载十分敏感。结构的风荷载设计值主要取决于基本风压和风压系数,而现有的光伏板气动力特性研究以及规范设计主要聚焦于刚性光伏支架,对双排柔性光伏支架的研究较少。并且随着时间的推移以及风速数据的完善,各个地区的基本风压均已发生变化,而荷载规范并未考虑时空的演变对于基本风压的影响。本文综合采用风洞试验、数值模拟和极值分布拟合等研究手段,系统地揭示了双排柔性光伏支架的光伏板风压分布特性,分析了光伏板倾角和泄风口尺寸以及考虑时空演变对双排柔性光伏板风荷载的影响。本文主要研究内容如下: (1)通过对双排柔性光伏支架开展风洞试验,对双排柔性光伏板在不同风向角下的风压特性进行研究。研究发现,双排柔性光伏板对背风工况更为敏感。且光伏板风压系数的最大值出现在右侧区域的240°风向角,数值为-1.572,最大分布不均匀系数出现右侧区域的240°风向角,数值为2.11。因此,在对双排柔性光伏板设计时应当注意边跨光伏板与光伏板的角端抗风设计。 (2)基于cfd数值模拟进一步对柔性光伏板上的风压分布特性进行研究,揭示了泄风口尺寸与倾斜角度对光伏板风压系数的影响。发现随着泄风口尺寸的增加,风压系数呈现先增大后减小的趋势。光伏板倾斜角度超过25°时,光伏板的阻力系数随时间变化产生了较为明显的浮动,会使得结构出现构件疲劳等问题。因此,建议双排柔性光伏板的泄风口尺寸确定为400 mm时,光伏板安装倾角应当尽量不超过25°。 (3)分别利用极值Ⅰ型分布的矩法与耿贝尔法和极值Ⅲ型分布的极大似然估计法和变量替换法,对我国各个地区的年、季度和月最大风速进行拟合,发现大多数站点的月极值样本的极值Ⅰ型整体拟合效果最优。并且随着时间的推移,我国华南地区基本风压整体呈现上升趋势,涨幅在10.80%,其他地区的基本风压整体呈现下降趋势,下降幅度在5%。因此,在对华南地区进行极值风速拟合时,十分有必要考虑时间和空间因素的影响。 (4)利用风洞试验得到的双排柔性光伏板风压系数和极值拟合得到的基本风压,对各个地区的光伏板设计风荷载进行计算,并与规范进行对比。在迎风工况下,许多站点的下排光伏板的风荷载设计值超出规范,超出约16.62%。在背风工况下,许多站点的上排整体超出约15.54%。因此,建议对上述两种工况的风荷载设计值建议提高20%。对于华南和华中地区经常遭遇台风极端天气影响的站点,应当具体分析评估后,再对光伏板风荷载设计值进行计算。

关键词：双排柔性光伏支架风洞试验气动力特性 cfd数值模拟极值分布

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湍流燃烧二阶矩模型的研究进展

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工程热物理学报 2021年第5期42卷 1318-1324页

作者：周力行清华大学工程力学系北京100084

湍流燃烧模型在燃烧过程数值模拟中十分重要。商业软件中仍然应用的简单模型,如EBU和预设PDF模型,常常不能很好地模拟有限反应动力学。目前通行的湍流燃烧模型,如层流小火焰模型和条件矩模型,只对一定的火焰类型和火焰结构的效果较好。... 详细信息

湍流燃烧模型在燃烧过程数值模拟中十分重要。商业软件中仍然应用的简单模型,如EBU和预设PDF模型,常常不能很好地模拟有限反应动力学。目前通行的湍流燃烧模型,如层流小火焰模型和条件矩模型,只对一定的火焰类型和火焰结构的效果较好。PDF方程模型更通用,但计算量太大,用于大涡模拟更是如此。另一类是统计矩模型,即基于湍流模型的思路,用雷诺展开和取平均,封闭未知项的二阶矩模型,但是遇到了高度非线性的温度指数函数的困难。不同研究者采取了不同的近似处理,都低估了时平均反应率。作者彻底放弃各种近似方法,构建了终版的二阶矩模型,用于不同的单相和两相燃烧的雷诺平均模拟和大涡模拟,得到了实验验证和直接数值模拟的验证。

关键词：湍流燃烧 cfd数值模拟二阶矩模型

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公路隧道火灾线性自抗扰通风控制研究

公路隧道火灾线性自抗扰通风控制研究

引用

作者：王硕长安大学

学位级别：硕士

在高速公路运营中,隧道事故发生频率和人员致死率均远高于普通高速公路。其中,火灾是隧道内最危险、最易造成伤亡、财产损失最严重的灾害之一。当火灾发生时,高温烟气会产生有毒气体、导致能见度降低、隧道结构损坏,带来巨大的生命安全... 详细信息

在高速公路运营中,隧道事故发生频率和人员致死率均远高于普通高速公路。其中,火灾是隧道内最危险、最易造成伤亡、财产损失最严重的灾害之一。当火灾发生时,高温烟气会产生有毒气体、导致能见度降低、隧道结构损坏,带来巨大的生命安全问题和财产损失。因此,如何控制烟气蔓延,保障人员安全逃生,成为公路隧道运营安全领域重点关注的问题。随着火灾演化,热释放率实时变化,如何动态确定临界风速,给隧道通风控制带来了挑战。本文基于隧道火灾温度特性,开展火灾通风自动控制研究。主要研究内容与结果如下: (1)建立隧道数值模型,分析了MT、VHS、MT-VHS三种火源模型的温度场分布、烟气分层和临界风速,得到了MT-VHS模型的温度分布和烟气流动特性更适用于隧道火灾通风控制模拟,基于火灾烟气温度变化可进行纵向风速实时控制。 (2)提出一种线性自抗扰火灾通风控制系统。系统将线性自抗扰控制算法(LADRC)和三维cfd数值模拟计算耦合,针对不同热释放速率火灾的烟气温度特性和蔓延规律,实时控制隧道断面平均风速,从而控制火灾烟气逆流层长度。对比LADRC和PID两种通风控制系统的稳定时间和稳态逆流层长度,得出LADRC通风控制系统能够更快控制火灾烟气逆流,达到稳态。并且在火灾规模30MW以下时,逆流层长度更短,更有利于隧道火灾安全逃生。 (3)提出一种PSO-BP神经网络与LADRC结合的隧道火灾风机出口风速控制方法。该方法利用PSO-BP神经网络回归预测算法构建风机出口风速与隧道不同位置断面风速之间的数学模型,并利用LADRC隧道火灾通风控制系统在变火源热释放率工况下开展数值模拟实验,可根据隧道火灾温度变化特性,得出实时风机控制风速,实现对隧道火灾烟气逆流的控制。通过本文研究,实现了在隧道火灾工况下对纵向风速的实时动态控制,得到了不同火灾规模下的临界风速值。为公路隧道火灾通风控制系统设计与优化提供参考,对隧道运营安全管理和火灾逃生救援具有重要意义。

关键词：隧道火灾 cfd数值模拟 LADRC通风控制系统实时控制

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