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关键词： 多分散颗粒   沉积特征   离子强度   数值模拟   能量势垒   吸附效率   超指数分布  

摘要： 多分散颗粒在自然环境中广泛存在,精确预测不利条件下(颗粒-介质表面存在排斥力)多分散颗粒在饱和介质中的运移和沉积至关重要。开展了不同离子强度条件下(1、6、20、200 mM)多分散颗粒(0.375~18.863μm)人工回灌一维砂柱定流量试验,探索不同离子强度(不利条件和有利条件)下多分散颗粒的沉积特征,耦合不利条件下胶体吸附效率模型与多分散颗粒沉积模型,建立不利条件下多分散颗粒沉积模型,并进行相应的数值模拟。物理试验和数值模拟结果表明:相比有利条件,不利条件下微观尺度多分散颗粒的捕获概率因存在能量势垒而减小了8.5%~67.6%,颗粒粒径越小,颗粒捕获概率的降幅越大;有利条件下颗粒的最终沉积剖面曲线呈“上陡下缓”的超指数分布,沉积总量随离子强度的增加而增加,在砂柱上部的沉积总量为16.7%~24.6%,离子强度的降低加剧了沉积剖面“上陡下缓”的非均等分布。

关键词： 高速艇   气层减阻   空泡螺旋桨   数值模拟  

摘要： [目的]为提升高速艇的综合航行性能,对气层减阻滑行艇的艇体与螺旋桨之间的相互干扰进行研究。[方法]基于黏性流体力学理论,将2个空泡螺旋桨布置在船尾下方不同高度处,对相同螺旋桨转速和来流速度、不同通气量条件下的带螺旋桨气层减阻滑行艇整体进行数值模拟计算。[结果]研究表明:不通气时,不同螺旋桨安装方案下滑行艇所受摩擦阻力、剩余阻力和总阻力均比裸船体的相应值小;通入气体之后,滑行艇摩擦阻力、剩余阻力和总阻力均有不同程度的变化,摩擦阻力和剩余阻力的变化规律并不明显,总阻力基本上呈增加趋势;通入气体之后,螺旋桨推力和扭矩的变化规律相似,均先增加后减小,且螺旋桨安装位置越高,推力和扭矩变化越快;当通气量Q为0.002 m3/s时,螺旋桨的推力和扭矩相比其他通气量下的推力和扭矩更大。[结论]此时螺旋桨效率增加,气层对螺旋桨性能产生有益影响。

关键词： 爆破工程   虚拟仿真   数值模拟   教学实践   平台搭建  

摘要： 《爆破工程》课程是高校城市地下工程、矿山建设工程专业的核心课程,爆破实验教学是实践教学中必不可少的环节。由于爆破工程具有高危险性的特点,传统的爆破工程实验建设难度大,难以在室内进行,给教学带来了不便,因此越来越多的学校依托虚拟仿真平台进行爆破工程实验教学。本文根据爆破工程虚拟仿真的教学思路及需求搭建了爆破实验教学虚拟仿真教学平台:利用Unity3D作为虚拟仿真系统的开发工具,保证虚拟仿真系统具有可在不同平台运行的高兼容性;使用3DS Max建立模型,并用Maya进行细节渲染,提高了模型的真实感;通过云渲染技术解决了加载速度慢、动画不逼真等问题;并且为了更好地体现实际工程中爆破振动波的传播机理,利用ANSYS模拟爆破振动波在不同岩层中的传播,波场云图以快照的形式保存在虚拟仿真系统,开展爆破振动虚拟仿真实验。实践和应用效果显示,虚拟仿真实验平台可实现学生独立地、深度地参与到爆破工程的教学实验中,提高了学生的实验体验和实践创新能力。

关键词： 煤矿   深部   复合顶板   数值模拟   围岩控制  

摘要： 在我国煤层开采的过程中,复合顶板煤层较为常见。随着煤矿开采进程的推进,浅部资源日益枯竭,开采活动向深部发展,深部“三高一扰动”条件下,复合顶板的维护更加困难,经常出现离层、顶板下沉量大,甚至发生冒顶事故。基于此,本文以5723工作面为研究对象,应用理论分析和数值模拟方法,研究锚杆锚索参数对复合顶板岩层的控制效果,并改进工作面原始支护方案,经现场实践验证,巷道围岩变形情况满足煤矿相关作业规程的规定。

关键词： 浮选机   过流结构   滞留时间   数值模拟  

摘要： 浮选机内矿浆的滞留时间是影响浮选性能的重要因素。为减少浮选机内矿浆的“短路流”和“死循环”现象,设计了4种不同的浮选机过流结构,并基于CFD-DPM数值模拟方法,对比分析了矿浆流体在浮选机内的流线分布、颗粒轨迹及滞留时间分布。结果表明:假底直流式和底部开口式过流结构的最小滞留时间最短,短路流占比较高,约为8.5%;中矿折流式和中部开口式过流结构的短路流现象明显减少;中部开口式过流结构的平均滞留时间最长,假底直流式过流结构的平均滞留时间最短;中矿折流式过流结构的滞留时间的分布更加集中,其标准差最小,短路流和死循环流较少,结构最优。

关键词： 海上风电   冲击载荷   海缆   动力响应   数值模拟  

摘要： 为减少锚类事件对海缆服役寿命的影响,指导海底电缆的结构设计、建设施工以及海缆保护装置的布置,对冲击载荷作用下海上风电海缆的动力响应特性开展研究。基于Abaqus软件建立海缆不同位置处的简化数值分析模型,通过仿真分析研究不同撞击高度、撞击角度、撞击物质量、撞击物形状和土质条件对海缆动力响应的影响,揭示不同撞击工况下海缆的破坏模式及动力响应规律。结果表明,撞击物质量是影响海缆破坏的主要因素,而撞击角度和撞击物形状对海缆破坏的影响较小。研究成果可为海上风电海缆的设计施工及防护提供理论指导。

关键词： 定风量阀   弹性组件   流阻特性   数值模拟   实验研究  

摘要： 文丘里定风量阀由于响应快、压力无关范围大等特点在受控环境的风量与压力控制领域有着广泛的应用。弹性组件是阀门的关键部件,其性能影响定风量控制的精度。本文通过CFD数值仿真模拟和实验验证,得到了阀门内部流场分布、流阻特性及阀芯受力与位移的关系,提出了基于CFD仿真的弹性组件性能曲线模拟求解方法。研究表明:使用该方法得到的弹性组件能够使阀门获得良好的压力无关定风量控制性能;流量范围在500~1800 m^(3)/h且阀门工作压差在300~550 Pa时,流量偏差率能够控制在5%以内,阀门在此工况下具有较高的定风量控制精度。

关键词： 岩石力学   断层错动   模型试验   岩体变形特征   数值模拟   非局部模型   地应力影响  

摘要： 断层错动引起岩体严重变形,进而导致深埋隧洞等深埋结构产生破坏。为了研究深埋地应力条件下断层错动引起的岩体变形特征及其受地应力的影响,依托滇中引水工程,首先,开展深埋走滑断层错动的物理模型试验,研究断层错动作用下岩体变形特征。然后,将非局部模型应用于数值模拟,分析地应力对岩体变形特征的影响。结果表明:(1)断层错动作用下,断层破碎带内形成主要破裂面,断层沿主要破裂发生剪切运动;(2)岩体位移由错动盘向固定盘衰减,位移分布在主要破裂附近出现分区,位移分布曲线呈“S”形。破碎带内形成等效应变局部化带,应变曲线分布呈“单峰”形;(3)主要破裂附近出现土压力释放,错动盘土压力不断增大,固定盘土压力不变;(4)非局部模型能够有效复现试验结果,地应力会对等效应变局部化带的角度以及应变峰值产生影响。研究成果扩展了对断层错动作用下岩体变形特征的认识,为深埋隧洞破坏特征分析提供研究基础,对于跨断层深埋隧洞工程施工设计具有指导意义。

关键词： 双接头结构   焊缝   数值模拟   温度场   应力场   形变分析  

摘要： 由于管座独特的结构特点,在焊接过程中存在应力集中现象,并且作为接头承受双重焊接应力。基于Simufact Welding专业焊接软件,对管座两端的马鞍形焊缝和环形焊缝的完整焊接过程进行了数值模拟和试验验证。通过对优化后的焊接工艺和层间温度对多层多道焊接结构进行了温度场、应力场和形变分析。结果表明,管座双接头结构的最高温度集中在管座区域,且两种焊缝之间的热影响区会相互影响。同时管座环形焊缝处的残余应力通过管座向马鞍形焊缝传递。相对于单一的马鞍形焊缝,双接头结构马鞍形焊缝的残余应力明显较低,从而间接提高了管座双接头结构焊缝整体结构的焊接质量。

关键词： 填充床   数值模拟   流动   换热   圆柱颗粒  

摘要： 为研究不同修饰形状的圆柱颗粒对填充床壁面效应及流动换热特性的影响,采用计算流体力学(CFD)方法,对未修饰的圆柱颗粒及修饰后的单孔圆柱、3孔圆柱、三叶草、3孔三叶草和9孔三叶草6种颗粒填充床进行了数值模拟。分析了径向与轴向空隙率分布、流动特性及流动换热性能。结果表明,圆柱颗粒通过内部开孔或外部开槽修饰均能够改善流体流动均匀性;颗粒内部开孔可以减小壁面附近流量占比,且孔洞数量对近壁面流量的影响不显著,但增加孔洞数量会削弱流体径向流动均匀性,同时提升轴向流动均匀性;圆柱颗粒通过外部开槽为三叶草状后可提升传热系数,但显著增加单位压降,通过内部开孔后传热系数和单位压降均降低;增加孔洞数量能够提升换热性能,但同时会导致压降增加;综合考虑传热效果和流动阻力,混合修饰的9孔三叶草颗粒具备最高的总换热效率,表现出最佳的综合换热性能。