重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究

重力分离器聚结构件数值模拟及优化研究3

张黎明33　何利民王　涛吕宇玲　何兆洋

(中国石油大学) (中国海洋石油研究中心) (中国石油大学)

摘　要　使用Fluent数值模拟软件,采用标准k2ε湍流模型和多项混合算法对不同入口分散相粒径和不同构造聚结板的分离器内部流场进行了三维数值模拟,对比通过聚结板前后油水浓度分布以确定分离器有效处理分散相颗粒的粒径范围;同时在尺寸为<384mm×20mm×1800mm的分离器上更换4种不同材料与流道形状的聚结板进行了分离特性研究,得出了影响聚结板分离特性的因素和处理分散相粒径的范围,选出适于本分离器的聚结板;通过对比实验数据评价不同聚结板下分离器的聚结分离效率,提出了不同工况下选取聚结构件的依据。

关键词　重力分离器　聚结板　数值模拟　分离特性

中图分类号　T Q02812+3 文献标识码　A 文章编号　025426094(2008)0120017205

随着油田开发进入后期以及聚合物驱采油的广泛应用,采出原油含水量大幅上升的同时含水原油物性也变得更为复杂,造成油水分离愈加困难。重力分离器是油田使用最为普遍的分离设备,但仅靠流体间的密度差进行重力沉降已经无法满足实际生产的要求[1]。60年代金属丝网波纹板填料和70年代金属孔板、波纹板填料出现,促使聚结板在油气水分离领域开始得到广泛应用[2]。Fluent数值模拟软件是现有应用最为常见和成熟的流型模拟软件,可准确有效地显示分离器内部流动特性以及流场分布情况,确定分离器的聚结分离效果[3]。

1　数值模拟

1.1　模型选取

分离器内部的构件和流道一般比较复杂,流体在分离器内的流动通常属紊流[4],大量的紊流计算表明k2ε模型具有较好的计算稳定性、经济性和计算结构的准确性[5]。

数值模拟采用标准k2ε模型,此模型由湍动能k的方程和湍动耗散率ε的方程组成[6],其表达式为:

5(ρk)

5t+

5(ρku t)

5x i=

5x j[(μ+

)]+G

-ρε

(1)　

5(ρε)

5t+

5(ρεμt)

5x i=

5x j[(μ+

)]+

C1εε

G k-

2ε

ε2

(2)

式中μ

为湍流粘性系数,G

是平均梯度湍流

动能,经Launder等的推荐值以及后来的实验验

证,模型常数C

1ε

、C

2ε

、σ

及σε的取值为:

C1ε=1.44　C2ε=1.92　σk=1.0　σε=1.3(3)混合模型是一种简化的多相流模型,可用来求解以不同速度运动的多相流动。它假设在非常小的空间尺度上是平衡的,相之间的偶合非常强烈,因此可用于均相流和有相间滑移的多相流动。

1.2　条件设定

轴向筒长为1800mm(不包括左右两个球形的堵头),直径为384mm;入口直径为32mm,水出口直径为20mm,油出口直径为15mm。

为了准确地采用三维结构对重力分离器进行数值模拟,需作以下的简化:

3 33本课题为国家863计划资助项目(2006AA09Z302)。

张黎明,女,1982年3月生,博士研究生。山东省东营市,257061。

a .因分离器是对称的,故将整个分离器的数

值模拟变为对半个分离器的数值模拟;

b .在油水分离中分散相没有相互聚结和破碎作用;

c .分散相油滴的直径是均匀一致的。

模拟采用的介质为水和白油,其物性(20℃时)分别为:

水的密度　998.2kg/m

水的动力粘度　1.003×10-3

Pa ?s

白油的密度　870kg/m

白油的动力粘度　0.15Pa ?s 分离器模拟的边界条件为

a .入口条件———设为速度边界条件,根据停

留时间计算入口流量;

b .出口条件———油出口和水出口设为out 2fl ow 出口,油出口的质量流量占20%,水出口的质量流量占80%;

c .压力条件———操作压力为101.325kPa 。1.3　模拟结果

当分散相粒径不同时会对分离器的聚结效果有很大影响,以下各图是通过Fluent 软件进行计算,

然后使用tecp l ot10.0后处理软件对分离器入口

分散相颗粒粒径为别为10、30、50、100μm 时聚结板前后浓度场进行处理得到的浓度场等值线图。

图1　分散相颗粒粒径不同时对称面的浓度等高线

比较上图可以看出,随着入口分散相颗粒粒径的增大,分离器内上层油浓度逐渐变大。在入口分散相颗粒粒径为10μm 时,聚结板后的最大油相体积分数为24%,当入口分散相颗粒粒径增大为100μm 时,聚结板后的最大油相体积分数变为78%。通过分析对比可发现,对于大于50

μm 的液滴分离器可有效使其油水分离。

为了对比不同聚结板构件对液滴的聚结效果选

择了6种构造的聚结板,对其在分散相粒径为150μm

时分离器内的浓度进行数值模拟,结果如图2所示。

图2　聚结板组对称面浓度等高线

比较图2所列的聚结板组,蛇形板相向平行板组和斜板交错搭接平行板组具有很好的油水分离特性。油水乳状液经过聚结构件进入水相沉降部分后油层中的水滴和水层中的油滴几乎完全得到了分离。

2　实验

2.1　实验装置及流程

实验流程如图3所示,打开旁通阀8,开启搅拌机和齿轮泵2;搅拌一定时间至混合液中分散相粒径相对稳定不变后,关闭旁通阀8,

开启主循

图3　实验流程示意图

1———搅拌机; 2———齿轮泵;　3———液体流量计;　4———止回阀; 5———三通;6———气体流量计;　7———压缩机;　8———旁通阀; 9———重力式分离器;　①～⑤———取样口

图4　重力分离器

环系统;搅拌机1中白油和水的混合液经过齿轮泵2进入液体流量计3;空气经过涡轮流量计6计量后和油水混合物在三通5处混合,然后进入重力分离器9(图4)的预分离筒。通过分离器分离出来的水相和油相排入搅拌池循环使用。对油出口处取出的样品进行含水分析;对水出口处取出的样品进行含油浓度分析。2.2　实验内容

为了优选出适用于不同油水状况的重力分离器内部结构,选择不同制作材料和构造的极板进行试验研究,分析构件材料与油水之间的亲和特性与分离效率的关系,以油出口含水量、水出口含油量和取样口的含水(油)量作为评价指标,分析

不同内部聚结构件的分离特性。

本试验采用的聚结板有4种:聚结板A 的材料是厚度为1mm 左右的不锈钢薄板,其结构为交错搭接波纹板;聚结板B 是厚度为1mm 的聚乙烯塑料波纹板,结构为蛇形背向平行板;聚结板C 的材料是厚度为1mm 的聚乙烯塑料,结构与聚结板A 相同,区别在于流道稍大;聚结板D 材料是不锈钢,厚度为1.5mm ,结构为平行波形板。2.3　实验结果

在进口含油率为10%和20%时,调节分离器进口流量,分别在通过聚结板前、后出口以及水出口处取样,测量不同停留时间下的含油率,分析不同聚结板以及整个分离器的分离性能

。

图5　各出口含油率之差与分离器进口流量关系

由图5可知,聚结板A 与聚结板C 在分离器进口流量不大且含油率较低的情况下具有更好的聚结分离特性,这主要表现在这两块聚结板对颗粒处理的粒径范围广,工作性能相对稳定。随着分离器进口流量的增大以及进口含油率提高,C 聚结板工作性能急剧下降,A 聚结板聚结性能也

有所下降。由此可见,流道复杂的聚结板适于在含油率不大(小于20%)且分离器进口流量较小的工况下工作。由于B 聚结板内的流体流道为直筒六边形流道,分散相颗粒在其流道内只能单一地通过“浅池理论”上浮聚结,而不能通过不同流道内颗

粒的碰撞产生更为容易的聚结。另一方面在流道内产生聚结的颗粒不能有效地上浮到连续的油相,从而使聚结产生的油滴从流道的另一端被携带出去,这样一来就大大的降低了B聚结板的分离性能,因此B聚结板在分离器进口流量较大且含油率较高的工况下分离性能很不稳定,分离效果在4块聚结板中最差。D聚结板虽然聚结分离性能不是很好,但是其在各种工况下都能稳定地工作,且当分离器进口流量越大含油率越高时其分离性能越明显,说明了在处理不同含油率的油水乳状液时应根据含油率的大小选用具有不同流道大小的聚结板。含油率越高、流体经过聚结板流道时流速越快,所选的聚结板的流道也应该相应地增大,且聚结板的流道更容易使分散相在流道内聚结的大颗粒上浮到上层。反之,在要处理的油水乳状液含油率不高、流经聚结板流道的流体流速较低的情况下,为了提高聚结分离性能,应选用流道相对较小的聚结板。

3　结论

3.1　通过Fluent软件对含不同分散相颗粒粒径的乳状液进入分离器后的浓度场进行了数值模拟;通过比较数值模拟得出的分离器内部的浓度场,得出了试验中分离器能有效处理的粒径范围(大于50μm)。对6种聚结板的分离性能进行数值模拟,得出结论蛇形板相向平行板组和斜板交错搭接平行板组具有很好的油水分离特性。

3.2　在分离器中安装4种不同聚结板检验各工况下的聚结效果,根据试验总结评价各种聚结板的优劣并对不同工况下所应选取的分离器聚结构件进行分析,详细研究了影响聚结板分离特性的因素,对实际生产提供了依据。

参考文献

1　冯叔初,郭揆常,王学敏.油气集输.东营:中国石油大学出版社,2002.220～235

2　Ze melB.Residence Ti m e D istributi on in Gravity O il2W a2 ter Separati ons.Journal of Petr oleu m Technol ogy,1978, 2:275～282

3　W ilkins on D,W aldie B.CF D and Experi m ental Studies of Fluid and Particle Fl ow in Horizontal Pri m ary Separa2 t ors.Trans I Che m E,1994,72(1):189～196

4　陆耀军.油水重力分离技术及其进展.油田地面工程,1997,18(5):6～7

5　陶文铨.数值传热学.第二版.西安:西安交通大学出版社,2001.175～185

6　王福军.计算流体动力学分析.北京:清华大学出版社,2004.120～124

(收稿日期:2007207211,修回日期:2007210222)

Researches on the Numerical Si m ulati on and Op ti m u m of the

Coalescing Components of Gravity Separat ors

ZHANG L i m ing1,HE L i m in1,WANG Tao2,LU Yuling1,HE Zhaoyang1

(1China U niversity of Petroleum,D ongying,257061,Shandong,China;

2Research Center,CNOOC,B eijing,100027,China)

Abstract　The three2di m ensi onal nu merical si m ulati on was conducted of the internal fl ow field of a separat or with the dis perse phase particle sizes of different inlets and the different structure of coalescing p lates using the Fluent nu merical si m ulati on s oft w are,standard k2εturbulent model,and multi p le m ixed algorithm.A compar2 is on was perfor med of the concentrati on distributi on of oil and water bef ore and after their passing thr ough the coalescing component t o deter m ine the range of sizes of the particles in dis perse phase that the separat or could efficiently treat,and the separati on characteristics of a<384mm×20mm×1800mm separat or were studied by rep lacing the coalescing p lates with f our different materials and shapes,the fact ors of affecting the separati on characteristics of the coalescing p lates and the range of treating particle sizes in dis perse phase were derived, the coalescing p lates suitable f or the separat or were selected,the coalescing and separating efficiencies of the separat or with vari ous coalescing p lates were esti m ated with comparative and experi m ental data,the basis of selecting coalescing components under vari ous working conditi ons was p r oposed.

Key words　Gravity Separat or,Coalescing Plate,Numerical Si m ulati on,Separati on Characteristic

建筑结构优化设计

建筑结构优化设计发表时间：2016-03-28T16:11:12.903Z 来源：《基层建设》2015年23期供稿作者：陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填[导读] 华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。陈火涛吕金钊罗森陈钰璐陈湧填华南农业大学水利与土木工程学院广东广州 510642 摘要：对建筑结构优化设计理论进行了概述，并重点介绍了基于可靠度理论的工程结构优化设计，概念设计在结构优化设计中应用，高层混凝土结构的优化设计以及高层剪力墙结构的优化设计四个方面，为结构的优化设计提供参考依据。关键词：结构设计；优化；应用结构优化设计的任务，就是以数学规划为基础，将力学的概念、理论和近似方法和数学规划方法结合，转化成数学问题，建立数学模型，选择计算方法，运用计算机在多种可行性设计中，选择出相对而言属于最优的设计方案，达到兼顾经济性，安全性，舒适性的目的。其步骤可分为设计变量，建立目标函数，确定约束条件，经过计算分析得出优化的计算结果。[1]当然除此之外还有一些构造上及概念上的优化措施，将在概念设计，高层剪力墙结构与高层混凝土结构的优化设计中重点论述。 1.基于可靠度理论的结构优化设计结构的可靠度指结构在设计的基准期内能够承受施工过程中以及正常使用期间的各种外加荷载和变形，有较好的工作性能，耐久性满足正常使用要求，在偶遇灾害如地震，海啸，爆炸等发生时保持必要的整体稳定性。[2] 从工程结构的可靠度理论角度分析，传统的结构优化设计存在以下几点不足：①传统的结构优化并没有完全反映体现结构的可靠性，也没有定量描述可靠度理论，得出的最优结构并不能确保结构具有足够的可靠性。②由于结构构件的尺寸和材料的性能参数具有随机不确定性，而传统结构优化设计并没有考虑这些因素因此并不能反映参数不确定性这一特点。基于以上分析论述，结构的可靠度要求考虑进工程结构优化设计的数学模型中，文献[3]给出了基于可靠度约束的结构优化算例，在结构可靠度分析基础上进行结构优化设计，实现经济合理的设计方案。 2.概念设计在结构优化设计中应用概念设计，即在建筑物施工前，设计人员考虑建造地周围的地理环境、文化环境与社会环境等，提出相应的建筑结构设计方案，优化建筑结构设计，以期达到进一步融合周围环境与社会环境的目的。概念设计有效弥补理论性设计与计算性设计的不足，使结构设计方案更科学合理；进行抗震设计时概念设计能在降低地震作用效应的同时提高建筑工程的质量和安全性；科学合理的概念设计拓展了建筑物的结构设计思路，增强工程质量、安全性及工程造价。[4] 2.1应用概念设计可在多个建筑结构施工方案中择优而用。概念设计使得建筑结构施工方案具有合理性、实用性和经济性，这要求设计人员在优化建筑结构时，充分考虑建筑物建成后的目的、抵抗外界环境的能力需要、施工条件、施工材料等因素，从而制定并选取科学合理、全面系统的建筑结构施工方案。 2.2概念设计中应用抵抗自然灾害的能力设计。概念设计应与时俱进、因地制宜，如考虑抗震能力设计、防火能力设计、抗击风荷载能力设计等，充分考虑现代建筑结构需要适应的社会环境与自然环境，在建筑结构满足工程施工要求的同时，优化结构，使工程中各个构件环环相扣，增强建筑工程的安全性。 3.高层剪力墙结构的优化设计剪力墙结构体系由于整体性好，侧向刚度大，抗震性能优越，且由于没有梁柱的外露突出，结构层平整，利于房间布置，因而被广泛应用于高层住宅性建筑中。对该结构体系进行优化需考虑钢筋混泥土用量大造价高，剪力墙中墙肢轴压比偏低的承载力发挥不充分，采用构造配筋的墙体延性低等常见问题，[5]如何对剪力墙结构体系进行优化，使其既发挥其抗侧能力强等优点，又降低工程造价，现就以下几方面进行论述。 3.1强周边，弱中部。剪力墙应尽量布置在结构周边，中部减少剪力墙的布置量，以提高结构的抗扭刚度，控制结构的周期比与位移比。另外，剪力墙宜沿主轴方向或其他方向双向布置，避免单向布置，并宜使两个受力方向的抗侧刚度接近。 3.2多均匀长墙，少短墙。选择对结构承受水平及竖直向荷载有利的隔墙位置布置剪力墙，尽量设置为长墙，以充分发挥剪力墙的作用。在较长的剪力墙宜开设门窗洞口，上下对齐、成列布置，形成明确的墙肢和连梁，将其分成长度较均匀的若干墙段，墙段之间宜采用弱连梁连接。 3.3剪力墙应自下到上连续布置，允许沿高度改变墙厚和混凝土强度等级，或减少部分墙肢，使侧向高度沿高度逐渐减小。这样一方面可以避免刚度突变，另一方面可以减轻自重，降低工程造价。 3.4尽量采用普通剪力墙和使墙肢长度较长，并且两端与翼墙相连，减少小墙肢和短肢墙的数量。应尽量减小墙肢长度的差异，使各片剪力墙分配的地震作用力均匀。这样发挥了剪力墙的抗侧移刚度，在满足规范层间位移角限值的情况下，减少剪力墙的数量；同时减少了开洞的数量和其两端边缘约束构件的数量从而减小暗柱的构造配筋面积，使得工程造价降低。 4.高层混凝土结构的优化设计高层建筑的特点是建筑结构需同时承受水平和竖向的荷载作用。混凝土是高层建筑设计中的重要考虑因素。在进行结构设计时要充分考虑各种因素，确保结构的强度，刚度和延性均处于合理范围，高层混凝土结构的优化设计具体措施有以下几个方面。 4.1合理使用高强砼和高强钢筋强砼和高强钢筋高优化构件截面尺寸的合理使用，可以减轻地基的承载量和高层建筑自重，从而减小超高层受地震破坏的程度。还减低施工单位的成本，使经效益最大化。 4.2布局优化高层建筑宜使结构平面形状简单、规则，适合刚度和承载力分布均匀的结构单元。 4.3 抗震结构的优化

液液分离器

分离技术上海安赐机械设备有限公司我们关注的领域：节能减排环保领域的污水处理石油石化行业污水回用和处理油田采出水炼油厂焦化水生物柴油脱水净化工艺中有机物和酸碱的分离

石油化工行业常见问题节能减排关乎到国家、地区的可持续发展,而长期以来，石油石化和化工企业的污水处理，一直困扰着企业的发展，如油田采出水、炼油厂焦化水、酸性水，化工企业含有有机物的废水处理等，难题就在于如何有效的污水处理直至回用。我们能够做到我们积极与国际领先的公司和大学合作，关注分离领域的技术进展，以取得最完善的解决方案。同时，我们也积极从事自己的研究开发。目前，在液-液分离的应用中，我们可以分离的最小液滴直径达到3~5μm ，分离效果使污水达到回用标准。我们的产品纤维床凝聚分离通过研究和实验，我们发现微观纤维具有使液滴凝聚作用，它们吸附被分散相达到最大溶解量，即使是只有几μm 的液滴和高粘度的介质。分离效率和流速是由下列参数决定的：纤维床体积、纤维直径和孔隙率等。为此我们开发了AFB型相分离器，并在生产实践中成功应用。只要两种介质互不相溶，并且密度差大于2%，都可以进行分离。要求进入设备的固体颗粒粒径小于 5μm，避免堵塞纤维床，以延长设备的使用寿命。根据介质的腐蚀情况，可供选择的材料主要有：PTFE、不锈钢和玻璃等。

使用中的AFB 型相分离器AFB 型相分离器的分层界面 AFB 型相分离器分离效果AFB 型相分离器分离示意

板式相分离器改变传统的斜板式重力分离器的结构，根据不同的介质特性，制造不同角度的“V”型板组，对斜板分离器结构参数进行优化，我们开发了AFP型相分离器,从而提高了设备利用率，得到满意的分离效果。简洁的设计，免维护，低运行成本是这个系统的特点。AFP型相分离器从水、污水、废酸和碱中除去矿物油和有机物等组分，如果液体含有固体，其颗粒可以在分离斜面的空隙中分离沉降到罐的底部，其分离效率不变，结合合适的排出系统，相分离器也是有效的固体分离器。只要两种介质互不相溶，并且密度差大于 2%，都可以进行有效的分离。根据介质的腐蚀情况，可供选择的材料主要有：PTFE、PVDF、PP、不锈钢和橡胶等。 AFP型相分离器 AFP型相分离器分离原理

社会研究方法课程设计

社会研究方法课程设计调查报告调查题目：关于地铁站路边摊问题的调查调查地点：北京市通州区梨园城铁站调查对象：梨园站出站的乘客调查时间：2012年8月27日晚高峰期间19:00—21:00

班级：行政1002 姓名：吕铮学号：2010012341 【内容提要】近些年来，随着地铁的发展，路边摊成为地铁站周边一道别致的风景线：麻辣烫，铁板烧，臭豆腐，鸡蛋灌饼等，为众多上班族所钟情。我们在享受到路边摊带来便利的同时，也应该注意到路边摊的危害。卫生问题是首先需要的问题。除此之外，路边摊的存在对市政市容造成了一定的影响，也影响到了道路的正常通行。然而这种路边摊的取缔却是很难的。且不说他们流动性强，走到哪儿都可以买，就路边摊的制作也并不复杂，因此取缔路边摊难以有效执行。就政府管理而言，面对路边摊的存在不应该一味的取缔、没收，而是应该统一规范的对路边摊进行管理，同时提高路边摊的卫生规格。这样不仅使路边摊有了一席之地，使它的存在合法化，又能使市民享受到路边摊带来的便利，同时也使路边摊主有了一定的收入，既美化了市容又使摊主与顾客都能获利。街头食品业在向城市人口、尤其是许多发展中国家城市人口提供方便、低廉食品方面发挥着重要作用；受到化学和微生物病原体污染的街头食品被视为食物源疾病的重大诱因；环境卫生不佳、设施不足和食品处理不当是街头食品的主要风险因素；增强摊贩对保障食品安

全所需遵循的基本原则和措施的认识是降低街头食品卫生风险的一项最具成本效益的办法。（本段文字援引世界卫生组织《关于增强街头摊贩食品安全的基本措施》一文）【关键词】路边摊危害管理合法化【调查过程与方法】近年来，路边摊成为地铁站、车站附近的特色，路边摊的种类也越来越丰富。路边摊的存在为上班族提供了便利，可以免去他们工作一天之后还要回家做饭的麻烦。丰富的种类、低廉的价格，使得路边摊的市场不断扩大，随之而来就是路边摊所带来的问题。众所周知，路边摊最大的问题就是食品安全问题，且不说地沟油、亚硝酸盐会给人身带来什么样的危害，灰尘、反复使用的竹签、一次性筷子等都难以保证安全。为了了解路边摊的存在情况以及往来乘客对路边摊的看法，我于2012年8月27日晚高峰期间（19:00—21:00）来到八通线梨园站，对出站乘客做关于路边摊的随机调查。调查内容主要包括：乘客对路边摊的态度，路边摊的危害以及路边摊主的态度。本次调查共有28人接受访问，现将其中7人的访问内容整理出来：【被访问者1：上班族】路边摊的存在已经很长时间了，但是一直没有城管来取缔，路边摊的存在确实给我们带来了便利，它价格低廉，种类繁多，可以省去我们下班之后做饭的麻烦。关于卫生问题吧，我觉得这些东西都不算很干净，但是不是经常吃就没什么问题吧。再说那么多人都吃呢，怎

结构优化设计的综述与发展

结构优化设计的综述与发展 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN

结构优化设计的综述与发展摘要：结构优化设计，就是在计算机技术等高科技手段的支持下，为了提升机械产品的性能、工作效率，延长机械产品的工作寿命，对机械产品的尺寸、形状、拓扑结构和动态性能进行优化的过程。这是机械行业发展的必然要求，也是信息时代的必然要求。结构优化设计，必须在保证机械产品满足工作需要的前提下，通过科学的计算来实行。文章将简单对结构优化设计的发展状况进行介绍，列举几种优化设计方法，以及讨论未来优化的发展情况。关键词：结构优化设计发展优化设计方法 1 结构优化设计结构优化简单来说就是在满足一定的约束条件下，通过改变结构的设计参数，以达到节约原材料或提高结构性能的目的。结构优化设计通常是指在给定结构外形，给定结构各元件的材料和相关载荷及整个结构的强度、刚度、工艺等要求的条件下，对结构进行整体和元件优化设计。结构优化设计一般由设计变量、约束条件和目标函数三要素组成。评价设计优、劣的标准，在优化设计中称为目标函数；结构设计中以变量形式参与的称为设计变量；设计时应遵守的几何、刚度、强度、稳定性等条件称为约束条件，而设计变量、约束函数与目标函数一起构成了优化设计的数学模型。结构优化的目的是让设计的结构利用材料更经济、受力分布更合理。结构优化设计根据设计变量选取的不同可以分为截面（尺寸）优化、形状优化、拓扑优化三个层次。尺寸优化是选取结构元件的几何尺寸作为设计变量，例如，杆元截面积、板元的厚度等等[1]。而形状优化是选取结构的内部形状或者是节点位置作为设计变量。拓扑优化就是选取结构元件的有无作为设计变量，为0-1型逻辑型设计变量。 2 结构优化设计研究概况与现状结构优化设计最早可以追溯到17世纪，伽利略和伯努利对弯曲梁的研究从而引发了变截面粱形状优化的问题。后来Maxwell和Michell提出了单载荷仅有应力约束条件下最小重量桁架结构布局的基本理论，为系统地分析结构优化理论作出了重大的贡献。然而长期以来，由于缺乏高速可靠的计算手段和理论，结构优化设计一直无法获取较大发展。到上世纪六十年代，有限元技术借助于计算机技术，得到了极大的发展。1960年Schmit在求解多种载荷情况下弹性结构的最小重量问题时，首次在结构优化中引入入数学规划理论，并与有限元方法结合应用，形成了全新的结构优化思想，标志着现代结构优化技术的开始[2]。 1973年Zienkiewicz和Campbell[3]在解决水坝的形状优化问题时，首次以节点坐标作为设计变量，在结构分析方面使用了等参元，在优化方法上使用了序列线性规划的方法。其后，众多的学者在此基础上，逐渐发展形成了使用边界形状参数化方法描述连续体边界的方法，即采用直线、圆弧、样条曲线、二次参数曲线、二次曲面、柱面等方式来描述边界。 1982年，Iman提出了设计元法。该方法把结构分成若干子域，每个子域对应一个设计元。设计元由一组控制设计元几何形状的主节点来描述，接着选择一组设计变量来控制主节点的移动。该方法可以有效地减少设计变量，但也存在网格畸形的缺点。 1986年Belegundu提出了基于自然设计变量和形状函数的形状优化方法[4]。他选择了作用在结构上的假想载荷等一系列自然变量，把由假想载荷产生的位移加到初始

建筑结构优化设计建议-侯善民

建筑结构优化设计建议侯善民 201305 2013.05

第一章第章基础 1、基础类型： ? 天然地基基础 ?复合地基→天然地基+增加体（柔性桩、刚性桩）? 桩基：常规桩基后处理加强的后注浆钻孔灌注桩先处理加强的劲性复合予制静压桩

第一章第章基础 ? 天然地基承载力不宜低于预期复合地基承载力的百分之四十软土地基上采用复合地基要慎重组成复合地基的增采用复合地基应注意：十，软土地基上采用复合地基要慎重。组成复合地基的增强体桩基，应具备一定刚度，并且不能是端承桩；随着复合地基承载力需求增大增强体桩基的支承刚度与 ? 随着复合地基承载力需求增大，增强体桩基的支承刚度与桩身强度，要求也需相应提高，对于20层~30层的高层建筑不宜采用单纯摩阻桩桩端进入较好的持力层但持筑，不宜采用单纯摩阻桩，桩端进入较好的持力层。但持力层不宜是强风化以上的岩层，桩身强度承载力要满足计算底板与桩基持力层选择需慎重算，底板与桩基持力层选择需慎重。

第一章南京某小区复合地基事故第章基础南京某小区复合地基事故：该小区位于河西，七层砖混住宅，场地内有深厚的淤泥质软土层，增强体刚性桩未穿过软土层，施工也存在质量问题，建造过程中一直到结构封顶，沉降持续发展，最后采用锚杆静桩较好的才控制住降静压桩，压入深层较好的土层，才控制住沉降。最近几年，我们做了一批20层~30层100米以内的高层剪力墙住宅，采用刚性桩复合地基都取得成功。例如：淮安恒大、淮安中南、合肥融侨等都是20万~30万㎡的高层住宅小区，天然地基承载力约在200k 左右采用予应力管桩作为增加体然地基承载力约在200kpa左右，采用予应力管桩作为增加体，复合地基承载力可达到500Kpa左右

相分离器资料

高效三相分离器 1.型号释疑 JM－×设计压力MPa 设备筒体长度m 设备筒体内径m W：卧式容器 S：三相分离器骏马集团 2.三相分离器分离原理及结构特点刚从地下开采出来的石油我们称为原油，它是复杂的油水乳化混合物，还含有部分气体和少量泥沙。气体的主要成分是天然气和二氧化碳。为了分别得到有利用价值的高纯度的天然气和石油，我们研制出了原油用高效三相分离器，来满足原油开发开采者的需要。所谓的三相，就是气相、液相、固相。三相分离器的工作原理就是利用原油中所含各物质的密度不同、粘度不同以及颗粒大小等的区别来进行分离的。来自井口的原料油首先经过井口阀门、管线到一个加药装置，加药装置可连续可控制的来给原油加破乳剂。这是用来降低原料油中水、油、泥沙之间的粘连混合程度以及分化乳化混合物的颗粒，有利于三相分离器更好的进行分离。我们可根据原油的参数（粘度和温度）来看是否需要在加破乳剂之前设置水套加热炉。水套加热炉就是对原油加热，来降低原油的粘度，提高原油的运输速度。加了破乳剂的原料油首先进入三相分离器的一级分离装置，进口是在一级分离装置中部，沿切线方向旋转式进入。通过旋风分离，根据离心力和重力的作用，将原油所含的各物质由里到外、由上到下的排列为气、油、水、泥沙。为了延长分离器的使用寿命，我们在一级分离装置的入口处沿筒壁方向增加一块垫板，这样泥沙在冲涮筒壁时，只磨损到这块垫板。等于说是把一级分离装置能接触到的高速流体的那段筒体壁厚进行了加强。经过旋风分离，大部分气体涌向一级分离装置的上部，在分离装置的上部我们设有一个伞状板，伞状板由三根扁钢呈120°角分布支承。下部靠一个焊接在筒体内壁上的支承圈支撑。气体冲击到伞状板之后，经过伞状板和一级分离器筒体之间的空隙到达分离器的顶部出气口，由出气口进入二级分离装置。我们设置这个伞状板的原因，就是因初步分离的气体中，含有部分雾状的小颗粒，颗粒中有水和原油以及细微的泥沙，经碰撞到伞状板上之后，由于粘度的原因，大部分都附着在伞状板的

机械结构优化设计

机械结构优化设计 ——周江琛 2013301390008 摘要：机械优化设计是一门综合性的学科，非常有发展潜力的研究方向，是解决复杂设计问题的一种有效工具。本文重点介绍机械优化设计方法的同时，对其原理、优缺点及适用范围进行了总结，并分析了优化方法的最新研究进展。关键词：优化方法约束特点函数优化设计是一门新兴学科,它建立在数学规划理论和计算机程序设计基础上,通过计算机的数值计算,能从众多的设计方案中寻到尽可能完善的或最适宜的设计方案,使期望的经济指标达到最优,它可以成功地解决解析等其它方法难以解决的复杂问题,优化设计为工程设计提供了一种重要的科学设计方法,因而采用这种设计方法能大大提高设计效率和设计质量。优化设计主要包括两个方面:一是如何将设计问题转化为确切反映问题实质并适合于优化计算的数学模型,建立数学模型包括:选取适当的设计变量,建立优化问题的目标函数和约束条件。目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数关系式,约束条件反映的是设计变量取得范围和相互之间的关系;二是如何求得该数学模型的最优解:可归结为在给定的条件下求目标函数的极值或最优值的问题。机械优化设计就是在给定的载荷或环境条件下,在机械产品的形态、几何尺寸关系或其它因素的限制范围内,以机械系统的功能、强度和经济性等为优化对象,选取设计变量,建立

目标函数和约束条件,并使目标函数获得最优值一种现代设计方法,目前机械优化设计已广泛应用于航天、航空和国防等各部门。优化设计是20世纪60年代初发展起来的，它是将最优化原理和计算机技术应用于设计领域，为工程设计提供一种重要的科学设计方法。利用这种新方法，就可以寻找出最佳设计方案，从而大大提高设计效率和质量。因此优化设计是现代设计理论和方法的一个重要领域，它已广泛应用于各个工业部门。优化方法的发展经历了数值法、数值分析法和非数值分析法三个阶段。20世纪50年代发展起来的数学规划理论形成了应用数学的一个分支，为优化设计奠定了理论基础。20世纪60年代电子计算机和计算机技术的发展为优化设计提供了强有力的手段，使工程技术人员把主要精力转到优化方案的选择上。最优化技术成功地运用于机械设计还是在20世纪60年代后期开始，近年来发展起来的计算机辅助设计（CAD），在引入优化设计方法后，使得在设计工程中既能够不断选择设计参数并评选出最优设计方案，又可加快设计速度，缩短设计周期。在科学技术发展要求机械产品更新日益所以今天，把优化设计方法与计算机辅助设计结合起来，使设计工程完全自动化，已成为设计方法的一个重要发展趋势。优化设计方法多种多样，主要有以下几种：1无约束优化设计法；无约束优化设计是没有约束函数的优化设计，无约束可以分为两类，一类是利用目标函数的一阶或二阶导数的无约束优化方法，如最速下降法、共轭梯度法、牛顿法及变尺度法等。另一类是只利用目标函数值的无约束优化方法，如坐标轮换法、单形替换法及鲍威尔法等。此法具有计算

斜板沉淀池设计

. . 环保设备课程作业作业1：斜板沉淀池设计计算采用异向流斜板沉淀池 1.设计所采用的数据 ①由于斜板沉淀池在絮凝池之后，经过加药处理，故负荷较高，取q=3.0mm/s ②斜板有效系数η取0.8，η=0.6~0.8 ③斜板水平倾角θ=60° ④斜板斜长 L=1.2m ⑤斜板净板距 P=0.05m P一般取50~150mm ⑥颗粒沉降速度μ=0.4mm/s=0.0004m/s 2.沉淀池面积式中 Q——进水流量，m3/d q——容积负荷，mm/s 3.斜板面积 η 需要斜板实际总面积为 4.斜板高度 ° 5.沉淀池长宽设斜板间隔数为N=130个则斜板部分长度为° 斜板部分位于沉淀池中间，斜板底部左边距池边距离l2=0.1m，斜板底部右边距池边距离l3=0.8m，则池长L=7.5+0.1+0.8=8.4m 池宽B= 校核：，符合

故沉淀池长为8.4m ，宽为9.2m ，从宽边进水。 6.污泥体积计算排泥周期T=1d ()()()() 612324100200002002010100 90100110096Q C C T V m n γρ--???-??= = =-?- 污泥斗计算设计4个污泥斗，污泥斗倾斜角度为67°，污泥斗下底面长a=0.4m ，上底面长b=2.1m 。 5 2.10.4tan tan 672222 2b a h m θ???? =-=-?= ? ????? 污泥斗总容积: 3150.4 2.1249.29222 a b V h n L m ++= ???=???=>V=90m 3 ，符合要求。 7.沉淀池总高度 123450.3 1.0 1.0 1.0 2.0 5.3H h h h h h m =++++=++++= 式中 h 1——保护高度（m ），一般采用0.3-0.5m ，本设计取0.3m ； h 2——清水区高度（m ），一般采用0.5-1.0m ，本设计取1.0m ； h 3——斜管区高度（m ）； h 4——配水区高度（m ），一般取0.5-1.0m ，本设计取1.0m ； h 5——排泥槽高度（m ）。 8.进出水系统 8.1. 沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积：式中 v ——孔口速度（m/s ），一般取值不大于0.15-0.20m/s 。本设计取0.18m/s 。每个孔口的尺寸定为15cm ×8cm ，则孔口数个。进水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。 8.2.沉淀池出水设计沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s ，则穿孔总面积：设每个孔口的直径为4cm ，则孔口的个数：

结构优化设计大作业(北航)

《结构优化设计》大作业报告实验名称: 拓扑优化计算与分析 1、引言大型的复杂结构诸如飞机、汽车中的复杂部件及桥梁等大型工程的设计问题，依靠传统的经验和模拟实验的优化设计方法已难以胜任，拓扑优化方法成为解决该问题的关键手段。近年来拓扑优化的研究的热点集中在其工程应用上，如: 用拓扑优化方法进行微型柔性机构的设计，车门设计，飞机加强框设计，机翼前缘肋设计，卫星结构设计等。在其具体的操作实现上有两种方法，一是采用计算机语言编程计算，该方法的优点是能最大限度的控制优化过程，改善优化过程中出现的诸如棋盘格现象等数值不稳定现象，得到较理想的优化结果，其缺点是计算规模过于庞大，计算效率太低;二是借助于商用有限元软件平台。本文基于matlab软件编程研究了不同边界条件平面薄板结构的在各种受力情况下拓扑优化，给出了几种典型结构的算例，并探讨了在实际优化中优化效果随各参数的变化，有助于初学者初涉拓扑优化的读者对拓扑优化有个基础的认识。

2、拓扑优化研究现状结构拓扑优化是近20年来从结构优化研究中派生出来的新分支，它在计算结构力学中已经被认为是最富挑战性的一类研究工作。目前有关结构拓扑优化的工程应用研究还很不成熟，在国外处在发展的初期，尤其在国内尚属于起步阶段。1904 年Michell在桁架理论中首次提出了拓扑优化的概念。自1964 年Dorn等人提出基结构法，将数值方法引入拓扑优化领域，拓扑优化研究开始活跃。20 世纪80 年代初，程耿东和N. Olhoff在弹性板的最优厚度分布研究中首次将最优拓扑问题转化为尺寸优化问题，他们开创性的工作引起了众多学者的研究兴趣。1988年Bendsoe和Kikuchi发表的基于均匀化理论的结构拓扑优化设计，开创了连续体结构拓扑优化设计研究的新局面。1993年Xie.Y.M和Steven.G.P 提出了渐进结构优化法。1999年Bendsoe和Sigmund证实了变密度法物理意义的存在性。2002 年罗鹰等提出三角网格进化法，该方法在优化过程中实现了退化和进化的统一，提高了优化效率。目前常使用的拓扑优化设计方法可以分为两大类：退化法和进化法。结构拓扑优化设计研究，已被广泛应用于建筑、航天航空、机械、海洋工程、生物医学及船舶制造等领域。 3、拓扑优化建模（SIMP）结构拓扑优化目前的主要研究对象是连续体结构。优化的基本方法是将设计区域划分为有限单元，依据一定的算法删除部分区域，形成带孔的连续体，实现连续体的拓扑优化。连续体结构拓扑优化方法目前比较成熟的是均匀化方法、变密度方法和渐进结构优化方法。变密度法以连续变量的密度函数形式显式地表达单元相对密度与材料弹性模量之间的对应关系，这种方法基于各向同性材料，不需要引入微结构和附加的均匀化过程，它以每个单元的相对密度作为设计变量，人为假定相对密度和材料弹性模量之间的某种对应关系，程序实现简单，计算效率高。变密度法中常用的插值模型主要有:固体各向同性惩罚微结构模型(solidisotropic microstructures with penalization，简称SIMP)和材料属性的合理近似模型(rational approximation ofmaterial properties，简称RAMP)。而本文所用即为SIMP插值模型。

结构形式的合理优化方法

结构形式的合理优化方法 1、推敲地下室布置地下室结构在结构成本中所占的比重很大，而且地下室的结构离散性比较大，对其他部分的影响和关联不明显，做好地下室结构的优化设计对于控制整个结构成本至关重要。首先，要注意公共大地下室的面积的充分利用，做好单层地下室和多层地下室的方案比较。其次，要把握好支护成本的降低，尽量抬高整个±0.000的标高，因为这不仅降低了支护的成本还节约了土方的开挖和外运，减少了地下水丰富区域的水压力的影响，对地下室的底板和抗拔桩的设计都起到了有利影响。对地下室的结构成本控制还要把握好地下室顶部覆土厚度的控制和顶部活荷载的控制，地下室顶部覆土的厚度一般与景观布置和地下管线的埋设要求有关系，这就要求在设计管理过程中把景观设计和管网设计提前介入，做好精细化设计和专业配合工作，严格控制好地下室顶部覆土的厚度。最后，要把握好地下室顶板和底板的布置方案，对这些结构布置方案要做好多方案成本比较，要全方位的把握方案的可行性，对方案的取舍要慎之又慎。 2、控制层高在满足建筑立面和使用净高的前提下，减少层高不仅可以减少竖向构件的长度和体积，同时还可以减少基础等土建成本和外装、设备及运营成本。对于一般中档房屋来讲，层高每减少100mm，成本可减少30～40元/㎡，地下室还会更高些。减少层高可以通过结构专业控制梁高、设备专业每层综合布线来实现。某些部位还可以采用变截面梁或在梁中预埋套管等措施来保证楼层净高的要求。 3、控制宽高比（即结构高度和结构有效宽度的比值）建筑高宽比越大，主体结构抗倾覆力矩也越大，安全所需抗侧力构件（剪力墙）便越长，由此便会增加结构成本。控制高宽比成为了结构优化设计的显著环节。 4、优化剪力墙设置底部商业、底层复式住宅或架空层层高一般较高，为满足规范要求，剪力墙墙厚必须增加较多，同时因变成了短肢剪力墙，配筋也将进一步增加，此时可以通过验算超限墙体的稳定性来减小墙厚，由此一来，墙厚变小，成本也将大大降低。

探讨建筑结构优化设计分析

探讨建筑结构优化设计分析发表时间：2018-11-15T14:24:03.870Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第20期作者：徐皓宇[导读] 本文将介绍几种具体方法来优化建筑结构的设计,以供参考。华东建筑设计研究院有限公司上海市 200041 摘要：在建筑结构设计过程中,安全性,施工便利性,经济性,实用性和美观性是必须考虑的五个基本问题。同时也要求设计人员优化建筑结构设计,使建筑更合理,更安全,更实用。为此,本文将介绍几种具体方法来优化建筑结构的设计,以供参考。关键词：建筑结构；结构设计；优化途径 1 引言在我国经济快速发展的背景下，人们的生活水平不断提高，对居住条件也提出了更高的要求。近年来，随着环保、节约等理念的不断发展，在建筑行业中，节能环保型社会建设理念逐渐深入人心，这种情况下，为了更好地满足建筑使用者的需求，必须对建筑结构进行优化设计，力求在满足投资成本控制目标的前提下，使建筑的各项功能达到使用者的预期，进而使建筑的经济和社会效益最大化。鉴于此，本文对建筑结构优化设计进行研究，具有重要的现实价值。 2 建筑结构设计优化的主要内容建筑结构设计包括基础部分结构设计、主体部分结构设计、建筑上部结构设计、围护结构设计、细部结构设计等。此外，建筑结构设计的优化可以从成本控制、结构构件受力情况、结构布置方式、材料选型等方面入手[1]。由此可知，在对建筑结构进行优化时，必须在满足建筑基本使用要求和相关设计规范的前提下，结合建筑结构设计的实际情况，以经济效益最大化为最终目标，进行建筑结构的优化设计。需要注意的是，在建筑设计方案完成后，会不可避免地出现一些不完善地方，导致资金的大量浪费。因此，建筑结构的优化设计必须贯穿建筑建设的全过程，以提高经济效益，实现对资金的合理利用。 3 建筑结构优化设计的重要性与基本要求 3.1 建筑结构优化设计的重要性在建筑设计中，结构设计优化的重要性主要体现在2方面：降低建筑总造价；提高建筑的经济性。具体来说，通过建筑结构优化设计，可以在资源上降低建筑的建设成本。同时，还可以在资源条件有限的情况下，使建筑的质量与功能水平达到最优，提高空间利用率，使资源功效最大化。建筑质量包括建筑环境与使用功能，而建筑结构设计优化是基于一定经济发展原理而进行的[2]。因此，建筑结构优化可以实现对投资资金、建筑质量、功能水平、土地资源空间利用的合理优化。由此可知，建筑结构优化具有节约建筑成本的重要作用，既是实现建筑成本节约与建造高质量工程的重要途径，也是确保建筑行业未来实现可持续发展的重要保障。 3.2 建筑结构优化设计的基本要求在对建筑结构设计进行优化时，需要遵循以下几要求：（1）功能性。建筑结构设计优化的最终目的是为了更好地满足人类对居住条件的多方面需求，随着社会发展水平的提高，人们对建筑的功能性需求，除了传统的实用性功能，还增添了美观性、舒适性、智能性等多种新的需求。因此，建筑结构的优化设计必须符合功能性需求[3]。（2）安全性。安全是人类对居住环境最主要的要求，过于追求优化而忽视安全性是绝对不可以的。（3）经济性。随着市场经济的不断发展，对资源配置提出了新的要求，而建筑结构优化设计必须遵循这一要求，提高各种材料资源的利用效率，进而缩减建设成本。此外，可以通过结构优化设计减少许多稀缺或价格昂贵的材料的使用量，进而降低材料使用成本。（4）环保性。这是继经济性之后，对建筑结构优化设计的又一更高的要求。在优化建筑结构设计时，应在满足建筑功能性与安全性需求的前提下，尽量选择节能环保型材料。同时，在优化设计的整体布局上，一方面要重点关注建筑主体内部结构的环保和统一；另一方面，也要对废旧材料进行环保性处理或应用。 4 建筑结构设计优化的具体路径 4.1 优化建筑结构的整体布局首先，建筑结构的设计人员和决策人员必须站在全局的角度，通过点、线、面，对建筑结构优化设计的整体布局进行确定，之后再利用点、线、面三者之间的架构关系，通过材料的选择与应用、构件的布置等，实现单个构件与整体结构的优秀奥协调，进而使每一个构件均可以实现最佳受力情况，以此实现单个构件的最佳化利用，同时提高建筑整体结构的刚性、承重力以及延展性。 4.2 优化建筑材料的选择在建筑结构中，各个点、线、面均具备一定的力学承载力特征，而材料是力学承载力的载体。因此，材料在建筑结构设计的优化中，具有至关重要的作用。钢筋混凝土是一种混合性材料，通过将各种材料按比例配置，可以显著增强构件的刚性以及强度，这也是结构设计优化的一部分。并且近年来，地震、泥石流等自然灾害不断增多，在建筑材料的使用上，必须重视材料的抗震性、抗土性等性能，这就要求在建筑结构设计优化时，必须综合考虑材料的质量、特性、与周围环境的适合程度以及价格等，力求在牺牲最小经济性的前提下，使建筑结构在安全性、功能性以及环保性上达到最优。 4.3 优化构件布置在建筑结构的优化设计中，构件布置主要包括柱、梁与剪力墙的布置。现阶段，在高层建筑中，主要应用框架-剪力墙结构体系，框架-剪力墙结构比较灵活，很容易满足建筑物的使用要求，且该体系具有较好的承载力、整体性以及抗震性，在发生地震等自然灾害时，可以有效减小结构自身的侧移[4]。因此，在该体系的实践应用中，除了剪力墙的刚度必须满足建筑强度要求，还需要赋予结构一定的侧向刚度。而在梁的选择与布置上，一般情况下，常规梁最具经济性，但建筑层数不宜过高，在当今土地资源极为有限的前提下，难以实现建筑经济效益的最优化。而宽扁梁虽然可以缩小梁的截面高度，增加建筑层数，进而获得更大的建筑面积。但是，其经济性比较有限。预应力梁可以很好地满足建筑的特殊需求，但价格较高。总之，在对建筑结构设计进行优化时，必须对多方面因素进行综合考量，以满足建筑功能性需求与质量需求为基本前提，尽可能地通过构件布的优化，降低建筑成本，提高建筑的经济效益与社会效益。 4.4 合理应用概念设计

重力式油水分离器说明书

ZKYS高效油水分离器说明书东莞方成环保科技有限公司

ZKYS高效油水分离器说明书针对工厂、小区、机关等场所中含油污水特殊的水质状况，按照斯托克斯定律，结合流体动力学，利用重力分离技术，通过精心计算、设计、研制的一种重力式高效油水分离器专利技术产品。该设备经过多年的实际使用，证明对于处理聚合分离石油化工、炼油、油田、码头油库，生产中产生的含油污水中的细小油粒，具有特殊的效能，对于生活、食堂、机关等场所的动植物油都具有高效才处理能力。。该设备可以将废水中的与水互不相溶、且粒径在十几微米以上的细小油珠经过聚合后从水中分离出来，将废水中的含油浓度降至20-50mg/L以下，从而达到石油化工、炼油厂工艺含油污水处理的排放要求及国家有关的污水排放标准。一.产品简介 ZKYS系列高效油水分离器是采用最新技术生产的新一代环保产品。它根据水和油脂的密度差，采用了独特的工艺原理和设备结构，使用重力式分离技术，自动将废水中的油脂分离出来，是目前国内先进的理想的环保新产品。二.技术特点 1、利用油水的密度差采用流体动力学原理，结合重力分离法对含油污水进行处理而设计的三相分离器，其处理效果非常明显。 2、将液体射流技术有机的应用于设备中，利用液体传质技术推动并加速细小油粒的上浮速度。经过有机组合，不受进水含油量的浓度变化影响，出水水质稳定。 3、采用特殊工艺压制而成的不锈钢容器。具有均匀布水、增长污水流动距离、缩短油粒上浮距离、增大油滴的聚合机率、加速油水聚合分离的时间，可确保后续分离效果的稳定。 4、为了保证液流在设备内能均匀布水、层流，不形成液流死区，在设备内还配备了一套完整的液体层流布水系统，以确保废水在设备内始终形成层流状态。 5、投资省，设备体积小、占地面积小，为设备配套的土建工程和附属设备特别少，从而大大减少了污水处理的投资费用。

基于有限元分析的结构优化设计方法的研究_李曼丽

基于有限元分析的结构优化设计方法的研究 The research of a structure optimization design method based on FEA 李曼丽，杨志兵 LI Man-li ，YANG Zhi-bing （北京理工大学机械与车辆学院工业工程研究所，北京 100081）摘要：提出一种新的结合有限元分析和参数化建模的结构优化设计方法，并利用单参数分析和多参数分析进行阐述。在该方法中，首先建立产品的参数化FE模型，实现修改参数后自动更新产品模型并进行计算；其次利用二次开发设计用户界面，通过单参数分析评价各参数对产品结构性能的影响程度，通过多参数分析在修改两个参数的条件下，基于权衡研究找出产品结构最佳优化方案；最后提出一种根据权重评价多参数修改条件下的设计方案的思路。关键词：结构优化设计；有限元分析；参数化FE模型中图分类号：TH122;TP391.7 文献标识码：A 文章编号：1009-0134(2013)09(下)-0123-04Doi：10.3969/j.issn.1009-0134.2013.09(下).37 收稿日期：2013-05-21 作者简介：李曼丽（1990 -），女，河南周口人，硕士，研究方向为CAD/CAE 。 0 引言如今，竞争日趋激烈的环境迫切需要企业快速开发出高质量的产品，为了在降低成本同时改善产品的性能，对产品进行结构优化设计是具有实际意义的。结构优化是在满足最优结构性能时能自动生成机械零件设计的一种方法，它能够在成本较低的情况下满足设计要求。最优结构性能可能是产品的质量较轻或者便于操作者使用[1] 。在过去的一段时间内，很多学者对机械产品如液压挖掘机、飞机零件等的结构优化设计做了一些研究[2]，验证了有限元分析（FEA ）在分析产品结构性能时所体现的重要意义的意义。FEA 是对已知工作载荷和边界条件下的结构强度计算的最强大的一门技术。随着并行工程以及DFX 技术的发展，FEA 已成为设计过程中的关键步骤。最初FEA 只是用来在设计最后验证设计的合理性，现在已经应用到设计整个过程，尤其是在上游设计阶段[3]。然而，传统用于结构优化的FEA 技术需要花费大量的时间，不能满足快速响应的需求，因此关于FEA 的进一步的研究目前引起了学术界的注意。Qiao L.H.等提出了一种基于工程仿真的混合优化设计方法，并以钳臂为例进行验证该方法[4]。通过总结前人的研究成果，其中一些研究也提出了参数建模方法，可以有效减少设计时间，并提高设计质量。Liu Z.C.等同归对VC+ +和ANSYS 的APDL 语言进行结合开发，完成了YJ32液压机下梁的有限元优化设计[5]。基于有限元分析和参数化建模这两个基本理论，本文提出了一种结构优化设计方法，可以帮助设计者短时间内找出产品的最优设计，最后以电焊钳钳臂为例验证该方法的有效性。 1 基于FEA 的强度分析强度是产品设计过程中最基本的设计要求，为了测试产品是否能够承受工作载荷，需要进行有限元分析得到最大应力和最大位移，并与产品所用的材料性能进行比较。另外，设计者可以考虑采用加强筋或加强套，或者改变关键尺寸来提高产品的强度。通常情况下，有加强筋的钳臂可以承受更大的负载，直径尺寸大一些的使用寿命较长，但同时重量也增大，因此设计者要对强度和重量进行权衡，找到最优设计。强度分析被广泛用于获得特定负载条件下的结构的最佳强度/重量比。 Zhang B.等利用FEA 技术，通过参数研究方法分析内燃机的气缸盖直径这一关键参数，验证了气缸盖的结构设计中存在一个理想的参数匹配点[6]。参数和最大应力之间的匹配关系有助于产品设计。本文从两个方面阐述了一种新的结构优化设计方法：单参数分析和多参数分析。 1）单参数分析产品结构的很多参数都会影响结构性能，并且影响的程度不同。因此，可以通过单参数分析方法找出相对重要的影响参数。在固定其他参数

建筑结构优化设计

斜板沉淀池设计

环保设备课程作业作业1：斜板沉淀池设计计算采用异向流斜板沉淀池 1.设计所采用的数据 ①由于斜板沉淀池在絮凝池之后，经过加药处理，故负荷较高，取q=3.0mm/s ②斜板有效系数η取0.8，η=0.6~0.8 ③斜板水平倾角θ=60° ④斜板斜长 L=1.2m ⑤斜板净板距 P=0.05m P一般取50~150mm ⑥颗粒沉降速度μ=0.4mm/s=0.0004m/s 2.沉淀池面积 A=Q q = 20000 24×60×60×0.003 ≈77m2 式中 Q——进水流量，m3/d q——容积负荷，mm/s 3.斜板面积 A f=Q ημ=20000 24×3600×0.8×0.0004 =723m2 需要斜板实际总面积为A f′=A f cosθ=723 0.5 =1447m2 4.斜板高度 h=l×sinθ=1.2×sin60°=1.0m 5.沉淀池长宽设斜板间隔数为N=130个则斜板部分长度为l1=130×0.05÷sin60°=7.5m 斜板部分位于沉淀池中间，斜板底部左边距池边距离l2=0.1m，斜板底部右边距池边距离l3=0.8m，则池长L=7.5+0.1+0.8=8.4m 池宽B=A L =77 8.4 =9.2m 校核：B′=A f′ (N+1)×l =9.2m，符合故沉淀池长为8.4m，宽为9.2m，从宽边进水。

6.污泥体积计算排泥周期T=1d 污泥斗计算设计4个污泥斗，污泥斗倾斜角度为67°，污泥斗下底面长a=0.4m ，上底面长b=2.1m 。污泥斗总容积: 3150.4 2.1249.29222 a b V h n L m ++=???=???=>V=90m 3，符合要求。 7.沉淀池总高度式中 h 1——保护高度（m ），一般采用0.3-0.5m ，本设计取0.3m ； h 2——清水区高度（m ），一般采用0.5-1.0m ，本设计取1.0m ； h 3——斜管区高度（m ）； h 4——配水区高度（m ），一般取0.5-1.0m ，本设计取1.0m ； h 5——排泥槽高度（m ）。 8.进出水系统 8.1. 沉淀池进水设计沉淀池进水采用穿孔花墙，孔口总面积： A =Q = 式中 v ——孔口速度（m/s ），一般取值不大于0.15-0.20m/s 。本设计取0.18m/s 。每个孔口的尺寸定为15cm ×8cm ，则孔口数N =A 15×8= 个。进水孔位置应在斜管以下、沉泥区以上部位。 8.2.沉淀池出水设计沉淀池的出水采用穿孔集水槽，出水孔口流速v1=0.6m/s ，则穿孔总面积： A =Q = 设每个孔口的直径为4cm ，则孔口的个数：式中 F ——每个孔口的面积(m2) 设沿池长方向布置8条穿孔集水槽，右边为1条集水渠，为施工方便槽底平坡，集水槽中心距为：L'=9.2/8=1.1m 。每条集水槽长L=8 m ，每条集水量为：30.230.014/28q m s = =?，考虑池子的超载系数为20%，故槽中流量为：槽宽：b =0.90.4q '=0.9×0.0170.4=0.9×0.20=0.18 m 。起点槽中水深 H1=0.75b=0.75×0.18=0.14m ，终点槽中水深H2=1.25b=1.25×