郝雨，尹益輝，萬(wàn)強(qiáng)，黎啟勝

?

土工離心機(jī)風(fēng)阻計(jì)算方法的對(duì)比研究

郝雨，尹益輝，萬(wàn)強(qiáng)，黎啟勝

（中國(guó)工程物理研究院 總體工程研究所，四川 綿陽(yáng) 621999）

評(píng)估不同土工離心機(jī)風(fēng)阻功率估算方法的效果和優(yōu)缺點(diǎn)，為工程應(yīng)用及未來(lái)研究發(fā)展方向提出建議。重點(diǎn)以土工離心機(jī)為例，總結(jié)幾種有代表性的計(jì)算方法，系統(tǒng)分析不同方法之間的共性和差異。通過(guò)一個(gè)算例，同時(shí)結(jié)合以往離心機(jī)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)各種方法的效果進(jìn)行對(duì)比。法國(guó)方法、美國(guó)方法、中國(guó)工程物理研究院方法和CFD仿真方法在精度上依次增大，但復(fù)雜性依次升高，后兩種方法不需借助試驗(yàn)來(lái)確定參數(shù)。對(duì)于中低速土工離心機(jī)，中國(guó)工程物理研究院方法具有較大的優(yōu)勢(shì)。隨著土工離心機(jī)向著高速、大規(guī)模方向發(fā)展，經(jīng)典解析方法的適用性尚未得到充分驗(yàn)證，基于CFD的高置信度仿真是一種較好的解決方案。

土工離心機(jī)；風(fēng)阻；流場(chǎng)；隨流比

土工離心機(jī)是土力學(xué)研究中的重要設(shè)備（如圖1所示），土工離心試驗(yàn)是重現(xiàn)土工原型物理過(guò)程的一種有效方法[1]。土工離心機(jī)的設(shè)想最早起源于1869年法國(guó)人E. Phillips的“彈性體平衡相似性”一文[2]，迄今為止，土工離心模型試驗(yàn)在設(shè)備的數(shù)量、容量以及技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域都有了極迅速的發(fā)展，成為巖土力學(xué)新的前沿和焦點(diǎn)[3]，蘇聯(lián)、美國(guó)、英國(guó)、日本、法國(guó)、荷蘭和中國(guó)等國(guó)家相繼研制了許多不同型號(hào)的土工離心機(jī)。我國(guó)的土工離心機(jī)發(fā)展起源于20世紀(jì)80年代，清華大學(xué)、空間技術(shù)研究院等單位都做了開創(chuàng)性的工作。21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所成為我國(guó)土工離心機(jī)研制的龍頭，其大型土工離心機(jī)的研制能力代表我國(guó)在該領(lǐng)域的最高水平[4]，已成功研制從60t（2004年）到600t（2015）的20余臺(tái)大型離心機(jī)，正在與浙江大學(xué)聯(lián)合立項(xiàng)論證的1500t超重力離心模擬試驗(yàn)裝置將成為世界最大離心機(jī)裝置。

風(fēng)阻功率是離心機(jī)設(shè)計(jì)的重要方面，合理估計(jì)離心機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的風(fēng)阻功率，對(duì)于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型以及散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有重要意義。工程研制的飛速發(fā)展既促進(jìn)了包括風(fēng)阻分析在內(nèi)的設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，也對(duì)風(fēng)阻分析等各方面技術(shù)提出了更新更高要求。

針對(duì)土工離心機(jī)總體設(shè)計(jì)技術(shù)，文獻(xiàn)[2,5-7]等作了很好的綜述，其中對(duì)風(fēng)阻分析方法也有很好的論述。隨著研制工程的驅(qū)動(dòng)，風(fēng)阻分析方法又得到了新的發(fā)展，且現(xiàn)有和未來(lái)高速與超大容量土工離心機(jī)的研制實(shí)踐，也迫切要求對(duì)風(fēng)阻分析方法予以及時(shí)總結(jié)，以便在繼承中發(fā)展，滿足新型研制中對(duì)風(fēng)阻分析的需要。

文中將在介紹離心機(jī)風(fēng)阻功率估計(jì)的幾種常用方法和最新研究進(jìn)展的基礎(chǔ)上，結(jié)合算例比較不同方法的優(yōu)、缺點(diǎn)，為土工離心機(jī)設(shè)計(jì)和相關(guān)科學(xué)研究提供參考。

圖1 典型土工離心機(jī)總體布局

1 經(jīng)典計(jì)算方法

采用解析公式進(jìn)行計(jì)算是目前最常用的風(fēng)阻功率估計(jì)方法。鑒于離心機(jī)及離心機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的復(fù)雜性和多樣性，目前還沒有成熟的精確計(jì)算方法，不同離心機(jī)設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)發(fā)展出了不同的解析公式。文獻(xiàn)[2,6]對(duì)各種解析方法的細(xì)節(jié)作了較詳細(xì)的介紹，文中在適當(dāng)兼顧自明性的情況下著重于對(duì)各方法基本邏輯的評(píng)述。

盡管離心機(jī)風(fēng)阻功率解析公式各不相同，但在基本假設(shè)上有很多共同之處。該節(jié)先對(duì)各種方法的共性進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹，再深入到不同方法的“個(gè)性”中去。

1.1 流場(chǎng)現(xiàn)象及基本理論

在離心機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)室內(nèi)氣團(tuán)會(huì)跟著轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)，一方面減少了空氣與轉(zhuǎn)臂之間的相對(duì)速度，降低了風(fēng)阻，另一方面增加了空氣與固定邊界的摩擦及相應(yīng)的消耗功率。在幾乎所有方法中，假設(shè)室內(nèi)空氣以轉(zhuǎn)臂角速度的一部分做剛性圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，即流場(chǎng)流速僅有周向分量，且與高度和相位無(wú)關(guān)，流場(chǎng)周向速度表示為：

式中：為流場(chǎng)周向線速度；為轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)角速度；為任一點(diǎn)距轉(zhuǎn)軸的半徑；是一個(gè)0~1之間的比例系數(shù)，稱為隨流比。

特定的實(shí)測(cè)和經(jīng)驗(yàn)表明，這種假設(shè)具有一定的合理性。如劉新民針對(duì)中國(guó)工程物理研究院25t離心機(jī)的實(shí)測(cè)表明，在半徑小于轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)度的地方，機(jī)室內(nèi)空氣流速大致服從正比規(guī)律，吊籃附近達(dá)到最大值，吊籃以遠(yuǎn)到側(cè)壁內(nèi)表面是一個(gè)恒定速度區(qū)[8]?？臻g技術(shù)研究院LXJ-4-450離心機(jī)的試驗(yàn)（如圖2所示）和郝雨等針對(duì)某150t土工離心機(jī)的CFD仿真計(jì)算（如圖3所示）[9]也證明了類似結(jié)論。

圖2 LXJ-4-450離心機(jī)空氣流速分布曲線

圖3 150gt離心機(jī)空氣流速分布曲線

在該流場(chǎng)模式下，離心機(jī)轉(zhuǎn)臂（包括吊籃、配重等）受到的風(fēng)阻壓力可用經(jīng)典氣動(dòng)阻力公式計(jì)算：

式中：為空氣密度；S，v和C分別為迎風(fēng)面積、轉(zhuǎn)臂和空氣的相對(duì)速度和空氣阻力系數(shù)?，F(xiàn)有各種方法的差異主要體現(xiàn)在公式中參數(shù)的獲得方式上。

將方程（2）沿轉(zhuǎn)臂長(zhǎng)度積分，并利用式（1），可得到轉(zhuǎn)臂上風(fēng)阻力矩的表達(dá)形式：

式中：為風(fēng)阻力矩；為與轉(zhuǎn)臂幾何尺寸和迎風(fēng)面形狀有關(guān)的系數(shù)。

1.2 幾種典型計(jì)算方法

1.2.1 前蘇聯(lián)АэИС-2離心機(jī)計(jì)算方法

前蘇聯(lián)的研究者在經(jīng)典氣動(dòng)阻力公式的基礎(chǔ)上，提出了表征速度和轉(zhuǎn)子/封閉氣體體積比的系數(shù)A和封閉空間氣團(tuán)形狀的系數(shù)B，將式（2）修正為：

式中：系數(shù)A，B，C等均通過(guò)試驗(yàn)獲得。研究者建立了縮比模型試驗(yàn)裝置，該裝置允許通過(guò)添加附加圍墻和套筒的方式改變機(jī)室尺寸，也可換裝不同的轉(zhuǎn)子形狀改變阻力系數(shù)，進(jìn)而測(cè)試得到不同工況下的風(fēng)阻功率，再反過(guò)來(lái)確定系數(shù)A，B，C。

1.2.2 法國(guó)Actronic公司計(jì)算方法

法國(guó)的方法做了更強(qiáng)的簡(jiǎn)化假設(shè)，其研究者認(rèn)為吊籃氣動(dòng)力學(xué)性能最為重要，因而忽略了其他部件和其他因素的影響，通過(guò)考慮吊籃在有限截面的風(fēng)洞內(nèi)平動(dòng)，考慮風(fēng)洞截面的影響對(duì)無(wú)限流中的氣動(dòng)阻力系數(shù)進(jìn)行了修正。所用的氣動(dòng)阻力公式為：

式中：C為修正后的有效風(fēng)阻系數(shù)；n為迎風(fēng)面面積；為離心機(jī)半徑；V為隨流空氣的環(huán)向線速度，通過(guò)風(fēng)洞內(nèi)壓頭損失平衡關(guān)系計(jì)算。

1.2.3 美國(guó)Davis計(jì)算方法

美國(guó)Davis的方法考慮了機(jī)室壁面（包括天花板、側(cè)壁和地板）摩擦的影響，其研究者假設(shè)機(jī)室壁面對(duì)空氣的阻矩和轉(zhuǎn)子對(duì)空氣的帶動(dòng)力矩分別與相對(duì)角速度的二次方成正比，即：

式中：1和2分別為轉(zhuǎn)臂和機(jī)室壁面對(duì)機(jī)室內(nèi)空氣的作用力矩；1和2分別為其力矩系數(shù)。

通過(guò)建立機(jī)室內(nèi)空氣的動(dòng)力學(xué)平衡關(guān)系1=2，求解出隨流比系數(shù)，進(jìn)而得到轉(zhuǎn)臂上的風(fēng)阻功率，其中阻力系數(shù)與雷諾數(shù)和機(jī)室壁面的粗糙度有關(guān)，可從有關(guān)資料中獲得。

1.2.4 中國(guó)空間技術(shù)研究院方法

中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所計(jì)算方法的思路與中國(guó)空間技術(shù)研究院方法類似，僅在幾何相關(guān)參數(shù)方面采用了不同的公式，故不再詳細(xì)介紹。

1.2.5 中國(guó)工程物理研究院計(jì)算方法

風(fēng)阻功率的研究大多停留在解決現(xiàn)實(shí)的工程問(wèn)題上面，計(jì)算大量依賴試驗(yàn)數(shù)據(jù)，給推廣應(yīng)用帶來(lái)較大困難。中國(guó)工程物理研究院的劉新民、尹益輝等人經(jīng)過(guò)長(zhǎng)年研究，給出了一套較為系統(tǒng)、全面的風(fēng)阻功率計(jì)算方法，該方法已跨越實(shí)驗(yàn)階段，在理論分析基礎(chǔ)上取得了較好結(jié)果[2,6]。

中國(guó)工程物理研究院計(jì)算方法[10-11]與美國(guó)Davis方法在研究途徑上比較相似，它綜合考慮了轉(zhuǎn)子迎風(fēng)面和背風(fēng)面、機(jī)室壁面（包括天花板、側(cè)壁和地板）和通風(fēng)口的影響，分別建立起轉(zhuǎn)臂和機(jī)室內(nèi)空氣的動(dòng)力學(xué)平衡關(guān)系

各力矩的表達(dá)形式為：

2 最新研究進(jìn)展

2.1 數(shù)值仿真方法

由于解析公式均建立在較強(qiáng)的流體模型假設(shè)基礎(chǔ)上，且部分參數(shù)的選取大量依賴于試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)，因此，計(jì)算結(jié)果都存在或多或少的不可控性。為此，近年來(lái)，中國(guó)工程物理研究院的郝雨等人開始使用CFD進(jìn)行土工離心機(jī)風(fēng)阻功率的計(jì)算[9]。

郝雨等針對(duì)某150t土工離心機(jī)，建立了機(jī)室內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值仿真模型，應(yīng)用Fluent軟件對(duì)離心機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值仿真。計(jì)算中用MRF描述轉(zhuǎn)臂、空氣和機(jī)室壁之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，采用-RNG湍流模型和增強(qiáng)型壁面條件。計(jì)算過(guò)程中不需要借助試驗(yàn)數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，結(jié)果表明，數(shù)值仿真與中國(guó)工程物理研究院方法和試驗(yàn)結(jié)果相近。同時(shí)，針對(duì)高速土工離心機(jī)的CFD分析也取得了較大進(jìn)展。

2.2 解析方法的改進(jìn)

針對(duì)1000t土工離心機(jī)的研制需求，筆者團(tuán)隊(duì)最近對(duì)中國(guó)工程物理研究院計(jì)算方法進(jìn)行了改進(jìn)[13]?？紤]到實(shí)際流場(chǎng)分布（如圖2，3所示），以吊籃底部最遠(yuǎn)點(diǎn)所在豎直線為界，將整個(gè)機(jī)室內(nèi)的空氣沿徑向分成內(nèi)、外兩個(gè)區(qū)域，界內(nèi)區(qū)域仍采用原來(lái)的“剛性運(yùn)動(dòng)”假設(shè)，界外區(qū)域即間隔內(nèi)區(qū)域則按隨流空氣的環(huán)向線速度沿徑向以一定規(guī)律減小處理，并通過(guò)一個(gè)衰減系數(shù)進(jìn)行表征。通過(guò)與相應(yīng)的CFD仿真結(jié)果比較，表明如此改進(jìn)后的空氣速度計(jì)算結(jié)果更加符合機(jī)室內(nèi)空氣速度分布的基本特征。該項(xiàng)工作從精度和離心機(jī)規(guī)模方面拓展了現(xiàn)有解析方法計(jì)算土工離心機(jī)風(fēng)阻功率的能力。

針對(duì)機(jī)室墻壁開有通風(fēng)口的土工離心機(jī)，作者團(tuán)隊(duì)借助于機(jī)室溫度的實(shí)測(cè)結(jié)果，基于能量守恒原理，反演給出了離心機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，機(jī)室內(nèi)空氣從通風(fēng)口的自然出流量與離心機(jī)運(yùn)行參數(shù)的關(guān)系式。同時(shí)考慮穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)空氣在離心力作用下的動(dòng)量矩守恒，采用小孔出流理論導(dǎo)出了空氣從通風(fēng)口的自然出流量公式。該項(xiàng)工作通過(guò)計(jì)算離心機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的自然排風(fēng)流量，有效提高了風(fēng)阻功率的預(yù)估準(zhǔn)確性[14]。

3 不同計(jì)算方法比較

由于早期方法大多依賴于試驗(yàn)，且部分公式僅針對(duì)特定形式的離心機(jī)有效，難以推廣實(shí)現(xiàn)。為了給設(shè)計(jì)者在工程計(jì)算中選擇不同方法提供參考，以中國(guó)工程物理研究院研制的某具有典型性的土工離心機(jī)為例，比較各種方法的效果。由于早期方法中較多依賴于專門試驗(yàn)，在工程中難以重現(xiàn)，在算例中，對(duì)各種方法的參數(shù)獲得進(jìn)行適當(dāng)?shù)母膭?dòng)。由于中國(guó)工程物理研究院方法被證實(shí)具有較好精度，盡可能選取與中國(guó)工程物理研究院方法相同的等效參數(shù)，以加強(qiáng)可對(duì)比性。

2）美國(guó)方法。由于美國(guó)方法與中國(guó)工程物理研究院方法思路類似，但同樣未考慮背風(fēng)面的影響，機(jī)室壁面摩擦系數(shù)的取值方法相同。對(duì)比的主要作用在于考察背風(fēng)面氣動(dòng)特性對(duì)風(fēng)阻計(jì)算的影響。

3）中國(guó)工程物理研究院方法，參照文獻(xiàn)[9]。

4）CFD仿真方法，參照文中第1節(jié)。

5）由于前蘇聯(lián)方法和中國(guó)空間技術(shù)研究院方法對(duì)試驗(yàn)依賴較多，計(jì)算部分相對(duì)直接，故在此不進(jìn)行對(duì)比。

計(jì)算結(jié)果對(duì)比見表1。

表1 不同計(jì)算方法風(fēng)阻功率對(duì)比

容易看出，各種解析方法的計(jì)算結(jié)果均偏小，且低轉(zhuǎn)速工況下的誤差比高轉(zhuǎn)速下更大，這可能是由于高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)摩擦力矩的影響更小，且轉(zhuǎn)臂運(yùn)動(dòng)可以更充分帶動(dòng)隨流空氣轉(zhuǎn)動(dòng)造成的。

在解析方法中，中國(guó)工程物理研究院方法誤差最小，且不需要過(guò)多依賴試驗(yàn)數(shù)據(jù)，大大降低了設(shè)計(jì)成本。法國(guó)方法只考慮了吊籃，計(jì)算最簡(jiǎn)單，但是計(jì)算結(jié)果偏差較大。事實(shí)上，文中算例及美國(guó)Davis土工離心機(jī)的算例均表明，吊籃的風(fēng)阻力矩占總風(fēng)阻力矩的75%~85%左右；法國(guó)680離心機(jī)的計(jì)算結(jié)果也證明，低速情況下該方法與試驗(yàn)的誤差在30%~40%左右，與算例的結(jié)論一致。美國(guó)方法介于這兩種方法之間。

CFD的數(shù)值方法誤差最小，且不必事先對(duì)機(jī)室內(nèi)流場(chǎng)分布進(jìn)行假設(shè)，尤其對(duì)于“剛性運(yùn)動(dòng)”假設(shè)沒有得到確證的高速和超大容量土工離心機(jī)是一種十分具有潛力的風(fēng)阻預(yù)估方法。由于CFD仿真計(jì)算量大，且要求較為詳細(xì)的離心機(jī)設(shè)計(jì)外形，這對(duì)其在方案階段的應(yīng)用造成限制。

各種計(jì)算方法的特點(diǎn)綜合列于表2。

表2 各種計(jì)算方法的特點(diǎn)

4 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)幾十年的研究，不同研究者針對(duì)特定的離心機(jī)型號(hào)，各自發(fā)展出了不同的方法，但是殊途同歸，各種方法的基本假設(shè)和思路都是相似的，只是在考慮的細(xì)節(jié)和參數(shù)選擇上有所不同。在適用范圍方面，迄今這些計(jì)算方法用于預(yù)估隨流空氣最大線速度低于音速和容量小于1000t土工離心機(jī)的風(fēng)阻功率是可靠的，但還不宜直接用于預(yù)估高速和超大容量土工離心機(jī)的風(fēng)阻功率。在綜合性能方面，由于中國(guó)工程物理研究院方法的參數(shù)選取來(lái)源于基于通用試驗(yàn)的現(xiàn)行手冊(cè)類文獻(xiàn)，且精度較高，盡管公式相對(duì)復(fù)雜，但編程計(jì)算非常容易，推薦采用中國(guó)工程物理研究院方法進(jìn)行計(jì)算。法國(guó)方法和美國(guó)方法誤差略高，但數(shù)學(xué)表達(dá)形式簡(jiǎn)單，在初設(shè)階段對(duì)風(fēng)阻功率進(jìn)行定性、半定量分析或優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)具有獨(dú)到優(yōu)勢(shì)。蘇聯(lián)方法和中國(guó)空間技術(shù)研究院方法需要大量試驗(yàn)參數(shù)，限制了方法的廣泛應(yīng)用。

CFD仿真方法是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的高置信度方法，其優(yōu)勢(shì)在于不需要事先對(duì)流場(chǎng)分布進(jìn)行假設(shè)，不需要試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，只需按給定幾何構(gòu)型建模，然后采用成熟的CFD技術(shù)實(shí)施計(jì)算即可，是一種很有潛力的計(jì)算方法。但是CFD仿真的單次計(jì)算量大，難以應(yīng)用于需要很多次建模、計(jì)算的早期方案設(shè)計(jì)或風(fēng)阻優(yōu)化設(shè)計(jì)中。

目前，土工離心機(jī)設(shè)計(jì)正在向著高速、大容量方向發(fā)展，中國(guó)工程物理研究院正在設(shè)計(jì)或論證的兩臺(tái)離心機(jī)，其最大容量分別達(dá)到1000t和1500t。對(duì)高速土工離心機(jī)，其轉(zhuǎn)臂最大線速度可接近甚至超過(guò)音速，此時(shí)經(jīng)典的剛性運(yùn)動(dòng)假設(shè)，包括新近的改進(jìn)，都尚未經(jīng)過(guò)實(shí)踐驗(yàn)證。因此，有必要進(jìn)一步發(fā)展高速土工離心機(jī)風(fēng)阻功率的CFD仿真計(jì)算方法，為離心機(jī)設(shè)計(jì)及高速情況下的解析公式進(jìn)一步改進(jìn)提供依據(jù)。

目前的解析方法中，均假設(shè)機(jī)室內(nèi)空氣速度與半徑成正比，在靠近機(jī)室側(cè)壁處可能引起較大誤差。隨著離心機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，轉(zhuǎn)臂末端與機(jī)室壁之間的相互作用更加強(qiáng)烈，目前的解析方法可能產(chǎn)生較大誤差，因此有必要對(duì)側(cè)壁附近的空氣層進(jìn)行更加精確的描述。

[1] 潘時(shí)聲. 離心機(jī)運(yùn)行時(shí)入樁設(shè)備研制和樁基礎(chǔ)離心實(shí)驗(yàn)研究[D]. 清華大學(xué),1995.

[2] 賈普照. 穩(wěn)態(tài)加速度模擬試驗(yàn)設(shè)備——離心機(jī)概論與設(shè)計(jì)[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2013.

[3] 濮家騮. 土工離心機(jī)模型實(shí)驗(yàn)及其應(yīng)用的發(fā)展趨勢(shì)[J]. 巖土工程學(xué)報(bào), 1996, 18(5): 92-94.

[4] 黎啟勝, 許元恒, 羅龍. 科學(xué)試驗(yàn)用離心機(jī)發(fā)展綜述[J]. 裝備環(huán)境工程, 2015, 12(5): 1-10.

[5] 趙玉虎, 羅昭宇, 林明. 土工離心機(jī)研制概述[J]. 裝備環(huán)境工程, 2015, 12(5): 19-27.

[6] 孫述祖. 土工離心機(jī)設(shè)計(jì)綜述(二)[J]. 水利水運(yùn)科學(xué)研究, 1991(2): 220-226.

[7] NICOLAS-FONT J. Design of Geotechnical Centrifuge[M]. Rotterdam: Balkema, 1988.

[8] 劉新民. 25-T土工離心機(jī)流場(chǎng)分布規(guī)律試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理報(bào)告[R]. 綿陽(yáng): 中國(guó)工程物理研究院結(jié)構(gòu)力學(xué)研究所, 1989.

[9] HAO Yu, YIN Yi-hui, WAN Qiang. Wind Resistance and Flow Characteristic Analysis of Geotechnical Centrifuges Based on Computational Fluid Dynamics[C]// 19th International Conference on Finite Elements in Flow Problems. Rome, 2017.

[10] 尹益輝, 余紹榮, 馮曉軍, 等. 密閉機(jī)室型土工離心機(jī)的風(fēng)阻功率[J]. 綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2010, 29(2): 1-5.

[11] 尹益輝, 余紹榮, 馮曉軍, 等. 機(jī)室開有通風(fēng)口的土工離心機(jī)的風(fēng)阻功率[J]. 綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2010, 29(5): 1-5.

[12] 沈鴻. 機(jī)械工程手冊(cè)(第二卷): 基礎(chǔ)理論[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1982.

[13] 尹益輝. 中國(guó)水科院高速土工離心機(jī)風(fēng)阻功率和機(jī)室溫升計(jì)算報(bào)告[R]. 綿陽(yáng): 中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所, 2017.

[14] 尹益輝, 范志庚, 萬(wàn)強(qiáng), 等. 土工離心機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)機(jī)室的自然排風(fēng)效應(yīng)研究[J]. 綿陽(yáng)師范學(xué)院學(xué)報(bào), 2017, 36(6): 1-5.

Comparative Study on Estimation Methods of Wind Resistance of Geotechnical Centrifuges

HAO YuYIN Yi-huiWAN QiangLI Qi-sheng

(Institute of Engineering Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621999, China)

To evaluate effects and pros-and-cons of different estimation methods for wind resistance of geotechnical centrifuges, and provide suggestions on engineering application and future research.Geotechnical centrifuge was mainly taken as example to introduce several typical calculation methods and systematically analyze commonness and difference among the methods. The effects of different methods were compared by a classical example combined with design experience on centrifuges.French Methods, US Method, CAEP Method and CFD Simulation had a successively increasing accuracy with a successively increasing complexity. Meanwhile the later two did not depend on experimenting data in determination of parameters.Conclusion For geotechnical centrifuges working at low-to medium speeds, the CAEP method has an advantage over others in engineering practice. But as the development of geotechnical centrifuges to the direction of large scales and high speeds, the validity of traditional analytical methods is still not examined. High fidelity methods based on CFD seems a good option.

geotechnical centrifuge; wind resistance; flow field; air following flow ratio

TJ011+.4

A

1672-9242(2018)03-0061-06

10.7643/ issn.1672-9242.2018.03.013

2017-09-24；

2017-10-24

國(guó)家自然科學(xué)基金（No. 11702279）；中國(guó)工程物理研究院總體工程研究所統(tǒng)籌項(xiàng)目（No. TCGH041607）

郝雨（1988—），男，河北石家莊人，博士，主要研究方向?yàn)榱鞴恬詈蟿?dòng)力學(xué)。