管道列车在平直管段运移时的水力特性研究
发布时间：2021-12-19 11:28
随着科技的快速发展与人们环保理念的不断提高,铁路、公路、水路及航空等传统的交通运输方式已不能满足现代社会快速发展的需求。交通堵塞、能源危机及环境污染等问题已严重制约着社会经济与生态环境的可持续发展,为此,寻求一种低碳、环保及高效的交通运输方式已成为必然趋势。管道列车水力输送便是一种集节能与环保于一体的新型交通运输方式,不仅能较好地缓解能源短缺引起的油价上涨,还能够有效地解决大气污染与交通拥堵等问题。本文结合国家自然科学基金项目“管道列车水力输送能耗研究（51179116）”,采用理论分析、数值模拟和试验研究相结合的方法,对管道列车水力输送的管道内部流体域与管道列车固体域之间的双向流固耦合作用进行了研究,着重对管道列车在平直管段内部运移时管道内水流的流速分布、压强分布、涡量幅值、速度特性、压降特性、机械效率及力学特性进行了全面地分析。同时,基于最低设计成本原则,建立了管道列车在平直管段运移时的优化模型。本文的研究结论如下:（1）单管道车与双管道车在平直管段运移时管道内水流水力特性的模拟值与试验值基本一致。随着直径比的增加,单管道车与双管道车的平均运移速度将逐渐增大。单管道车与双管道车的瞬...
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：268 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 管道水力输送研究进展
1.2.1 管道水力输送工程应用
1.2.2 型料管道水力输送
1.2.3 囊体管道水力输送
1.2.4 管道列车水力输送
1.3 流固耦合研究进展
1.4 圆柱绕流研究进展
1.4.1 单圆柱体绕流
1.4.2 多圆柱体绕流
1.5 研究内容和技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 技术路线
第二章 管道列车水力输送双向流固耦合模型构建
2.1 几何模型
2.2 网格划分
2.3 流体域控制方程
2.4 固体域运动方程
2.5 双向流固耦合求解算法
2.6 边界条件
2.7 初始条件
2.8 求解算法
2.9 动网格模型
2.9.1 动网格理论
2.9.2 动网格计算方程
2.9.3 体网格生成方法
2.9.4 动网格中自定义函数
2.10 本章小结
第三章 管道列车水力输送模型试验设计
3.1 管道车结构
3.2 试验系统
3.2.1 动力与调节装置
3.2.2 输送装置
3.2.3 投放与接收装置
3.3 试验方案
3.4 测点布置
3.4.1 断面流速测点布置
3.4.2 沿程压强测点布置
3.5 测试流程
3.6 单管道车运移时的模拟结果验证
3.6.1 断面流速分布
3.6.2 沿程测压管水头
3.6.3 瞬时速度
3.7 双管道车运移时的模拟结果验证
3.7.1 断面流速分布
3.7.2 沿程测压管水头
3.7.3 瞬时速度
3.7.4 瞬时间距
3.8 本章小结
第四章 单管道车运移管道内水流的水力特性
4.1 速度特性
4.2 不同直径比下管道内水流的水力特性
4.2.1 流速分布
4.2.2 压强分布
4.2.3 涡量幅值
4.3 不同时刻下管道内水流的水力特性
4.3.1 流速分布
4.3.2 压强分布
4.3.3 涡量幅值
4.4 压降特性
4.5 机械效率
4.6 力学特性
4.6.1 绕流阻力特性
4.6.2 绕流升力特性
4.7 本章小结
第五章 双管道车运移管道内水流的水力特性
5.1 速度特性
5.2 不同间距下管道内水流的水力特性
5.2.1 流速分布
5.2.2 压强分布
5.2.3 涡量幅值
5.3 不同直径比下管道内水流的水力特性
5.3.1 流速分布
5.3.2 压强分布
5.3.3 涡量幅值
5.4 不同时刻下管道内水流的水力特性
5.4.1 流速分布
5.4.2 压强分布
5.4.3 涡量幅值
5.5 压降特性
5.6 机械效率
5.7 力学特性
5.7.1 绕流阻力特性
5.7.2 绕流升力特性
5.8 本章小结
第六章 三管道车运移管道内水流的水力特性
6.1 速度特性
6.2 不同间距下管道内水流的水力特性
6.2.1 流速分布
6.2.2 压强分布
6.2.3 涡量幅值
6.3 不同直径比下管道内水流的水力特性
6.3.1 流速分布
6.3.2 压强分布
6.3.3 涡量幅值
6.4 不同时刻下管道内水流的水力特性
6.4.1 流速分布
6.4.2 压强分布
6.4.3 涡量幅值
6.5 压降特性
6.6 机械效率
6.7 力学特性
6.7.1 绕流阻力特性
6.7.2 绕流升力特性
6.8 本章小结
第七章 管道列车水力输送的优化模型
7.1 优化原理
7.2 输送管道制造成本
7.3 管道列车制造成本
7.4 管道系统电力成本
7.5 混合管道内水流流量
7.6 模型计算步骤
7.7 案例分析
7.7.1 单管道车优化模型
7.7.2 双管道车优化模型
7.7.3 三管道车优化模型
7.8 本章小结
第八章 结论与建议
8.1 结论
8.2 建议
参考文献
附录
致谢
攻读博士期间的主要研究工作
博士学位论文独创性说明
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿带式输送机运输系统节能方案[J]. 王瑜. 科技风. 2019(08)
[2]潮流能叶轮叶片单向流固耦合有限元分析[J]. 韩雪,蔡毅,段志浩,邱越. 机械工程师. 2019(03)
[3]风力机复合材料叶片流固耦合分析[J]. 张旭,刘安宇. 沈阳工业大学学报. 2019(02)
[4]大数据视角下的铁路运输运营与管理[J]. 陈娟. 山东工业技术. 2019(05)
[5]不同开度时弧形闸门流固耦合数值模拟[J]. 唐克东,王旭声,孙留颖. 人民黄河. 2019(02)
[6]城市居民PM2.5减排行为影响因素及应对策略研究[J]. 史海霞,孙壮珍. 生态经济. 2019(02)
[7]三角形排列圆柱绕流尾流模式及其流体力特性[J]. 杨枭枭,及春宁,陈威霖,张志猛. 水动力学研究与进展（A辑）. 2019(01)
[8]我国雾霾治理存在的问题及措施[J]. 尹小礼. 环境与发展. 2019(01)
[9]串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟[J]. 喻鹏,祝志文. 中国公路学报. 2019(01)
[10]水平井段静止起动泵送过程分析及排量控制研究[J]. 陈锋,杨登波,郭兴午,唐凯,任国辉,张清彬. 测井技术. 2018(06)
博士论文
[1]铁精矿浆输送管道的堵塞故障识别方法研究[D]. 杨静宗.昆明理工大学 2018
硕士论文
[1]平直管域内静止柱系螺旋流流速特性数值模拟[D]. 鲁一凡.太原理工大学 2018
[2]液固流化床中浓度对倾斜通道中颗粒运动影响研究[D]. 戚向前.中国矿业大学 2018
[3]基于双向流固耦合的错位六弯叶桨搅拌特性[D]. 郑深晓.青岛科技大学 2018
[4]附属圆柱对海洋立管涡激振动抑制效果研究[D]. 覃建新.西南石油大学 2017
[5]不同导流条长度管道车运移时的缝隙螺旋流流速特性研究[D]. 胡志毅.太原理工大学 2017
[6]基于双向流固耦合的低比转速离心泵非定常流动及振动特性分析[D]. 郭文俊.浙江理工大学 2017
[7]水平轴双向叶片结构设计及流固耦合分析[D]. 孙健.哈尔滨工程大学 2017
[8]方型布置四圆柱绕流的试验及数值研究[D]. 殷长山.浙江大学 2017
[9]基于双向流固耦合的混流式水轮机转轮特性分析[D]. 赵文鲁.河北工程大学 2016
[10]我国区域交通能源消耗及节能潜力分析研究[D]. 吴慧敏.北京交通大学 2016
本文编号：3544336
【文章来源】：太原理工大学山西省 211工程院校
【文章页数】：268 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
abstract
符号说明
第一章 绪论
1.1 研究背景及研究意义
1.2 管道水力输送研究进展
1.2.1 管道水力输送工程应用
1.2.2 型料管道水力输送
1.2.3 囊体管道水力输送
1.2.4 管道列车水力输送
1.3 流固耦合研究进展
1.4 圆柱绕流研究进展
1.4.1 单圆柱体绕流
1.4.2 多圆柱体绕流
1.5 研究内容和技术路线
1.5.1 研究内容
1.5.2 技术路线
第二章 管道列车水力输送双向流固耦合模型构建
2.1 几何模型
2.2 网格划分
2.3 流体域控制方程
2.4 固体域运动方程
2.5 双向流固耦合求解算法
2.6 边界条件
2.7 初始条件
2.8 求解算法
2.9 动网格模型
2.9.1 动网格理论
2.9.2 动网格计算方程
2.9.3 体网格生成方法
2.9.4 动网格中自定义函数
2.10 本章小结
第三章 管道列车水力输送模型试验设计
3.1 管道车结构
3.2 试验系统
3.2.1 动力与调节装置
3.2.2 输送装置
3.2.3 投放与接收装置
3.3 试验方案
3.4 测点布置
3.4.1 断面流速测点布置
3.4.2 沿程压强测点布置
3.5 测试流程
3.6 单管道车运移时的模拟结果验证
3.6.1 断面流速分布
3.6.2 沿程测压管水头
3.6.3 瞬时速度
3.7 双管道车运移时的模拟结果验证
3.7.1 断面流速分布
3.7.2 沿程测压管水头
3.7.3 瞬时速度
3.7.4 瞬时间距
3.8 本章小结
第四章 单管道车运移管道内水流的水力特性
4.1 速度特性
4.2 不同直径比下管道内水流的水力特性
4.2.1 流速分布
4.2.2 压强分布
4.2.3 涡量幅值
4.3 不同时刻下管道内水流的水力特性
4.3.1 流速分布
4.3.2 压强分布
4.3.3 涡量幅值
4.4 压降特性
4.5 机械效率
4.6 力学特性
4.6.1 绕流阻力特性
4.6.2 绕流升力特性
4.7 本章小结
第五章 双管道车运移管道内水流的水力特性
5.1 速度特性
5.2 不同间距下管道内水流的水力特性
5.2.1 流速分布
5.2.2 压强分布
5.2.3 涡量幅值
5.3 不同直径比下管道内水流的水力特性
5.3.1 流速分布
5.3.2 压强分布
5.3.3 涡量幅值
5.4 不同时刻下管道内水流的水力特性
5.4.1 流速分布
5.4.2 压强分布
5.4.3 涡量幅值
5.5 压降特性
5.6 机械效率
5.7 力学特性
5.7.1 绕流阻力特性
5.7.2 绕流升力特性
5.8 本章小结
第六章 三管道车运移管道内水流的水力特性
6.1 速度特性
6.2 不同间距下管道内水流的水力特性
6.2.1 流速分布
6.2.2 压强分布
6.2.3 涡量幅值
6.3 不同直径比下管道内水流的水力特性
6.3.1 流速分布
6.3.2 压强分布
6.3.3 涡量幅值
6.4 不同时刻下管道内水流的水力特性
6.4.1 流速分布
6.4.2 压强分布
6.4.3 涡量幅值
6.5 压降特性
6.6 机械效率
6.7 力学特性
6.7.1 绕流阻力特性
6.7.2 绕流升力特性
6.8 本章小结
第七章 管道列车水力输送的优化模型
7.1 优化原理
7.2 输送管道制造成本
7.3 管道列车制造成本
7.4 管道系统电力成本
7.5 混合管道内水流流量
7.6 模型计算步骤
7.7 案例分析
7.7.1 单管道车优化模型
7.7.2 双管道车优化模型
7.7.3 三管道车优化模型
7.8 本章小结
第八章 结论与建议
8.1 结论
8.2 建议
参考文献
附录
致谢
攻读博士期间的主要研究工作
博士学位论文独创性说明
【参考文献】：
期刊论文
[1]煤矿带式输送机运输系统节能方案[J]. 王瑜. 科技风. 2019(08)
[2]潮流能叶轮叶片单向流固耦合有限元分析[J]. 韩雪,蔡毅,段志浩,邱越. 机械工程师. 2019(03)
[3]风力机复合材料叶片流固耦合分析[J]. 张旭,刘安宇. 沈阳工业大学学报. 2019(02)
[4]大数据视角下的铁路运输运营与管理[J]. 陈娟. 山东工业技术. 2019(05)
[5]不同开度时弧形闸门流固耦合数值模拟[J]. 唐克东,王旭声,孙留颖. 人民黄河. 2019(02)
[6]城市居民PM2.5减排行为影响因素及应对策略研究[J]. 史海霞,孙壮珍. 生态经济. 2019(02)
[7]三角形排列圆柱绕流尾流模式及其流体力特性[J]. 杨枭枭,及春宁,陈威霖,张志猛. 水动力学研究与进展（A辑）. 2019(01)
[8]我国雾霾治理存在的问题及措施[J]. 尹小礼. 环境与发展. 2019(01)
[9]串列双圆柱桥墩局部冲刷精细化模拟[J]. 喻鹏,祝志文. 中国公路学报. 2019(01)
[10]水平井段静止起动泵送过程分析及排量控制研究[J]. 陈锋,杨登波,郭兴午,唐凯,任国辉,张清彬. 测井技术. 2018(06)
博士论文
[1]铁精矿浆输送管道的堵塞故障识别方法研究[D]. 杨静宗.昆明理工大学 2018
硕士论文
[1]平直管域内静止柱系螺旋流流速特性数值模拟[D]. 鲁一凡.太原理工大学 2018
[2]液固流化床中浓度对倾斜通道中颗粒运动影响研究[D]. 戚向前.中国矿业大学 2018
[3]基于双向流固耦合的错位六弯叶桨搅拌特性[D]. 郑深晓.青岛科技大学 2018
[4]附属圆柱对海洋立管涡激振动抑制效果研究[D]. 覃建新.西南石油大学 2017
[5]不同导流条长度管道车运移时的缝隙螺旋流流速特性研究[D]. 胡志毅.太原理工大学 2017
[6]基于双向流固耦合的低比转速离心泵非定常流动及振动特性分析[D]. 郭文俊.浙江理工大学 2017
[7]水平轴双向叶片结构设计及流固耦合分析[D]. 孙健.哈尔滨工程大学 2017
[8]方型布置四圆柱绕流的试验及数值研究[D]. 殷长山.浙江大学 2017
[9]基于双向流固耦合的混流式水轮机转轮特性分析[D]. 赵文鲁.河北工程大学 2016
[10]我国区域交通能源消耗及节能潜力分析研究[D]. 吴慧敏.北京交通大学 2016
本文编号：3544336
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