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关键词： 行星物理   水星   热演化   核幔耦合   磁场成因  

摘要： 热演化是行星内部所有动力学的起源。通过对水星幔内静止盖层对流传热进行参数化近似,并以绝热线近似水星液核内的温度分布,建立核幔耦合的一维有限差分模型,研究自水星核开始凝固以来的水星热演化。在观测资料和前人研究的基础上,着重分析水星核凝固模式与水星幔放射性生热对水星内部温度和热流演化的影响,为研究水星磁场成因奠定基础。数值模拟结果表明,水星核向外凝固的热演化不能解释水星观测磁场。利用前人对水星核顶部稳定传导层的厚度估计,水星核向内凝固的热演化模型预测水星现今固态外核年龄大于2.8 Ga,而流过现今水星液态内核的热流介于0.8~0.4 TW。观测水星磁场微弱是水星液态内核低热流与固态外核磁屏蔽效应共同作用的结果。

关键词： 深海能源土   有效围压   剪切速率   三轴剪切试验   离散元数值模拟  

摘要： 天然气水合物的开采极易导致能源土力学特性劣化,充分明确深海能源土的力学特性是实现天然气水合物安全、高效开采的前提。文章通过室内试验和离散元数值模拟试验相结合的方法,分析不同有效围压和剪切速率下能源土应力应变的演化规律,基于PFC离散元数值模拟软件建立了能源土三轴剪切离散元模型,探讨深海能源土剪切过程中接触力链和颗粒位移的分布形式,揭示能源土的力学特性的细观机理。研究结果表明:随着有效围压和剪切速率的增大,能源土的抗剪强度逐渐提高;剪切速率越大,能源土的软化现象越明显;随着剪切过程的进行,颗粒间的接触力链由试样两端逐渐向试样中部传递;有效围压越大,试样颗粒的径向位移越小,宏观表现出试样的径向变形越小。

关键词： 裂缝性油藏   参数优化   数值模拟   双重介质  

摘要： 为了解决海上潜山裂缝油藏开发经验匮乏、开发难度大等问题,以海上M区块为例,对典型潜山裂缝性油藏开发进行了研究。通过油藏数值模拟方法,根据油藏实际参数建立了裂缝双重介质模型,结合潜山裂缝性油藏开发特点,优化设计注采井网、井型和井距,根据油藏特征和流体性质,优化设计注采比、生产压差及采油速度,为海上潜山裂缝性油藏开发方案编制及实施提供依据。

关键词： 引水式电站   河道干支流   水动力   鱼类洄游适宜度   数值模拟   物理模型试验  

摘要： 以西南大渡河上某水电站为例,构建了水电站下游干支流三维水动力-鱼类洄游适宜度模型,并采用物理模型进行率定,解析了电站泄水时的干支流水力特性和鱼类洄游适宜度,探讨了不同来流流量和发电流量的影响效应;针对支流鱼类洄游适宜度较差的区域,评估了不同导流墙布置方式对鱼类洄游适宜度的改善效果。结果表明:水电站支流泄水会显著影响水动力条件,下游较大区域流速和水深随之增加,鱼类洄游适宜度总体减小,随着支流来流流量和发电流量的增加,上述影响进一步扩大;干支流汇口水动力条件受电站运行的影响最大,支流来流流量459 m^(3)/s、电站发电流量535.0 m^(3)/s时(常规运行工况C_(3)),汇口附近距左岸1/6河宽区域鱼类洄游适宜度仅为0.11;按方案7设置导流墙,整体流速更加均匀,高流速和回流区减小,可使鱼类洄游条件明显改善。

关键词： LNG   薄膜罐   地震作用   时程分析   数值模拟   受力分析  

摘要： 【目的】LNG薄膜罐是未来LNG储罐的发展方向,地震作用下LNG液体所造成的对流与冲击直接作用于LNG薄膜罐外罐罐壁上,罐壁将承受常规LNG全容罐罐壁未承受的LNG液体动压力,需对LNG薄膜罐动压力分布规律开展研究。【方法】使用ANSYS有限元分析软件,分别对海南某罐容为25×10^(4) m^(3)的LNG薄膜罐与龙口某罐容为30×10^(4) m^(3)的LNG薄膜罐进行建模。对该25×10^(4) m^(3)的LNG薄膜罐进行运行基准地震(Operating Basis Earthquake,OBE)与安全停堆地震(Safe Shutdown Earthquake,SSE)波下的时程分析,通过对比模拟结果与经典Housner公式计算结果验证了新建数值模型的有效性、一致性。结合该30×10^(4) m^(3)的LNG薄膜罐在OBE与SSE地震波下的时程分析结果,得到了多种工况下的LNG薄膜罐动压力分布情况,并拟合得到LNG薄膜罐动压力分布公式。【结果】罐内LNG液体的动压力作用是导致罐壁加速度最大的原因,罐体承受最大加速度时刻即为储罐受力最不利时刻。在相同水平角度、不同水平高度下,提出的LNG薄膜罐动压力分布拟合公式与新建模型模拟结果及Housner公式结果变化趋势一致,且各点数值与模型模拟结果相差均小于20%,特别是在较低的水平高度下,该拟合公式考虑了罐壁与承台刚性连接处的刚度影响,更加贴合模型模拟结果。相同水平高度、不同水平角度工况下的对比结果同样验证了该拟合公式的准确性。【结论】提出的拟合公式能较好地计算LNG薄膜罐在地震作用下承受的液体动压力,在保证混凝土罐壁具有足够承载力的前提下可显著降低设计中的保守度,对提高LNG薄膜罐混凝土外罐设计的经济性具有借鉴作用。未来将对实际大型LNG薄膜罐在地震条件下的动压力分布进行监测或开展缩尺模型实验,以期得到动压力分布数据,进一步提升该公式的适应性与准确性。(图14,表1,参26)

关键词： 地聚物混凝土   钢筋   黏结滑移   数值模拟  

摘要： 为研究地聚物超高性能混凝土(GUHPC)与钢筋的黏结性能,通过钢筋拉拔试验研究了钢筋与GUHPC的黏结性能,探讨了钢筋直径、钢筋类型以及混凝土抗压强度等参数对黏结性能的影响,并运用ABAQUS软件,建立实体钢筋单元,使用Python二次开发,批量建立Connector单元,同时考虑材料本构,并与试验结果对比验证。研究表明:极限黏结强度随直径的增大而减小;GUHPC黏结强度较普通地聚物混凝土受外形影响更大;GUHPC与钢筋具有更优秀的黏结性能;同时验证采用Connector单元模拟方法可以较为准确地模拟钢筋和GUHPC黏结性能,发展曲线符合一般规律。

关键词： 钎焊   钎料流动   流体体积方法   表面张力  

摘要： 为改善某整流器试样结构焊接工艺,对高温真空镍基合金钎焊过程展开了数值模拟研究,建立了高温钎焊真空炉中镍基合金钎料融化-润湿填充焊缝的流动模型。数值计算基于流体体积(volume of fluid,VOF)方法,综合考虑表面张力、重力、相变潜热等因素,采用层流模型求解得到了钎料随时间变化的流动行为。得到了固、液态钎料体积分布和温度场分布。虽然母材表面出现少部分钎料流失行为,并且在局部观察到有焊瘤的形成,但焊缝内钎料的整体填充效果良好,验证了钎焊工艺的钎料布置和温度控制的合理性。给出了关于时间和温度的钎料填充焊缝体积比的经验公式,为实际钎焊过程提供参考。

关键词： 地压冲击防治   数值模拟   围岩变形监测   锚杆锚索受力分析  

摘要： 为研究底煤卸压方式防冲的有效性以及对1305工作面巷道支护方案的影响,首先利用能量衰减理论和变形积分法计算巷道帮部钻孔在强冲击条件下吸收的能量、支护系统的安全系数,采用数值模拟、效果勘察、变形和受力分析3种方式分析大直径钻孔、开槽卸压2种处理方式对支护系统的影响,最后利用十字法和测力计分别监测巷道变形量、锚杆锚索受力状况。研究结果表明:巷道采用的锚杆、锚索、编织金属网、T型钢带等联合支护方案,具有较高的支护强度及护表能力,能够满足当前掘进巷道支护与防冲要求;工作面顺槽发生大能量事件后,煤岩体释放的能量为55.23~64.95 kJ,小于支护体系所能吸收的能量136.7 kJ,巷道支护系统的安全系数为2.07~2.48,满足防冲要求;大直径钻孔以及卸压开槽对巷道围岩变形影响不大,大直径钻孔对巷道支护系统没有明显影响,卸压槽对巷道支护系统影响较小。

关键词： 数值模拟   重力坝   拱坝   土石坝  

摘要： 通过对某水库的数值模拟,研究了3种典型坝型(重力坝、拱坝、土石坝)溃决方式的差异性以及溃口最大流量的变化范围,并将数值模拟成果对比4种经典公式的计算值,分析其误差原因。结果表明:重力坝由坝体本身溃口宽度的扩大和拱坝由坝体本身溃口残高的缩减,坝体溃口流量在最值和变化趋势上呈现显著的变化;而土石坝溃决时过程较慢,溃决流量缓缓增大,且增大的趋势较迅速,其中侵蚀系数与溃口坡比的选择对溃口最大流量有较大影响,而溃口宽度的大小对溃决产生的最大流量无影响作用。研究成果为类似工程水库坝体的溃决水力特性提供了借鉴与参考。

关键词： 养殖工船   养殖舱   晃荡   排水涡   数值模拟  

摘要： 大型深远海养殖工船载有循环水养殖舱,其内部会形成绕垂向中心轴旋转的排水涡(称为“澡盆涡”)。在真实海况作用下,船载养殖舱产生晃荡,而液舱晃荡对澡盆涡流场的影响不明,很可能会破坏流场中的速度分布。由于流场速度分布直接影响鱼类的生长环境质量,因此液舱晃荡与排水涡流场耦合产生的流场特性,尤其是其流场结构特征与湍流统计特性亟待探究。采用数值模拟方法,考察了横摇运动对养殖舱流场特性的影响。通过比较3种工况(静止水循环养殖舱、仅晃荡养殖舱及晃荡水循环养殖舱)的流场特性,揭示了漩涡流场与晃荡的耦合作用,包括中心涡结构的扭转、速度场的不对称性和螺旋状表面波的产生。基于不同周期和振幅的晃荡工况模拟,研究发现:1)在小振幅工况下一定频率范围内,晃荡影响随频率的增加而增强;2)在长周期工况下,晃荡影响随幅角的增大而增强。这种动态响应的特性最终引发涡结构的破坏。除小振幅长周期激励的一般海况外,进一步考察了高频率/大振幅激励的极端海况,通过平均速度和湍流统计参数等分析,揭示了在这2种晃荡工况下的旋涡破坏机制差异:当晃荡频率接近养殖舱固有频率时,晃荡-水循环强耦合导致液面出现剧烈破碎和翻卷现象,并伴随流动形态从单向波向回旋波发展的趋势;而在大振幅长周期激励下,当晃荡的幅角增大到一定程度时,晃荡逐渐占据流动的主要因素,漩涡流动被破坏,但不存在回旋波趋势或自由面破碎。