基于CFD的水轮机泵板结构水沙两相流动特性研究

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为研究混流式水轮机泵板结构内部液固两相流动特性,以红山嘴一级水电站#4机组为例,基于计算流体力学方法,在不同泥沙条件下以泵板结构内部压力和泥沙分布为指标,对清水与浑水两种状态进行模拟分析,并对比研究了泥沙粒径及泥沙浓度.结果表明,浑水工况较清水工况时流道内部压力有所增大;随着泥沙粒径的增大,间隙进口和顶盖出口压力差呈增大趋势;泥沙粒径增大会使泥沙在进口间隙上部产生淤积;泥沙体积分数只改变泥沙在流道内部的浓度,并不改变泥沙分布规律,泥沙分布规律的主要影响因素为固液两相之间的速度差.
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为了解玄武岩纤维在石笼护坡中的应用效果,结合某玄武岩纤维石笼护坡工程,采用PFC2D软件进行双轴压缩试验标定土体细观参数,通过单轴压缩试验标定玄武岩纤维石笼细观参数,构建了原状边坡及石笼护坡颗粒流模型,并在渗流条件下进行稳定性分析.结果表明,相比原状边坡圆弧状的滑面形式,石笼支护后,石笼对边坡土体的侧限约束效果显著,坡内土体颗粒断裂的接触粘结分布均匀,土体位移呈层状分布形式且未形成贯穿滑面,网箱结构整体较为稳定,但相邻两层的石笼网箱易出现错动.
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鉴于研究水翼的流固耦合过程可为水力机械动态特性预测提供基础,通过workbench软件中的SYSTEM COUPLING模块对水翼模型进行双向流固耦合模拟.结果表明,流速达到“锁止区”前后固有频率的跳跃性变化在不同区域存在不同的线性关系;对比圆拟合法与尖峰法求得的阻尼比,发现模型的锁止区流速在10~12 m/s之间,而固有频率和阻尼比的变化规律与试验结果基本吻合;同时研究了水翼攻角变化时的激振特点,当攻角超过10°时,会产生明显的尾流旋涡现象.
加筋喷混凝土拱肋由预应力锚杆、钢筋拱肋和喷锚支护组成,围岩卸荷变形时能提供支护抗力,但现有关于加筋喷混凝土拱肋的数值方法缺乏对支护抗力的考虑.因此,基于三维弹塑性有限元方法,用隐式锚杆柱单元模拟锚杆,实体单元模拟钢筋拱肋,在开挖荷载分级迭代过程中,根据钢筋拱肋的应力推求作用于拱肋法向的围岩压力,并将此压力作为支护抗力反向作用于围岩,进而以顶拱含断层带的某地下厂房工程为例,对比分析考虑与不考虑支护抗力时加筋喷混凝土拱肋对顶拱的支护效应.结果表明,考虑加筋喷混凝土拱肋支护抗力时支护效果更符合实际;加筋喷混凝土
为减少混凝土配合比试验工作量,达到节约试验时间和成本的目的,建立基于支持向量机(SVM)和人工蜂群算法(ABC)的混凝土配合比优化模型.模型采用SVM算法建立混凝土性能预测模型,结合ABC算法建立配合比优化模型,通过对不同强度等级的混凝土展开坍落度、强度试验,并用于验证SVM-ABC模型模拟结果.结果表明,模型优化得到C25、C30、C35、C40混凝土强度预测结果与实际值接近;SVM-ABC优化模型具有一定的合理性和适用性,在混凝土配合比优化方面有较好的应用价值.
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安装在寒冷地区的风力机叶片不可避免地发生覆冰现象,叶片覆冰位置和覆冰质量的不同导致其固有频率发生不同的改变.基于覆冰叶片的固有频率利用人工神经网络技术,实现预测叶片的位置和质量信息.将2 kW风力机叶片划分为叶尖、叶中和叶根,分别进行自然环境覆冰试验和覆冰叶片模态试验,得到不同位置覆冰质量和前4阶固有频率的对应关系,用其训练RBF神经网络模型,实现以模态频率为输入,覆冰位置和质量为输出的叶片覆冰状态预测.研究表明,RBF神经网络预测的整体覆冰质量相对误差率均在6.5%以内,叶尖、叶中和叶根处覆冰质量预测相
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螺旋S型水轮机相较于传统水轮机具有升力,可有效提升自启性能,具有良好的应用价值.为了研究螺旋S型水轮机水动力性能,采用数值模拟和试验验证相结合的方法,分析了螺旋角、重叠率、高径比、流速对水轮机工作性能的影响.结果表明,螺旋角使水轮机受到正负交替变化的升力,且螺旋角为15°时水轮机的功率系数最高;水轮机无重叠率时,动转矩系数最大;水轮机高径比为1.4时,其性能最优;在研究参数范围内,流速为1.5 m/s时水轮机功率系数最高可达0.362.