拦污栅结构流固耦合理论与流激振动机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51909024
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0903.水力学与河流动力学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The flow-induced vibration problem of the trash-rack is very complicated, being closely related to the flow conditions, the boundary conditions and the structural dynamic characteristics. In practical trash-rack engineering projects, structural damage examples, caused by the flow-induced vibration phenomena, have been frequently reported at home and abroad. This project aims at analyzing the flow-induced vibration problem for the trash-rack with the aid of theoretical analysis, numerical simulation and physical model test, and the main research contents include the following three aspects: Firstly, independently developing the three-dimensional computational codes in a generalized curvilinear coordinate system in order to accurately solve the fluid-structure-interaction problem of the trash-rack, within which either the dynamic Smagorinsky sub-grid scale LES model or the K-Omega-SST RANS model is used to calculate the turbulence variables, and the Level-Set method is utilized to capture the free surface of water. Secondly, with the help of the LingYun supercomputer system of DUT, exploring the feasibility and the practicability of directly numerically solving the accurate hydroelasticity three-dimensional governing equations, and obtaining the spatial and temporal distribution characteristics of various physical quantities, such as the flow velocity, the fluctuating pressure, the vibration displacement/frequency, the vibration mode, the stress distribution, and so on. Thirdly, acquiring the dynamic properties of the trash-rack with the aid of the ‘model-test & numerical-simulation’ joint prediction method. This project aims to quantitatively compare the respective advantages and disadvantages of the aforementioned two kinds of solution schemes and explore the inner damage mechanism for the flow-excited vibration problem of the trash-rack.
拦污栅的流激振动现象涉及水流条件、边界条件以及结构自身动力特性等方面,问题十分复杂。拦污栅因流激振动失事的工程实例在国内外均屡有报导。本项目以拦污栅的流固耦合流激振动问题为研究对象,主要内容包括:(1)自主开发求解拦污栅流固耦合问题的基于一般曲线坐标系的三维计算程序,该程序采用动态Smagorinsky亚格子尺度LES大涡模拟和K-Omega-SST双方程模型求解紊动变量,并采用Level-Set方法捕捉自由水面。(2)借助大连理工大学“凌云”超级计算机系统,探索“直接数值求解”水弹性力学三维控制方程组的可行性和实用性,得到包括流场速度、脉动压力、结构振动的位移、频率、振型、应力等物理量的时空分布特征。(3)通过采用水工模型试验(仅满足重力相似准则)与结构动力数值分析相结合的“物模-数模联合求解”获得拦污栅的流激振动特性。对前述两种求解方法进行对比分析,探索拦污栅流激振动破坏的内在机理。

结项摘要

拦污栅的流固耦合流激振动问题涉及水流条件、边界条件及结构自身动力特性等方面。首先,本项目对圆形、正方形、长矩形、前缘为半圆形的长矩形、前/后缘均为半圆形的长矩形五种截面栅条在不同运行工况下的受力特征、压力分布、过栅流速分布以及旋涡脱落频率进行研究。结果表明:前/后缘均为半圆形的长矩形截面栅条的栅后流速分布最为均匀,其可减少或避免吸气漩涡的产生、可避免局部冲刷等不利因素;圆形与正方形截面栅条不满足刚度条件要求,其余三种长矩形截面满足刚度条件;通过比较栅条不同部位的漩涡脱落频率与栅条在水中的固有频率,发现前/后缘均为半圆形的长矩形截面拥有最大的避免共振的安全阈值。其次,本项目进一步分析了栅条在不同水流攻角下的流场特性,并进行共振分析和疲劳计算。结果表明:针对长宽比为5:1的栅条,随着水流攻角的增大,水流流态更加复杂,栅条对来流的阻碍作用增强。在0°~15°之间的漩涡融合类型包括U-D模式、U-T模式和U-DT模式;在15°~45°之间的漩涡融合类型包含UL-T-U-DT模式和UL-T-UTb-DT模式。针对蒲石河电站长宽比7.27:1的栅条,对0°~45°的水流攻角进行流场分析、共振分析和疲劳计算。栅条主频为400.58Hz,远大于不同水流攻角下的脱涡频率,不会发生共振破坏。但当水流攻角大于12°时,栅条易发生疲劳破坏。此外,本项目计算了长宽比为L/D=1、2、4、6、8、10、12、14和16的矩形栅条在Re=22000时的流场特征和旋涡脱落特征。结果表明,当L/D=1~6时,脱涡频率对应的St呈现阶梯性变化,当L/D⩾8时,St与L/D呈现近似线性变化。存在四种类型的前后缘涡耦合模式,即L/D=1~2时的L-Vortex模式、L/D=4~8时的L-T-Vortex模式、L/D=10~14时的T-L-Vortex模式和L/D⩾16时的T-Vortex模式。当L/D>4时,前后缘涡的对流速度不随着L/D值的发生显著变化。本项目研究成果对拦污栅优化设计、合理选择其运行条件、采取措施避免其因流激振动而遭受破坏等具有重要指导价值。本项目已发表论文共18篇(其中SCI论文10篇),已授权国家专利8项(其中发明专利2项、实用新型6项)。此外,还有与本项目相关的6篇SCI论文正处于审稿阶段。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(3)
专利数量(8)
带尾墩的新型综合消力池试验研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    水力发电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨姣;刘亚坤;张帝;段双帅;岑嘉豪;刘春明
  • 通讯作者:
    刘春明
Effect of periodic perturbations on the turbulence statistics in a backward-facing step flow
周期性扰动对向后步进流中湍流统计的影响
  • DOI:
    10.1063/5.0015951
  • 发表时间:
    2020-07
  • 期刊:
    Physics of Fluids
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Zhuoyue Li;Di Zhang;Yakun Liu;Chuijie Wu;Nan Gao
  • 通讯作者:
    Nan Gao
A novel efficient segregated pressure-based algorithm for steady-state incompressible flow
一种新型高效的基于分离压力的稳态不可压缩流算法
  • DOI:
    10.1080/10407790.2022.2063645
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
    Numerical Heat Transfer, Part B: Fundamentals
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Y.Y. Deng;Di Zhang;Yakun Liu;Xuemin Fu;Jian Wu
  • 通讯作者:
    Jian Wu
ML and CFD Simulation of Flow Structure around Tandem Bridge Piers in Pressurized Flow
加压流中串联桥墩周围流结构的ML和CFD模拟
  • DOI:
    10.32604/cmc.2023.036680
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Computers, Materials & Continua
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    A. Azma;R. Kiyanfar;Yakun Liu;M. Azma;Di Zhang;Ze Cao;Zhuoyue Li
  • 通讯作者:
    Zhuoyue Li
Numerical Investigation of Vortex Shedding from a 5:1 Rectangular Cylinder at Different Angles of Attack
5:1 矩形圆柱体不同攻角涡旋脱落的数值研究
  • DOI:
    10.3390/jmse10121913
  • 发表时间:
    2022-12
  • 期刊:
    Journal of Marine Science and Engineering
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Jian Wu;Yakun Liu;Di Zhang;Ze Cao;Zijun Guo
  • 通讯作者:
    Zijun Guo

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--"}}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--" }}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--"}}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

其他文献

OPS边缘节点排队方案性能理论分
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    高技术通讯 ISSN 1002-047012.2004
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张帝
  • 通讯作者:
    张帝
多奈哌齐促进脑梗死后室管膜下区神经发生的实验研究
  • DOI:
    10.3969/j.issn.1006-5725.2016.07.004
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    实用医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王建平;张帝;金东东;崔晓冰;鲁争芳;管海博
  • 通讯作者:
    管海博
胆碱能信号调节脑梗死后自体神经干细胞分化
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    实用医学杂志
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王建平;刘贤良;付晓杰;张帝;鲁争芳;殷椿茂;柯俊吉;满江;李思佳
  • 通讯作者:
    李思佳
隔墩对双向流道泵装置内流及压力脉动影响研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    中国农村水利水电
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    赵振江;石磊;蒋红樱;成立;张帝;卜舸
  • 通讯作者:
    卜舸
石油类污染物在季节性冻土中迁移转化规律研究
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    环境保护科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张雷;张帝;谯兴国;周宝山;韦远征;赵奇
  • 通讯作者:
    赵奇

其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi || "--" }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year || "--"}}
  • 期刊:
    {{ item.journal_name }}
  • 影响因子:
    {{ item.factor || "--" }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}
empty
内容获取失败,请点击重试
重试联系客服
title开始分析
查看分析示例
此项目为已结题,我已根据课题信息分析并撰写以下内容,帮您拓宽课题思路:

AI项目思路

AI技术路线图

相似国自然基金

{{ item.name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 批准年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}

相似海外基金

{{ item.name }}
{{ item.translate_name }}
  • 批准号:
    {{ item.ratify_no }}
  • 财政年份:
    {{ item.approval_year }}
  • 资助金额:
    {{ item.support_num }}
  • 项目类别:
    {{ item.project_type }}
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了

AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
关闭
close
客服二维码