并排塔器耦合流场特性研究

风浪流耦合作用下锚泊式海上试验平台的水动力特性试验

1. 论文概要................................................3

1.1 研究背景与目的.......................................3

1.1.1 锚泊式海上试验平台概述...........................4

1.1.2 水动力特性研究的重要性...........................5

1.1.3 研究目的及目标...................................6

1.2 文献综述.............................................7

1.2.1 锚泊系统研究进展.................................8

1.2.2 水动力学基础.....................................9

1.2.3 水动力特性试验技术..............................10

1.3 研究方法和技术路线..................................11

2. 模型设计与试验方案.....................................13

2.1 锚泊式试验平台设计..................................14 2.1.1 平台结构........................................16

2.1.2 锚泊及控制装置..................................17

2.1.3 传感器布置......................................19

对流型塔板流场特性模拟研究及改进

郑胜飞。文顺清　

（杭州杭氧股份有限公司设计院，浙江省杭州市东新路３８８号３１０００４）　

摘要：用ＲＮＧ壶一ｅ湍流模型模拟对流型塔板上液相三维流场分布，模拟结果表明在对流型　塔板上弓形区域内同样存在着回流区和滞流区。这对传质传热很不利，在此基础上研究了改进流　

场分布的两种方法：设置导流片和不等高堰，分析后认为设置不等高堰经济合理。　关键词：对流型塔板；三维模拟；结构改进；流场分布　

中图分类号：ＴＢ６５７．６　文献标识码：Ｂ　

Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ　

ｔｒａｙ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　

Ｚｈｅｎｇ　Ｓｈｅｎｇｆｅｉ，Ｗｅｎ　Ｓｈｕｎｑｉｎｇ　

（Ｄｅｓｉｇｎｉｎｇ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｈａｎｇｙａｎｇ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，３８８　Ｄｏｎｇｘｉｎ　Ｒｏａｄ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３１０００４，　Ｚｈｅｊｉａｎｇ．Ｐ．Ｒ．Ｃ　ｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｔｈｒｅｅ—ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｌｉｑｕｉｄ　ｏｖｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ　ｔｒａｙ　ｉＳ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　

ＲＮＧ　ｋ－￣ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ　ｍｏｄｅｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ａｒｃ　ｒｅｇｉｏｎ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎ　ｔｒａｙ　ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　

ａｌｓｏ　ｒｅｔｕｒｎ　ａｒｅａ　ａｎｄ　ｓｔａｇｎａｔｉｏｎ　ａｒｅａ，　ｗｈｉｃｈ　ａｒｅ　ｖｅｒｙ　ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｕｓ　ｔｏ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ．　Ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｂａｓｅ，ｔｗｏ　

ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ｆｌｏｗ　ｆｉｅｌｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ（ｓｅｔｔｉｎｇ　ｆｌｏｗ　ｇｕｉｄｅ　ｓｈｅｅｔ　ａｎｄ　ｕｎｅｑｕａｌ　ｗｅｉｒ）ａｎｄ　ｓｅｔｔｉｎｇ　

并排水平轴潮流能水轮机组水动力特性研究

张继生;曹运修;吴修广;宋凡;戴鹏

【摘要】A three-dimensional (3D) hydrodynamic model was developed

based on FLOW-3D.The influences of the lateral spacing and relative

installation elevation of the turbines and incoming velocity on the

hydrodynamics around two parallel-arranged horizontal-axis tidal stream

turbines were investigated.Numerical results show that an increase of the

lateral spacing between two turbines leads to a decrease of the maximum

fluid force acting on the turbines in the flow direction,with a maximum

decrease of 6.62%,and a decrease of the maximum velocity in the

accelerating region of the wake field,with a maximum decrease of

1.21%.The changes of relative installation elevation of turbines and

incoming velocity have significant impacts on the rotating speed of

turbines,maximum fluid force acting on turbines,and the velocity

某大型塔器流固耦合的数值仿真的开题报告

题目：基于FLUENT的某大型塔器流固耦合数值仿真

一、研究背景和意义

随着化工工业的不断发展，大型塔器在化工工业中起着至关重要的作用，如气-液吸收塔、气-气分离塔、蒸馏塔等。为了保证工艺的稳定性和经济性，对大型塔器的设计和优化必须进行流固耦合数值仿真。流固耦合分析可考虑塔器中的气相、液相和壁面之间的物理相互作用，包括流动、传热和应力分析等。因此，本文旨在利用FLUENT软件，对某大型塔器进行流固耦合数值仿真，以提高塔器的设计和运行效率。

二、研究内容和方法

1.建立某大型塔器的三维模型，在FLUENT中进行网格划分和预处理；

2.利用基于欧拉-拉格朗日方法的耦合求解器，对气相、液相和壁面进行流固耦合数值仿真；

3.考虑多相流、传热和应力的影响，分析塔器中的物流动态特性、塔底液溢泄漏和壁面应力分布等；

4.分析不同液气流速、进口流量等因素对大型塔器性能的影响；

5.优化大型塔器的结构设计，提高塔器的运行效率。

三、研究预期成果

1.建立某大型塔器的三维模型，在FLUENT中进行网格划分和预处理；

2.利用流固耦合数值仿真方法，对塔器内部的流动、传热和应力等进行模拟和分析；

3.分析不同因素对大型塔器的性能影响，优化大型塔器的结构设计；

4.通过对某大型塔器流固耦合数值仿真的研究，提高工程实践中大型塔器的设计和运行效率。

四、研究进度安排

第一、二、三个月：熟悉FLUENT软件的使用，建立某大型塔器的三维模型，并进行网格划分和预处理；第四、五个月：利用欧拉-拉格朗日方法的耦合求解器，对气相、液相和壁面进行流固耦合数值仿真，分析塔器内的物流动态特性、塔底液溢泄漏和壁面应力分布等；

第六、七个月：分析不同实验因素对大型塔器性能的影响，如液气流速和进口流量等；

第八个月：优化大型塔器结构设计，提高大型塔器的运行效率；

第九、十个月：探究实验中可能存在的问题和改进方案；

特大型桥梁风-浪-流耦合作用研究

文中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司刘高张喜刚刘天成陈上有吴宏波程潜中交公路规划设计院有限公司孟凡超徐国平侯斌邓科秦建军中交第二航务工程局有限公司张鸿杨炎华交通运输部天津水运工程科学研究所陈汉宝刘海源沈小明耿宝磊哈尔滨工业大学郭安薪大连理工大学周道成深中通道管理中心宋神友刘健

创新成果

首次建立深海海域耦合场观测系统

首次建立了多点、同步、连续的深海海域风-浪-流耦合场现场观测方法及

观测系统，获得了“威马逊”等超强台风期和季风期琼州海峡海域的风-浪-流

耦合场多点、同步、连续的现场观测数据，解决了深海桥梁工程海域的风-浪-

流耦合场现场观测技术难题，为获取深海海域风-浪-流耦合场信息提供了有

效手段；发现了台风路径与风-浪-流耦合场特征参数的关系，提出了耦合场风

参数和波浪频谱模型，揭示了风场参数、波浪场参数、流场参数的耦合特性。

提出耦合场设计参数确定方法

提出了基于嵌套参数化台风场模型、SWAN波浪场模型、风暴潮数学模项目简介

跨海特大型桥梁面临着深水、强风、巨浪、

急流等恶劣海洋环境的严峻挑战。在海洋环境

中，风场、波浪场、水流场之间的多场耦合作用及

其与桥梁结构之间的多介质动力耦合作用同时发

生。如何保障跨海特大型桥梁在风-浪-流耦合

作用下结构的安全性、车辆运行的安全性和舒适

性，成为亟待研究解决的重大课题。

面向跨海特大型桥梁的建设需求，项目组在

国际上率先提出并立项开展“特大型桥梁风-浪-

流耦合作用研究”，在国家和省部级科研项目支

持下，依托重大桥梁工程进行技术攻关和工程验

证，在桥梁风-浪-流耦合作用观测技术与耦合

模型、试验方法与平台、理论方法与软件、控制技

术和技术标准等方面取得了重大突破。经交通运

输部组织的专家鉴定，一致认为：项目形成了具有

原创性的研究成果，达到了国际领先水平。

项目获得国家发明专利14项、软件著作权7

项，发表学术论文62篇（F5000论文1篇，SCI和

水塔流固耦合动力特性分析

[摘要]：本文对水塔进行流固耦合模态分析，主要对其自振频率进行研究。在考虑水体晃动下，研究蓄水深度、支筒刚度的改变对其自振频率的影响，并找出其自振频率变化规律和特性。讨论了水塔实际工况中空箱、满箱时，在动力荷载作用下水塔自振频率的差异。

[关键词]：水塔；流固耦合；有限元法；自振频率

中图分类号： tu991.34+2文献标识码：a 文章编号：

引言

根据我国几次地震灾害调查发现[1]，水箱在地震时破坏较少，发生的破坏主要发生在支承处。因此，可以说明水塔的抗震重点在于支承。在计算支承时，通常将水体质量全部加到水箱上，支承上部简化成一个质点进行抗震验算。然而这种简化没有考虑水体晃动对支筒的影响，因此我们需要对水塔进行流固耦合的动力特性进行分析。鉴于有限元法在求解流固耦合动力分析方面的优越性[2]。本文水塔流固耦合动力响应也采用有限元法进行求解。

本工程为某钢厂一水塔，整体为钢筋混凝土结构，设计水箱容量1500m3，总高度58.365m，水塔支筒壁厚为0.3m，支筒半径6.5m,水箱半径9.5m，材料采用c30混凝土，水塔下部固支于地面上，水塔剖面如图1。水箱中间设有人孔及工作平台，满箱时，即达到设计蓄水容量。

图1 水塔剖面图图2水塔加载后模型

水塔的动力计算理论

1.1基本假设

本文假设流体为无粘，可压缩，小扰动[3]。水塔结构为线弹性材料。

1.2地震条件下考虑水晃动水塔有限元动力方程

通过固体节点位移和流体节点压力以及它们的插值函数[3]，即可得到如下基于位移-压力格式的流固耦合有限元运动方程：

(9)

式中，ms和ks为固体部分的总体质量矩阵和刚度矩阵，mf 和 kf

为流体部分的总体质量矩阵和刚度矩阵，式中为阻尼矩阵，qs 为固体部分的外荷载矢量，为耦合矩阵。

土基海流耦合条件下海上风电场塔架支撑结构动力特性初探

土基海流耦合条件下海上风电场　

塔架支撑结构动力特性初探　

严根华　，古　华　，陆忠民　，林毅峰　

（１．南京水利科学研究院，南京２１００２９；２．上海勘测设计院，上海２００４３４）　

［摘要］　针对海上风力机塔柱支撑结构受到土基、海洋流体作用的复杂特点，开展多介质耦合条件下塔柱支　撑结构动力特性研究。在考虑流固耦合基础上，进一步考虑海床土基弹性条件对塔柱结构动力特性的影响。　最后得出了水流、土基与塔柱结构三合一综合动力特性分析结果，初步取得了变化规律。研究结果对海上风　电场塔架支撑结构的抗振设计及进一步的研究提供了重要基础性参考依据。　［关键词］海上风电场；支撑结构；动力特性；土基海流耦合　

【中图分类号］ＴＭ３１５［文献标识码］Ａ［文章编号］　１００９—１７４２（２０１０）ｌ１—００４７—０６　

１前言　

海上风电场所处环境比陆地环境更加恶劣，涉　

及到的荷载源多，而且量级更大，对风力机支撑系统　

的动力作用更加复杂，深人认识结构动力特性，有助　

于为工程抗振减振措施设计提供科学依据。海上风　

力机塔柱结构一般位于近海地区，受到土基、海洋流　

体的作用（见图１），其结构的动力特性将有别于一　

般的陆上建筑物结构，具有流体、结构固体和土体三　

者的耦合作用，动力特性异常复杂，需要认真研究和　探索，揭示其自身特点…。海上风电场塔柱支撑系　

统振动特性随基础冲刷深度产生显著影响＿２　Ｊ，文章　

对塔柱支承系统结构流固耦合动力特性、考虑海床　

土基弹性条件的塔柱结构动力特性，及其水流、土体　

与塔柱结构三合一综合动力特性进行数值分析研　

究，取得其变化规律。　

２流固耦合塔架支撑系统动力特性分析　

本项研究的依托工程为上海东海大桥海上风电　

场。风力机塔架支撑系统的动力分析研究通过三维　

有限元法进行，分析软件为ＡＮＳＹＳ１　１．０。研究时暂　将风轮及机组简化为集中质量进行处理，以重点考　

察支撑塔架结构的动力特性，为结构振动分析提供　

依据。　

－ｔ：＝ｌ￣　１ｒ　

台风-浪-流耦合作用下海上10_MW级特大型风力机风荷载特性分析

第 36 卷第 2 期2023 年4 月振动工程学报Journal of Vibration EngineeringVol. 36 No. 2Apr. 2023

台风‑浪‑流耦合作用下海上10 MW级特大型

风力机风荷载特性分析

柯世堂1，2，王硕1，2，赵永发1，2，张伟1，2，李晔3

（1.南京航空航天大学土木与机场工程系，江苏南京 211106；2.南京航空航天大学江苏省风力机设计高技术研究重点实验室，江苏南京 211106；3.上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）

摘要: 为揭示海上台风⁃浪⁃流耦合作用下海上风力机的风荷载分布特性，以广东外罗10 MW特大型风力机为研究对象，采用Model Coupling Toolkit（MCT）建立中尺度WRF⁃SWAN⁃FVCOM（W⁃S⁃F）实时耦合模拟平台，分析超强台风“威马逊”过境全过程海上风电场台风⁃浪⁃流的时空演变，再结合中/小尺度嵌套方法分析了风力机风荷载分布特性与叶片⁃塔筒⁃波浪面之间的干扰效应，提出了极端风况下海上风力机典型位置极值荷载模型。结果表明：建立的中尺度W⁃S⁃F耦合平台能准确模拟台风、波浪和海流间的相互作用；塔筒风荷载在叶片干扰段以横风向为主，在波浪干扰段以顺风向为主，并在低空波面附近表现出较强的脉动特征；A位置叶片最安全而B位置最危险；T4相位为海上风力机单桩基础强度设计的最不利相位，基底剪力最大达7.68×106量级，基底弯矩最大达5.2×108量级。

关键词: 风荷载分布；台风⁃浪⁃流耦合模拟；海上风力机；中/小尺度嵌套；干扰效应中图分类号: TU312+.1； TK83 文献标志码: A 文章编号: 1004-4523（2023）02-0299-12 DOI：10.16385/ki.issn.1004-4523.2023.02.001

引言

与陆上相比，海上风力机运行环境更加恶劣，承

冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究

冷却塔是一种常见的工业设备，采用水的喷淋来降低空气温度，达到冷却的目的。其中，传热与流动特性是影响冷却效果的重要参数。本文将介绍针对冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究。

一、背景介绍

随着现代工业的发展，冷却塔的应用范围越来越广泛。传统的机械实验方法对于冷却塔传热与流动特性的研究，存在成本高、时间长、数据难以获取等问题。因此，数值模拟成为一种有效的研究方法，能够快速预测冷却塔的热力学性能，优化设计方案，提高设备运行效率。

二、数值模拟方法

数值模拟方法是近年来快速发展的技术之一，通过计算机仿真模拟物理过程，得出数值结果，目前的CFD技术非常适用。CFD技术是基于流体力学理论的数值计算方法，其中涉及到物理模型、数值算法以及计算边界条件等多方面内容，接下来将对上述三点进行详细介绍。

1.物理模型

物理模型是数值模拟的重要组成部分，它涉及到对实际工程问题的理解和把握。在冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究中，对物理模型的要求包括：准确反映冷却塔的结构特点，考虑多物理场耦合作用（如湍流、传热、质量输运等），给出合适的边界条件。

2. 数值算法

数值算法是数值模拟的核心部分，直接影响到计算的精度和速度，目前，常用的数值算法有有限体积法、有限元素法、谱元法等。在冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究中，介绍有限体积法的应用实例。由于冷却塔流场的非线性和三维特性，需采用NS方程组（Navier-Stokes Equation）描述其湍流流动和传热，同时考虑相变特性，将传热过程转化为蒸发和冷凝过程。

3. 计算边界条件

边界条件是指在计算域边界上给出的物理量的数值，例如速度、温度、压力、密度等。在冷却塔传热与流动特性的数值模拟研究中，需给出正确的边界条件，如风速、空气温度、水喷淋流量等，以保证计算结果的可靠性。

三、数值模拟应用实例

以某水电站冷却塔为例，利用CFD软件建立三维流场模型，考虑多相流流动和传热特性。在计算所得结果中，液膜厚度、水分布状况、气体流速、冷却效果等均可得到分析。同时，在模型参数的调整过程中，可优化冷却塔的结构设计，以提高其热力学性能。

填料塔流体力学特性实验报告

一、实验目的。

本实验旨在通过对填料塔流体力学特性的实验研究，探究填料塔在不同操作条件下的流体力学特性，为填料塔的设计和优化提供参考依据。

二、实验原理。

填料塔是一种常见的化工设备，用于气体与液体的传质、传热和反应过程。在填料塔内，填料的形状、尺寸和堆积方式会对流体的流动产生影响，影响填料塔的传质效果和能耗。因此，了解填料塔的流体力学特性对于优化填料塔的设计和操作具有重要意义。

三、实验装置。

本实验使用了一套填料塔模拟装置，包括填料塔本体、进料泵、压力传感器、流量计等。实验中，通过改变填料塔的填料形状、填料高度、液体进料流量等操作条件，对填料塔的流体力学特性进行了研究。

四、实验过程。

1. 根据实验计划，选择不同的填料形状和填料高度进行实验。

2. 调节液体进料流量和气体流速，记录填料塔内部的压力和流量数据。

3. 对实验数据进行分析，得出不同操作条件下填料塔的流体力学特性。

五、实验结果与分析。

通过实验数据的分析，我们得出了不同操作条件下填料塔的流体力学特性。在填料形状相同的情况下，填料高度对填料塔内部流体的分布和传质效果产生了显著影响。同时，液体进料流量和气体流速也对填料塔的流体力学特性有一定影响。通过对实验结果的分析，我们可以更好地理解填料塔的流体力学特性，为填料塔的设计和操作提供了重要的参考依据。

六、结论。

本实验通过对填料塔流体力学特性的研究，得出了填料形状、填料高度、液体进料流量和气体流速对填料塔流体力学特性的影响规律。这些研究成果对于填料塔的设计和操作具有重要的指导意义。

七、展望。

未来，我们将进一步深入研究填料塔的流体力学特性，探索更多的操作条件对填料塔流体力学特性的影响，为填料塔的设计和操作提供更为准确的参考依据。

八、参考文献。

[1] Smith J, et al. Fluid dynamics of packed columns. Chemical Engineering Journal,