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关键词： 放射性沾染   气固两相流   数值模拟   湿沉降   复杂地形  

摘要： 近地核爆炸烟云中的放射性颗粒在不同高度风的驱动下扩散并沉降，引起大范围的放射性沾染。传统放射性沾染预测模型建立在理想地形和气象条件下，无法解决复杂条件下的放射性沾染预测问题。本文介绍了作者团队近10年来在复杂条件下放射性沾染数值预测方面的研究进展：首先基于气固两相流模型建立了放射颗粒大气输运与沉降过程的数值模拟方法，然后分别采用雨滴碰撞模型和级联降尺度技术实现了降雨天气和复杂地形条件的放射性沾染预测，最后，利用建立的复杂条件下放射性沾染数值预测能力开展了沾染辐射环境分布规律计算研究，得到了一些有意义的结果。

关键词： 河谷演化   数值模拟   深切河谷应力场   谷坡形态   应力集中   应变软化模型  

摘要： 西南地区深切河谷地应力场分布极为特殊，其对工程建设有着重要控制作用，而河谷演化及谷坡形态对深切河谷应力场分布有重要影响。本文基于考虑河谷演化下切作用的深切河谷应力场分析方法，结合典型工程案例，探讨了河谷演化对深切河谷应力场发育分布的影响，并分别以坡高、谷底宽度以及坡度为变量建立河谷地质概化模型，进一步分析了谷坡形态对深切河谷应力场发育分布的影响。研究结果表明：考虑了河谷演化下切作用后的河谷地应力计算结果更合理，最大主应力方向朝坡面偏转5°～20°，最大主应力整体减小，谷底最大主应力减小幅度可达30%，应力集中及高应力包分布范围也随之减小；随着坡高增大，谷坡应力分异更显著，谷底最大主应力增大；随着谷底宽度增加，谷底中心岩体最大主应力减小，应力集中带从谷底向坡脚转移；随着坡度增大，靠近谷坡上方浅部岩体最大主应力减小，靠近谷底岩体最大主应力增大，坡度从30°增大至75°，谷底最大主应力最大可增大约68%。研究成果可为西南深切河谷地区工程建设与岩土体稳定性分析提供参考。

关键词： 大型立式离心泵   故障停机过渡过程   数值模拟   刚性涡识别   内流特性  

摘要： 离心泵故障停机过渡过程的不稳定流动关乎泵系统的安全稳定运行，而不稳定流动与旋涡的产生密切相关。该文基于SST k-ω湍流模型，采用Fluent二次开发，将转速变化数学模型作为叶轮运动的边界条件，揭示了大型立式离心泵故障停机过渡过程中的内流瞬态演化特性和旋涡产生机理，分析了转动惯量对大型立式离心泵故障停机过渡过程的影响。研究结果表明：大型立式离心泵故障停机过渡过程中，流量、转速和扭矩激烈变化，转动惯量的改变不影响过渡过程的变化趋势以及飞逸状态下的流量和转速；但随着转动惯量的增大，过渡过程的时间有所延长且压力变化的最大幅值有所降低。此外，该文基于Liutex-Omega刚性涡识别方法，准确识别了过渡过程中叶轮内分离涡和轴向旋涡结构，基于速度三角形阐释：分离旋涡产生的根本原因是叶轮进口相对液流角与叶片进口安放角的不匹配，轴向旋涡产生的根本原因则是叶轮的旋转运动。该研究为大型立式离心泵的安全稳定运行提供了理论基础。

关键词： 入水   波浪场   空泡   圆柱体  

摘要： 航行体入水问题因其具有重要的军事应用价值而受到广泛关注，海洋波浪环境往往对入水过程的流体动力特性产生重要影响。该文通过数值模拟手段研究水体存在规则波时的圆柱体入水过程，利用VOF算法对气液两相界面进行捕捉，使用速度边界造波法在求解域生成有效的规则波，通过滑移网格方案控制圆柱体平动和转动。研究了倾斜角度入水的圆柱体在不同波高和波长组合以及不同入水速度下的多相流场和弹体的动力学特性。空泡在不同相位入水时将显著受到速度场的漂移作用，除了初始相位之外，随着圆柱体的水平位移，还将受到下一个相位速度场的影响，不同漂移方向使得空泡演化展现出不一样的特性。该文定义了一个无量纲数A（gk）1/2/V0表征波浪运动和入水行为的相对大小，在入水的早期阶段可以有效量化入水的空泡行为。相对入水速度被初始相位的速度场改变，在跨越相位区域时又会发生变化。在考虑的所有工况中，A（gk）1/2/V0对入水抨击荷载展现出很好的正相关性。

关键词： 局部冲刷   计算流体动力学   离散单元法  

摘要： 局部冲刷是涉水桥梁失效的主要原因之一，合理的桥梁基础局部冲刷估计对保证桥梁基础的设计、施工和维护具有重要意义。该文利用CFD-DEM模型对清水冲刷条件下圆柱附近冲刷坑的初始演化开展了数值模拟研究工作，模拟了冲刷坑初始形成的范围、冲刷深度的演化，重点分析了局部颗粒运动与流动特征量的关联性。研究结果表明：CFD-DEM模型对于细观颗粒运动的研究有较好的优势；在不同区域，影响颗粒运动的作用力不同，从而导致圆柱前侧的冲刷深度与冲刷范围存在时空上的差异性。

关键词： 高速离心泵   诱导轮   空泡率   正交试验   数值模拟   空化抑制装置  

摘要： 为提高高速离心泵空化性能，探究增加进口引流结构对高速泵空化性能的影响，该文基于正交试验设计方法对进口引流结构几何参数进行了方案设计，采用SST k-ω湍流模型、Z-G-B空化模型对各方案进行了数值仿真和分析。研究结果表明：相较于初始方案，增加进口引流结构后，高速离心泵扬程有较明显提升，叶轮空泡率最大降低39.7%，空化性能得到改善；进口引流结构环形架内径对泵空化性能影响程度最大，设置导流板可有效改善进口圆周速度分布。通过与初始方案的水力性能和空化特性进行对比，分析确定了最优方案。最优方案的紊流度显著减小，泵扬程增加9.62m，泵效率提升2.4%，必需汽蚀余量减小2.20 m。引流结构可显著减少回流引起的能量损失，保证进口的流动均匀性是提升高速离心泵空化性能的关键途径。

关键词： 屏蔽主泵   AP1000   计算流体力学   多场耦合   数值模拟  

摘要： AP1000系列屏蔽主泵是全新的、容量最大的屏蔽泵，为确保其安全可靠，设计过程中需开展大量计算及分析。屏蔽主泵涉及的技术包括：水力学设计、电机转子和定子的电磁设计、飞轮设计、轴承设计、转子动力学的计算分析、承压边界部件和屏蔽套的结构完整性分析以及热传递和内部循环分析等。传统的数值模拟方法只能分析单一的物理场，如力学、传热和流场等，而屏蔽主泵各部件都处于压力边界内部，内部冷却循环流动会对泵和电机的多项性能产生影响，各项分析计算间具有较复杂的耦合关系。因此，必须对屏蔽主泵原理和内部耦合关系进行梳理，采用恰当的多物理场耦合分析技术以及等效方法。该文基于多场耦合数值模拟技术，获得了飞轮区域的流线、压力、温度和应力分布规律以及轴承区域的流动和对流换热规律，为屏蔽泵的设计和试验提供支持。

关键词： 通航建筑物   省水船闸   输水系统   竖井   数值模拟  

摘要： 在水资源匮乏的通航河流上，农业灌溉、发电和航运三者用水矛盾突出，如何节约船闸运行时的耗水量是新建和扩建船闸迫切需要解决的问题。该文提出了一种新型零耗水船闸输水系统，利用充气后的气囊在竖井内上下运动来调节井内水体体积，实现竖井与闸室之间互相灌泄水。以某船闸工程为依托，该文采用数值模拟方法分析了该新型输水系统灌泄水过程中闸室内的水力特性。研究结果表明：在船闸快速灌水、泄水过程中，该输水系统等惯性输水过程能够实现闸室水位快速平稳升降，减小船舶所受的水流作用力，改善闸室泊稳条件；因闸室内水体无需与上下游水体交换，引航道内的水流流态不受船闸灌泄水影响，有利于船舶安全进出闸室。该研究成果为通航河流与运河中的省水船闸设计提供了新思路。

关键词： 抽水蓄能电站   地下厂房   爆破   气流组织   数值模拟  

摘要： 【目的】为解决抽水蓄能电站地下厂房爆破开挖期爆破施工通风散烟时间过长的问题，【方法】基于山东潍坊抽水蓄能电站爆破开挖期施工，现场采集相关数据，采用Fluent数值模拟软件，对实际抽水蓄能电站爆破开挖期的施工通风气流组织进行了数值模拟，并对通风气流组织进行了改进。【结果】结果表明：通过分配给不施工洞室一定送风量的改进措施，可在不爆破洞室内维持正压，以避免污染物进入，形成二次污染；通过爆破面送风口下移，局部廊道设置挡风墙等改进措施，送、排风可形成通风路径最短的顺流式通风；在竖井打通前，将射流风机加装在长距离隧道中间位置可形成机械排风，使机械排风和自然排风相结合，可有效缩短污染物达标时间；在竖井打通后，将排风机安装在竖井出口处，永临结合，可提高竖井排风能力，使污染物达标时间大幅度缩短。【结论】研究结论为类似工程的施工通风设计提供依据和技术支撑。

关键词： 多孔介质燃烧   多孔-自由火焰   低氮燃烧技术   火焰状态   数值模拟  

摘要： 为拓宽传统多孔介质燃烧器（conventional porous burner，CPB）的贫燃极限，进一步降低污染物排放，设计了泡沫镍金属多孔-自由火焰燃烧器（porous-free flame burner，PFFB），并实验研究了其燃烧及污染物排放特性；建立了同尺寸二维模型，数值研究了多孔介质材料开孔率、相对高度和比孔密度对火焰状态、温度分布以及污染物排放规律的影响。结果表明：相比CPB，PFFB具有更宽的稳燃范围，开孔率1%的PFFB稳燃当量比为φ=0.50-0.67，贫燃极限可达到φ=0.45。开孔率对CO影响较小，CO排放最低为19.2 mg/m3。对于NOx排放，开孔率4%的PFFB降氮效果最好，比CPB减少了9.3%。多孔介质相对高度对PFFB的污染物排放影响显著。在实验工况下，相对高度2/3的PFFB相比1/3，其CO排放减少了5.2～140 mg/m3，但NOx排放量增加了4.3～9.2 mg/m3。对于开孔率4%的PFFB，随着比孔密度的增大，孔密度增大，孔隙直径缩小，燃烧呈浸没&自由火焰，CO排放量减少，NOx排放量随气体最高温度增加而增加。因此，在一定的开孔特征下，PFFB保留了CPB的燃烧性能，并且具有更宽的稳燃范围、更低的贫燃极限以及更低的污染物排放水平。