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磨损模型对固液两相流泥沙磨损计算影响

水力发电学报 2024年

作者：张自超常凤祥李嘉兴赵三亚李延频华北水利水电大学工程训练中心华北水利水电大学能源与动力工程学院

黄河沿岸水流含有大量悬移质泥沙颗粒，极易对水轮机过流部件造成泥沙磨损。选择合适的磨损模型计算磨损深度具有重要意义。本研究采用四种磨损模型，在两种颗粒直径和两种流速条件下，对直角弯管固液两相流场进行数值模拟。通过对比计... 详细信息

黄河沿岸水流含有大量悬移质泥沙颗粒，极易对水轮机过流部件造成泥沙磨损。选择合适的磨损模型计算磨损深度具有重要意义。本研究采用四种磨损模型，在两种颗粒直径和两种流速条件下，对直角弯管固液两相流场进行数值模拟。通过对比计算所得的磨损深度与实验值，筛选出适用于黄河沿岸悬移质颗粒的磨损模型。结果表明：磨损区域主要位于上下游管道连接位置及下游圆周向90°、270°位置，大颗粒直径90°～270°磨损更加明显；综合来看，Tusla和Oka模型计算精度更高。大颗粒直径推荐使用Oka模型进行计算，其在兼顾计算精度的前提下，又因其模型中考虑了颗粒直径；小颗粒直径条件，推荐使用计算精度最高的Tusla模型来计算小颗粒磨损问题。本研究可为黄河沿岸水电站的固相两相流泥沙磨损计算提供模型选择参考。

关键词：固液两相流磨损模型相对磨损深度悬移质颗粒颗粒撞击速度颗粒撞击角度

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基于虚拟储能的楼宇微电网综合能源优化研究

太阳能学报 2024年第9期45卷 678-689页

作者：霍高臣苏海滨华北水利水电大学电气工程学院郑州450045

针对目前微电网系统的多能互补耦合问题,提出一种含虚拟储能的楼宇微电网优化新方法。首先由热平衡方程与人体舒适温度范围构建楼宇虚拟储能模型;其次建立引入虚拟储能模型的楼宇微电网结构,在人体舒适温度范围内对楼宇室温进行制冷/制... 详细信息

针对目前微电网系统的多能互补耦合问题,提出一种含虚拟储能的楼宇微电网优化新方法。首先由热平衡方程与人体舒适温度范围构建楼宇虚拟储能模型;其次建立引入虚拟储能模型的楼宇微电网结构,在人体舒适温度范围内对楼宇室温进行制冷/制热,完成虚拟储能的充放冷/热能管理,同时引入需求响应机制优化管理用户用能习惯;最后选用冬季和夏季两种典型气候场景为例,对独立的小工业厂房分别进行含和不含虚拟储能的微电网运行研究分析,以系统日综合运行成本最小为目标,使用改进的金鹰算法优化求解模型。仿真结果表明所提出的新型方法能降低系统的运行成本。

关键词：微电网虚拟储能需求侧管理金鹰算法优化调整热平衡

三维地形条件下挡墙对滑坡–碎屑流运动和冲击特征的影响研究

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华北水利水电大学学报(自然科学版) 2024年

作者：王忠福石风格张旭升王晶莹刘恩龙华北水利水电大学四川大学水利水电学院水能资源利用关键技术湖南省重点实验室

为探明挡墙对滑坡–碎屑流的防治效果，以中国贵州省纳雍滑坡–碎屑流为研究对象，依据室内模型试验和PFC3D数值模拟，研究了真实三维地形条件下不同位置和高度的挡墙对滑坡–碎屑流运动和冲击特征的影响。研究结果表明：挡墙会对碎屑... 详细信息

为探明挡墙对滑坡–碎屑流的防治效果，以中国贵州省纳雍滑坡–碎屑流为研究对象，依据室内模型试验和PFC3D数值模拟，研究了真实三维地形条件下不同位置和高度的挡墙对滑坡–碎屑流运动和冲击特征的影响。研究结果表明：挡墙会对碎屑流的运动产生显著的阻碍作用，挡墙越高，阻碍作用越明显；碎屑流在遇到挡墙后，前缘速度会先骤降后提升，且与无挡墙时相比，前缘速度会呈现不同程度的折减；室内模型试验结果显示，受实际地形的影响，挡墙放置于中间位置，高度为3 cm时，对碎屑流的阻碍效果最明显，碎屑流的前缘运动距离最短；随着挡墙高度的增加，所受到的冲击力峰值及冲击作用结束后的残余压力均会增加；挡墙摆放位置距离坡脚越远，所受到的冲击力峰值也会越低。

关键词：滑坡–碎屑流室内模型试验挡墙 PFC 冲击力

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嫩江流域生态干旱影响因素及其时空演变格局

生态学报 2024年第13期44卷 5646-5657页

作者：庞金凤门宝辉华北电力大学水利与水电工程学院北京102206

近几十年来,嫩江流域湿地大面积萎缩、土地盐碱化严重,干旱频发,严重威胁生态安全、水环境安全和社会经济可持续发展。为量化嫩江流域干旱对生态系统的影响,利用标准化生态缺水指数(SEWDI),结合旋转经验正交函数、累积和曲线和Pearson... 详细信息

近几十年来,嫩江流域湿地大面积萎缩、土地盐碱化严重,干旱频发,严重威胁生态安全、水环境安全和社会经济可持续发展。为量化嫩江流域干旱对生态系统的影响,利用标准化生态缺水指数(SEWDI),结合旋转经验正交函数、累积和曲线和Pearson相关性分析法分析嫩江流域1980—2017年生态干旱的时空演变规律,并利用游程理论提取生态干旱特征。结果表明:(1)生态干旱与影响因子间的相关系数排序为相对湿度>归一化植被指数>径流>降水>气温,其中生态干旱和相对湿度相关系数最大且大于0.5,呈现显著相关性,其余因子的相关系数均小于0.5,呈现低度相关性;(2)从SEWDI变化曲线上看,1980—1999年干湿交替呈现出一定的周期性,生态干旱以轻旱和中旱为主,总体呈加剧趋势;2000—2017年极端干旱和极端湿润事件频发,生态干旱总体呈缓解趋势。从累积和曲线上看,1980—1995年为嫩江流域生态干湿状态的正常波动时期,1996—2009年为嫩江流域生态干旱期,2012—2017年为生态湿润期;(3)生态干旱的干旱历时和烈度显示流域西南部严重程度较大,长期干旱风险较高,而流域北部干旱强度较大,较易发生单次较为严重的短期干旱。

关键词：生态干旱累积和曲线旋转经验正交函数嫩江流域干旱演变

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冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土柱轴压性能

哈尔滨工业大学学报 2024年第10期56卷 35-45页

作者：李艳春韩爱红牛宏祥谢艳芬华北水利水电大学土木与交通学院郑州450045

为抑制冷弯型钢柱的屈曲变形及提高其承载力,对冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土组合柱的受力性能采用试验、数值仿真和理论相结合的方法进行系统性研究。对构件的荷载-轴向位移曲线、试验过程及破坏特征进行分析。比较不同形式构件的破坏... 详细信息

为抑制冷弯型钢柱的屈曲变形及提高其承载力,对冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土组合柱的受力性能采用试验、数值仿真和理论相结合的方法进行系统性研究。对构件的荷载-轴向位移曲线、试验过程及破坏特征进行分析。比较不同形式构件的破坏模式及承载力结果,探讨不同因素对构件轴压性能的影响。结果表明:组合柱极限承载力相比拼合柱提高了1.4倍;板件宽厚比为60~100时,类地聚物泡沫混凝土利用率较高;泡沫混凝土密度每提高一个等级,组合柱的极限荷载约增加1.5%;从用钢量的角度考虑,设置对称单肋对组合柱极限承载力的提高更明显。在试验和数值仿真的基础上,依据现有相关规范中的计算方法对组合柱极限承载力进行了计算,发现JGJ 138—2016《组合结构设计规范》^([1])给出的计算方法可粗略估计组合柱极限承载力。最后,提出适用于组合柱轴压承载力的计算方法,并验证该公式的准确性。

关键词：冷弯型钢-类地聚物泡沫混凝土组合柱破坏形态极限承载力

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高填方渠堤土劈裂强度及裂隙演化特性研究

水文地质工程地质 2024年

作者：于怀昌张建豪王子睿吴天龙王卓然华北水利水电大学地球科学与工程学院

劈裂强度是影响土质边坡稳定性的重要因素之一。由于不同土体的水敏性不同，使得不同含水率下土体的强度和变形存在差异。为探讨不同初始含水率条件下膨胀土和改性土的劈裂强度特性和裂隙演化机制差异，采用粒子图像测速（particle imag... 详细信息

劈裂强度是影响土质边坡稳定性的重要因素之一。由于不同土体的水敏性不同，使得不同含水率下土体的强度和变形存在差异。为探讨不同初始含水率条件下膨胀土和改性土的劈裂强度特性和裂隙演化机制差异，采用粒子图像测速（particle image velocimetry，PIV）技术对南阳市南水北调中线工程高填方渠堤中的膨胀土和改性土进行了一系列劈裂试验，试验结果表明：（1）膨胀土和改性土的荷载-位移曲线具有相同阶段，但不同含水率下的阶段特征有所差异；（2）膨胀土试样的临界含水率和峰值荷载均小于改性土试样，但两种土体的峰值荷载随着含水率的增加呈先增加后减小的变化规律，具有单峰值特征。（3）由位移矢量场可知，膨胀土和改性土试样劈裂破坏时均是主裂隙呈径向垂直，次生裂隙发育，不同初始含水率的膨胀土和改性土试样的裂隙发育形态基本一致。本文的研究结果对类似工程的稳定性防治具有借鉴意义。

关键词：南水北调中线工程 PIV技术膨胀土改性土劈裂

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分数阶转子-轴承耦合系统非线性动力学分析

水力发电学报 2024年第2期43卷 23-32页

作者：孙万泉王报霞华北电力大学水利与水电工程学院北京102206

为深入挖掘水轮发电机组转子-轴承系统的非线性耦合振动特性,将该系统的阻尼力从传统的固定整数阶扩展到灵活多变的分数阶范围。建立了含分数阶阻尼的转子与含分数阶的轴承在耦合作用下的动力学模型,分析了不同分数阶阶次对系统的影响,... 详细信息

为深入挖掘水轮发电机组转子-轴承系统的非线性耦合振动特性,将该系统的阻尼力从传统的固定整数阶扩展到灵活多变的分数阶范围。建立了含分数阶阻尼的转子与含分数阶的轴承在耦合作用下的动力学模型,分析了不同分数阶阶次对系统的影响,探讨了含分数阶阻尼转子与轴承的耦合模型在阶次对称系统和阶次非对称系统中的不同运动形态,给出了系统不同条件下的运动状态分布图,对比了碰摩故障在整数阶和分数阶条件下不同形态的动力特征,验证了所提出分数阶阻尼的优越性。结果表明,分数阶阻尼相比于整数阶阻尼具有非局部性、记忆性和适应非线性等新的动力学特征。

关键词：水力机械转子-轴承系统分数阶阻尼非线性动力学故障特征

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挑流喷溅水滴的数论分档随机喷溅数学模型

水力发电学报 2024年第7期43卷 41-50页

作者：张华姚钰波张雨辰华北电力大学水利与水电工程学院北京102206

挑流泄洪雾化时,水舌与下游水垫塘的碰撞会喷溅大量随机运动的水滴,它构成了喷溅水滴运动的初值问题,基于数论方法在选点较少的情况下仍然有较好的均匀性的思想。本文提出了数论分档水滴的概念,通过数论方法对水滴进行分档,并将高维相... 详细信息

挑流泄洪雾化时,水舌与下游水垫塘的碰撞会喷溅大量随机运动的水滴,它构成了喷溅水滴运动的初值问题,基于数论方法在选点较少的情况下仍然有较好的均匀性的思想。本文提出了数论分档水滴的概念,通过数论方法对水滴进行分档,并将高维相空间降维到一维相空间来计算,建立了水滴数论分档随机喷溅数学模型。对比其数值解和高精度解的结果表明:在计算水滴数相同时,本文数学模型的误差最小,随着水滴数的增加,其误差减小的也最快并迅速接近高精度解。因此,水滴数论分档随机喷溅数学模型不仅能够用更少的水滴获得更高的计算精度,而且能够实现高维初值相空间降维到一维相空间的简洁表达。

关键词：挑流泄洪喷溅水滴水滴随机喷溅水滴分档随机喷溅水滴数论分档随机喷溅

基于固有频率的岩石压剪断裂演化过程试验研究

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中国矿业大学学报 2024年第5期 901-914页

作者：姜彤万里黄坤何天乐李龙飞王文学潘旭威华北水利水电大学地球科学与工程学院

岩石在压剪应力作用下的脆性破坏是岩石破坏中一种常见且重要的形式.本文采用激光多普勒测振技术研究了不同脆性程度试样在直剪试验中固有频率的变化规律.研究结果表明：试样依次经历了裂纹闭合阶段、弹性变形阶段与裂纹稳定扩展阶段、... 详细信息

岩石在压剪应力作用下的脆性破坏是岩石破坏中一种常见且重要的形式.本文采用激光多普勒测振技术研究了不同脆性程度试样在直剪试验中固有频率的变化规律.研究结果表明：试样依次经历了裂纹闭合阶段、弹性变形阶段与裂纹稳定扩展阶段、裂纹非稳定扩展阶段、破坏阶段，固有频率对各阶段的划分有明确的信号指示.裂纹非稳定扩展阶段的固有频率平均值与加载时的法向应力、试样的脆性程度呈正相关关系.根据固有频率的响应规律，发现了2个关键的力学特征点：裂纹损伤应力点和解锁点.固有频率由平稳上升至平稳抖动的转折点为裂纹损伤应力点；固有频率由平稳抖动至下降的转折点为解锁点.试样的脆性程度影响解锁点的位置，脆性破坏至延性破坏的转化过程中，解锁点的位置由峰值应力附近移动至峰值应力后.引入固有频率的变异系数（CV）来表征试样解锁前的协同演化规律.在裂纹非稳定扩展阶段，变异系数呈减小趋势，说明在试样破坏前，固有频率的协同程度增强.裂纹损伤应力点与解锁点的应变比随脆性程度的增大而增大，为岩石的破坏提供了潜在的预警指标.

关键词：脆性程度固有频率协同特征失稳前兆