优秀博士学位论文微展——杨小妮

一、基本信息

论文中文题目：管道车在平直管段运移的动力学特性研究

    论文英文题目：Research on Dynamic Characteristics of Piped Carriage in the Straight Pipe

作 者：杨小妮

指导教师：马娟娟

培养单位：水利科学与工程学院

学 科：水利工程

读博感言：研细微见真知；积跬步致千里。

二、研究背景&选题意义&研究价值

随着国家经济的增长，物流运输业随之迅速发展起来。目前，我国的物流运输主要以铁路运输、公路运输、航空运输、水路运输为主，这些运输基本是基于对石油和天然气的大量消耗为代价的。不仅如此，在对资源消耗的同时，人类生存的环境也日益恶劣，而且大城市的交通拥堵是世界性难题。可见，资源匮乏、交通拥堵和环境污染已经成为当今社会物流业发展的瓶颈。

筒装料管道水力输送作为一种节能环保高效的输送方式，输送过程中管道车壁面受力特性和管道车周围流体的流场特性的耦合研究，可以更加全面深入的对管道、管道车几何尺度以及运输工况等参数进行优化，使其具有更重要的工程实用性；同时也为动边界条件下圆柱绕流表面力学特性的研究提供重要的理论依据。

三、主要研究内容

1.管道车位于平直管段的动力学分析

分析管道车位于平直管段时，管道车的结构参数，如管道车的长度、直径、径长比，和管道水流雷诺数对管道车周围水流的压力、轴向速度、周向速度、径向速度的影响情况，以及管道车料筒壁面切应力、主应力的分布情况和最值大小进行探讨。

(a) D_c×L_c=80mm×80mm,(b) D_c×L_c=80mm×100mm,(c) D_c×L_c=80mm×120mm, (d) D_c×L_c=80mm×150mm , (e) D_c×L_c=80mm×200mm

图1  相同直径不同长度管道车位于平直管段时的壁面切应力分布图

2. 管道车在平直管段内运移时的能耗特性与敏感因素分析

分析管道车在平直管段内运移时的能耗大小以及单位体积能耗；并分析管道车结构参数和雷诺数对单位体积能耗的敏感程度。

图2 不同管道车车型单位体积能耗与输送物料体积对比图(Re =175610)

3. 管道车在平直管段内运移时的模型优选

对管道车在平直管段内运移时管道车料筒壁面的应力最值大小、单位体积能耗、输送体积进行多因素目标优化，即基于加权模糊TOPSIS评价模型对管道车车型进行优选。

表1  不同车型的相对贴近度值

四、创新点

（1）文中对COMSOL中管道入口流速边界二次开发，采用自定义的流速分布函数。

（2）通过对平直管段内管道车静止和运移时水流的流场特性和管道车的力学特性同时进行了全耦合研究。并考虑了管道车材料对管道车静止和运移时的动力学影响。

（3）分析和计算了管道车在平直管段运移时的能耗特性，并在传统TOPSIS评价方法的基础上，提出基于加权模糊TOPSIS评价模型，用于管道车车型的优选。

五、代表性成果

1. Yang Xiaoni, Ma juanjuan*. The Wall Stress of the Capsule Surface in the Straight Pipe. Water, 2020, 12(1): 242.

2. Yang Xiaoni, Ma Juanjuan*, Li Yongye, Sun Xihuan, Jia Xiaomeng, Yonggang Li. Wall Stresses in Cylinder of Stationary Piped Carriage Using COMSOL Multiphysics. Water, 2019, 11(9): 1910.

3. 杨小妮, 马娟娟*, 李永业, 孙西欢, 不同径高比动导叶旋流器的管流特性, 中国农村水利水电, 2019, (12): 10-15.

4. 杨小妮, 马娟娟*, 李永业, 孙西欢, 基于ALE流固耦合作用的管道车静止于不同流量管流时壁面应力分布情况, 太原理工大学学报, 2020, 51(2): 298-309.

5. 杨小妮, 马娟娟*, 李永业, 孙西欢, 不同径长比管道车静止在管流中的壁面应力分析, 中国农村水利水电, 2020, (4):151-157.