A SIMULATION OF THE TURBULENCE RESPONSE OF HEAT EXCHANGER TUBES IN LATTICE-BAR SUPPORTS

Tube failures due to excessive flow-induced vibrations are a major concern with regards to the operation of heat exchangers in nuclear power and chemical process plants. Among the possible excitation mechanisms, turbulence-induced forces have a persistent effect and thus are an important factor in determining the long-term reliability of heat exchangers. Impact forces which occur when tube/support collisions take place play a vital role in determining tube wear. To address this issue, a tube/support interaction model was implemented in an in-house finite element program and validated against three published examples. Pseudo-forces in conjunction with modal superposition were utilized in solving the nonlinear equations of motion of loose tubes in lattice-bar supports. Time-domain simulations of the nonlinear response of the tube are presented to determine the effect of various tube and support parameters on the vibratory characteristics of the systems. Special attention was paid to the effect of increased clearance on the response of tubes in lattice-bar supports. The tube response, impact force and contact ratio were analysed and represented in dimensionless form. The dimensionless parameters developed proved effective in collapsing the data pertaining to different flow velocities over single curves. These are useful in identifying the roles of several key variables in altering tube dynamics. Moreover, these parameters may also be used to scale the results to account for differences in geometrical and material properties.     

换热器传热管在静水中的挤压膜阻尼研究

本文通过求解三维Navier-Stokes方程,导出计算挤压膜阻尼的公式,对Mulcahy所提出的模型作了改进,并提出了stokes数的间隙修正因子的概念. 改进后的挤压膜阻尼模型计及管子振幅的影响,在管子振幅很小的情况下,它与Mulcahy提出的模型相似,实际上可把Mulcahy提出的模型看成改进后模型的一个特例. 为了验证改进后的模型,对传热管在空气和静水介质中的阻尼进行了实验研究.结果表明理论计算值与实验测量值符合良好.     

板壳式换热器波纹倾角对换热和阻力性能影响

研究了波纹倾角（α=45°,60°,75°）对板壳式换热器单流道内单相流动与换热过程的影响,分析了波纹流道内的速度分布、湍动能分布、压力分布和温度分布;基于范宁摩擦阻力因子f和Nu与Re的关系,提出了板壳式换热器不同波纹倾角下换热特性和流动阻力特性的预测关联式;通过计算不同波纹倾角下的综合性能评价指标（performance evaluation criteria,PEC）和面积质量因子（j/f）综合评价了流动与换热性能。结果表明：波纹倾角是影响圆形板间流体流动形态的因素之一,随着波纹倾角增大,会出现“十字交叉流”向“曲折流”转变;所提出的关联式能够很好地预测板壳式换热器内阻力与换热性能,阻力特性偏差在±14%范围内,换热特性偏差在±7%范围内;α为45° 时,j/f较大,流道内阻力相对小;α为60° 时,PEC较大,流道内换热性能相对强。

     

小管径管翅式换热器气压胀接成形机理研究

管翅式换热器是制冷行业中最常用的换热器形式,其换热管的胀接性能决定了换热器的传热性能.本文提出了管翅式换热器的三维流-固耦合模型,采用单向流固耦合瞬态数值模拟方法,对小管径管翅式换热器的流体和固体域的流动和变形特征开展了数值研究.计算结果表明:根据换热管和翅片的胀接成形要求和胀后管径要求,气压胀接压力的合理范围为P=12.5 MPa,与理论公式推导值一致.根据管翅应力随时间变化的规律可知,换热管接头处应力远大于其屈服极限66 MPa,翅片接头处应力刚好略大于其屈服极限132 MPa,满足胀接成形要求.胀后的换热管直径随着压力的增加其管径增大,换热管的径向位移在水平方向较小,垂直方向较大,其最大和最小位移差约为0.03 mm.探究了管翅间残余接触压力随胀接压力的变化,残余接触压力随胀接压力的变化可分为三个阶段.结果表明当胀接压力使得翅片内孔发生屈服后,继续增大胀接压力会导致胀接不完全.最后研究了保压时间的影响,结果表明保压时间的增加对胀接效果并没有明显影响.相关结果可为工程实际中小管径管翅式换热器气压胀接工艺提供理论指导.     

消除多次透射公式漂移失稳的措施

基于对双曲型偏微分方程数值解稳定性的GKS（Gustafsson,Kreiss and Sundstroem)准则的一种物理解释,提出了在波动数值模拟中消除多次透射公式飘移失稳的一个简单措施,并用波源问题和散射问题的数值试验检验了这一措施在稳定实现多次透射公式中的有效性。     

地震栓波器假频本质的动力稳定性解释

地震栓波器是用来栓测竖向地震波的仪器.本文根据它的实际结构,提出了一个较精确的力学模型——双层三悬丝模型.把悬丝作为曲杆,用动力稳定性理论进行分析,揭示了地震仪栓波器由于竖向地震波以外的因素而产生输出的所谓假频现象产生的原因:位于悬丝所在水平面内的激励在一定条件下将导致悬丝在面外动力失稳而产生强烈振动,从而引起虚假输出.计算结果说明了影响假频的诸因素,为激励速度峰值、激励相对于栓波器的方向和曲杆面内振动的固有频率等的作用,并与实验值作了比较.     

野渡无人舟自横现象的数值研究

为了研究``野渡无人舟自横'这一自然现象,本文采用数值仿真技术模拟研究了小船在水流作用下的运动特性,得出：顺于水流以及横于水流都属于小船平衡位置。但顺于水流属于非稳定平衡位置,受扰动后将失去平衡,并再也恢复不到原平衡位置;而横于水流属于稳定平衡位置,此时即使小船受到扰动失去平衡,最终也能在自身力矩作用下重新恢复到原平衡位置。     

NUMERICAL STUDY OF THE PHENOMENON THAT A FERRY BOAT DRIFTS ATHWART AT THE DESERTED CROSSING

为了研究``野渡无人舟自横'这一自然现象,本文采用数值仿真技术模拟研究了小船在水流作用下的运动特性,得出：顺于水流以及横于水流都属于小船平衡位置。但顺于水流属于非稳定平衡位置,受扰动后将失去平衡,并再也恢复不到原平衡位置;而横于水流属于稳定平衡位置,此时即使小船受到扰动失去平衡,最终也能在自身力矩作用下重新恢复到原平衡位置。     

基于预应力法的转子临界转速研究

 以ANSYS软件作为平台，用预应力法求解了转子的临界转速. 对 计算过程作了定性分析，推导了计算公式. 对计算的结果和自编有限 元程序得出的结果作了比较，精度较高.对于多跨转子与其每一单跨 转子临界转速之间的关系，作了阐述.     

快慢耦合振子的张驰簇发及其非光滑分岔机制

通过引入适当的参数值, 得到了两时间尺度下的快慢耦合振子, 分析了耦合系统及子系统的平衡点及其性质, 进而利用微分包含理论, 探讨了非光滑分界面上的奇异性, 指出在适当的参数条件下, 系统轨迹在穿越分界面时会产生由Hopf分岔和Fold分岔组合的非常规分岔. 给出了不同参数条件下的周期簇发行为, 分析了簇发过程的振荡特性, 指出激发态的频率取决于快子系统在非光滑分界面上的Hopf分岔频率, 而慢子系统的固有频率影响了簇发行为的振荡周期, 并进一步揭示了由非光滑分岔引起的不同周期簇发的分岔机制.     

纯平荫罩振动固有频率的研究

在高清晰度电视(HDTV)用的纯平彩色显像管中，由于荫罩的振动从而导致图像色纯度的降低．首先讨论了纯平荫罩振动的固有频率各种分析方法，然后应用弹性力学的基本理论，在建立薄膜横向振动基本方程的基础上，分析了纯平荫罩在四边简支条件下振动的固有频率和振型问题，得出了纯平荫罩振动频率的精确解，实例应用表明，在四边简支条件下的计算结果与实验结果基本一致，说明该方法确定纯平荫罩的振动固有频率是可行的、有效的，所得结果为减小荫罩振动进而对其结构参数进行优化设计提供了依据。     

EFFECTIVENESS OF THE PROPELLENT CROSS-FEED TECHNOLOGY FOR LAUNCH VEHICLE

本文结合弹道优化,提出了估算和优化二级半构型运载火箭在不同发射模式和发射弹道下的近地轨道(low Earth orbit, LEO)最大运载能力的简单方法,并以长征七号为例进行了数值计算, 分析了使用推进剂交叉输送技术发射时的具体收效和最优弹道特点。数值计算表明：长征七号使用交叉输送技术发射时LEO最大运载能力能够比传统发射模式提高3 t(约20%), 同时降低发射过程中的最大轴向加速度近50%。该类型运载火箭采用推进剂交叉输送技术可以大幅提高运载能力。     

运载火箭推进剂交叉输送技术收效分析

本文结合弹道优化,提出了估算和优化二级半构型运载火箭在不同发射模式和发射弹道下的近地轨道(low Earth orbit, LEO)最大运载能力的简单方法,并以长征七号为例进行了数值计算, 分析了使用推进剂交叉输送技术发射时的具体收效和最优弹道特点。数值计算表明：长征七号使用交叉输送技术发射时LEO最大运载能力能够比传统发射模式提高3 t(约20%), 同时降低发射过程中的最大轴向加速度近50%。该类型运载火箭采用推进剂交叉输送技术可以大幅提高运载能力。     

一类三维非线性系统的复杂簇发振荡行为及其机理

由多时间尺度耦合效应引起的簇发振荡行为是非线性动力学研究的重要课题之一.本文针对一类参数激励下的三维非线性电机系统(该系统可以描述两种自激同极发电机系统的动力学行为,两种系统在数学上等效),研究了当参数激励频率远小于系统自然频率时的各种复杂簇发振荡行为及其产生机理.通过快慢分析方法, 将参数激励作为慢变参数,得到了非自治系统对应的广义自治系统及快子系统和慢变量,并给出了快子系统的稳定性和分岔条件以及系统关于典型参数的单参数分岔图.借助转换相图与分岔图的叠加, 分析了对称式delayed subHopf/fold cycle簇发振荡的产生机理及其动力学转迁, 即delayed subHopf/fold cycle簇发振荡、焦点/焦点型对称式叉形分岔滞后簇发振荡和焦点/焦点型叉形分岔滞后簇发振荡.研究结果表明, 系统会出现两种不同的分岔滞后形式, 一种是亚临界Hopf分岔滞后,另一种是叉形分岔滞后,而且控制参数显著影响平衡点的稳定性和分岔滞后区间的宽度.同时初始点的选取则会影响系统动力学行为的对称性.本文的研究进一步加深了对由分岔滞后引起的簇发振荡的认识和理解.      

曲线裂纹和反平面圆形夹杂相交问题

建立了和反平面圆夹杂界面相交的曲线裂纹的弱奇异积分方程,利用Cauchy型奇异积分方程主部分析方法研究了穿过反平面圆夹杂界面的曲线裂纹在交点处的奇性应力指数以及交点处角形域内的奇性应力,并根据奇性应力定义了交点处的应力强度因子.通过对弱奇异积分方程的数值求解,可得裂纹端点和交点处的应力强度因子.     

ANTIPLANE CIRCULAR INCLUSION WITH A CURVED CRACK CROSSING THE BOUNDARY

The weakly singular integral equation used to solve the problem of the curved crack crossing the boundary of the antiplane circular inclusion is presented. Using the principal part analysis method of the Cauchy type integral equation, the singular stress index at the intersection and the singular stress of angular regions near the intersection are obtained. By using the singular stress obtained, the stress intensity factor at the intersection is, defined. After the numerical solution of the integral equation, the stress intensity factors at the end points of the crack and intersection are obtainable. The research is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 59879012) and is the project of Chinese Foundation of State Education Commission (No. 98024832).     

隧道近距离交汇时对老隧道的影响分析

采用三维有限元模拟盾构推进的过程,是研究盾构施工中土层移动的最有效的手段。本采用三维弹塑性有限元,在真实模拟施工情况的基础上,研究了新隧道从老隧道下面垂直穿过时,对老隧道的变形影响情况。研究表明,推进力和稳定比N是影响老道变形的主要因素。     

三峡库区大石板滑坡区排水系统效果评估

结合三峡库区大石板滑坡工程实例 ,以连续 36天的降雨过程为条件 ,利用已有的地下水位观测资料 ,采用人工神经网络方法预测滑坡内地下水位在排水工程实施前后的变化 ,以此作为非饱和—饱和—非衡定地下渗流计算的特定水头边界。根据计算的地下水位进行滑坡稳定性分析 ,结合稳定分析成果对排水系统工程的效果进行评价。结果表明 ,地下排水工程的实施可较大幅度地提高滑坡的稳定性。     

频率约束板结构拓扑优化

论文利用ICM(独立、连续、映射)方法建立了频率约束下平板结构重量最轻的拓扑优化模型.采用指数函数作为单元重量、单元质量阵及单元刚度阵的过滤函数.通过瑞利商对刚度过滤函数倒变量的泰勒一阶展式,将频率约束近似显式化.利用对偶理论将含有大量设计变量的约束优化模型转化为易于求解的少设计变量拟无约束优化模型,通过序列二次规划将转化模型进行求解,提高了求解的效率.论文选择MSC.Patran&Nastran软件及PCL二次开发语言构架了平板结构频率约束拓扑优化问题的软件.数值算例表明:论文的方法具有迭代稳定性和收敛高效性.