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关键词： 侧向进水结构   三维逆向建模   水-沙两相流   数值模拟   现场测验  

摘要： 几何形态复杂的底部淤积对侧向泵站进水结构的水-沙流场产生特殊影响,为了准确构建淤积状态下侧向进水结构的精细化三维计算域模型,尽可能还原带淤结构的几何特征信息,并进一步探究淤积状态下进水结构的水沙流场特性和流态变化,基于逆向工程技术提出了一种针对具有复杂边界条件的带淤进水结构的逆向建模方法,构建了可用于流体力学计算的完整三维计算域模型,并开展了淤积状态下侧向进水结构的水力特性分析.研究表明:提出的三维逆向重构方法最大建模偏差仅为1.5981 mm,能够准确反映进水结构的实际几何边界和淤积形态,数值模拟结果与现场测验相吻合;泥沙淤积虽然对局部流场结构有所改善,但造成了结构整体水力性能的损失.该方法可为轮廓边界复杂的建筑物结构的几何建模和优化提供新思路.

关键词： 渣油加氢   连续集总模型   轴向扩散模型   信赖域优化算法  

摘要： 随着原油重质化、劣质化趋势加剧,渣油加氢工艺逐渐成为处理重质油的主流技术,在渣油加氢反应过程中有效脱除渣油中的硫、氮、镍、钒等杂质,将大分子的稠环芳烃加氢裂化为轻质小分子,为后续工艺过程提供更清洁且更适于加工的原料。然而,由于渣油的分子组成及其加氢反应体系极其复杂,准确模拟渣油加氢反应过程是重点、难点,也是当前研究热点。针对其稳态模拟问题,提出了基于gamma分布的动力学参数模型以及连续集总轴向扩散模型,通过gamma分布函数简化模型的复杂性,并提高模型通用性;采用轴向扩散模型模拟固定床渣油加氢中流动传质过程,并通过信赖域优化算法,利用工业数据对模型参数进行校正,相较于其他优化算法大大提高了模型校正的计算效率和收敛率。此外,选取了某典型工况下两组不同进料数据对模型以及优化计算得到的模型参数进行验证,结果表明其预测精度和预测效率高,说明基于gamma分布简化后的机理模型具有很高的预测准确性、计算效率及计算潜力。

关键词： 高压水热储能   数值模拟   循环泵   储热效率  

摘要： 超高压水热储能系统具有储能密度高、储热时间长、成本低以及可实现模块化应用等优势,可广泛部署于工业储热供热和热电调峰等领域。本工作搭建了自增压型超高压水热储能实验系统并针对实验中电加热过程加热器下方自然对流较差,存在温度分层导致储热效率低等问题开展了数值模拟研究。模拟结果显示,通过增加外部循环泵可以显著改善温度分层,提高系统储热效率。电储热效率相比较原系统提高了约12%,加热60 min后,重力方向最大温差由45.93℃降低至0.93℃。本工作通过引入描述循环泵安装位置与储罐尺寸比例的无量纲数λ以及表征循环水量与系统储水量比例的无量纲数δ两个指标,系统评价了外循环泵对于系统储热效率的影响。模拟结果显示,λ在0.5左右时,储罐内部流场较为均匀、温度梯度相对较小,系统储热效率也更高。当δ达到4.42时,储罐内部温度均匀性好、热响应时间短、储热效率高。本工作研究为提高卧式高温自增压储热水罐储热效率提供了理论指导,有望推动高压水热储能在工业储能领域的应用。

关键词： 混凝土裂缝   成因分析   重型卡车   地基不均匀沉降   温度荷载  

摘要： 针对某水利工程泄水闸左岸检修门库交通桥服役工况和地基条件复杂导致难以准确确定混凝土建筑物裂缝成因,首先根据服役工况和地基沉降监测资料定性分析可能的致裂因素,然后建立泄水闸检修门库整体三维有限元模型,结合重型卡车、地基不均匀沉降和温度荷载3种主要的致裂因素设计不同的计算工况,进而采用线弹性有限元模型、黏弹性有限元模型和温度应力场仿真计算模型逐一计算这些致裂因素引起检修门库交通桥水平向应力,探讨检修门库交通桥裂缝成因。研究结果表明,冬季不利温降荷载耦合地基不均匀沉降将在检修门库交通桥中间位置产生约3MPa的拉应力,对照检修门库交通桥实际裂缝位置,可以认为这两种因素耦合是检修门库裂缝的主要致裂因素,而重型卡车不是检修门库裂缝产生的主要原因。该研究可为类似工程裂缝成因分析提供参考。

关键词： 沙湾大沟   泥石流   动力过程   数值模拟   危险性预测  

摘要： 沙湾大沟泥石流位于云南省昆明市寻甸县金源乡,据资料记载,该泥石流近代活动已有100多年历史,且灾害爆发频率居高不下,人员伤亡和财产损失情况时有发生。为深入研究沙湾大沟泥石流运动特征及危险性,依据现场调查情况结合已有资料分析,得到沙湾大沟泥石流的孕灾背景和致灾因素,通过试验和反演分析,获取模拟参数,结合网格化的数字高程模型,创建沙湾大沟泥石流危险性数值计算模型。最后基于深度积分连续介质力学理论,采用地表灾害动力过程数值分析软件Massflow,对4种降雨频率下(5%、3.3%、2%、1%)的泥石流运动演进过程进行模拟,并结合泥石流实际灾害情况与模拟结果分析其运动学特征,最终得到沙湾大沟泥石流致灾范围并对其危险性进行预测。研究结果表明:(1)各降雨频率下,泥石流流速基本维持在0~6 m/s,平均流速3.44 m/s,最大流速12.79 m/s,最大泥深9.92 m,最大冲击力396.103 kPa;(2)高、中、低危险区占比分别为57.43%、29.54%、13.03%,泥石流总体上危险性高;(3)研究结果合理呈现了沙湾大沟泥石流的时空演化情况,揭示了不同降雨频率下泥石流的动力学分布特征及危险性区划,为泥石流的监测预警及防治工程设计提供一定参考价值。

关键词： 复杂地质条件   矿山开采   应力分析   数值模拟   技术优化  

摘要： 基于A铁矿复杂地质条件,采用有限元法对采场应力分布进行数值模拟。通过对比分析不同开采方案,优化了支护参数和采矿顺序,同时引入应力监测系统,实时调整开采策略。采用优化后的技术方案,显著提高了矿柱稳定性,降低了顶板冒落风险,实现了安全高效开采。

关键词： 桥墩冲刷防护   数值模拟   组合型防冲装置   流场特征  

摘要： 在交通工程领域,串列桥墩所处水流环境复杂,流速、流向多变,冲刷现象显著,严重威胁桥墩基础稳定,极易造成失稳破坏,因此针对其复杂流场的冲刷防护研究刻不容缓。文中引入串列4桥墩工况,利用ANSYS-FLUENT软件,对安装组合型防护装置前后的桥墩局部冲刷展开数值模拟,通过网格无关性验证以及局部流线、冲坑情况对比,保障模型精准可靠。模拟结果表明,墩轴线上测点流速和湍动能强度呈波动性变化,且随桥墩级数增加趋于平缓;墩侧水流流速与桥墩级数负相关。受水流因素影响,上游桥墩冲坑演化强于下游。安装防护装置后,局部流场与冲坑变化规律发生明显变化,但强度有所下降,表明装置在复杂流场防护稳定,最高减冲率25.33%。防护装置对墩后冲坑防护弱于墩前,后续应针对此优化结构,提升整体性能。研究可为复杂流场下桥墩基础冲刷防护装置研究提供参考。

关键词： 端壁冷却   进口攻角   二次流   数值模拟  

摘要： 为了进一步提高叶栅的宽工况适应性,针对某跨声速透平叶栅构建了考虑封严冷气的数值计算模型,并验证了该模型的准确性。研究了不同封严冷气流量下主流进口攻角对叶栅气动性能和端壁气膜冷却特性的影响,结果表明,随着进口攻角的增大,叶栅通道的横向压力梯度增大,端区的横向二次流和上下通道涡增强,这导致端区的二次流损失增大。总体而言,相比于零攻角状态,4°的正攻角会使得叶栅的总压损失系数在质量流量比为1.0%和1.5%时分别增大11.8%和11.4%。封严冷气在端壁的横向覆盖范围随着进口攻角的增大而缩小,且主流对封严冷气的掺混加剧。因此,主流进口攻角越大,端壁的气膜冷却覆盖范围越小,同时气膜冷却效率越低。相比于零攻角状态,4°的正攻角会使得端壁的面积平均气膜冷却效率在质量流量比为1.0%和1.5%时分别减小29.5%和31.6%。研究成果可为跨声速叶栅端区流动和气膜冷却设计提供参考。

关键词： 停采线位置   超前支承压力   数值模拟   加固支护  

摘要： 针对五阳煤矿南底板大巷受7523工作面回采过程中超前支承压力和开采扰动双重影响,造成南底板大巷变形破坏问题,需要确定停采线合理位置,减少工作面回采对南底板大巷的影响。采用FLAC3D有限元软件,模拟工作面推进过程中超前支承压力的分布及南底板大巷塑性区和垂直应力变化规律。模拟结果显示:超前支承压力在距煤壁8~10 m处出现峰值,其剧烈影响范围约为50 m。随着工作面推进,南大巷塑性破坏形式发生变化,由靠近南大巷时的主要集中于拱形附近的剪切破坏,转变为远离南大巷的不规则剪切破坏。且在与南大巷相距10 m时,南大巷塑性破坏范围迅速增加,垂直应力也出现极大值点,表明此时南大巷受开采扰动较大,稳定性较差。综合分析多因素,最终将停采线设置在距南大巷垂距20 m位置,并配合“超前加固,及时维护”技术,南大巷围岩变形控制取得显著成效,为今后类似案列提供了参考。

关键词： 航站楼   计算流体力学   数值模拟   热舒适   空调变频  

摘要： 随着我国民航事业的快速发展,航站楼作为大型交通枢纽,其空调系统能耗问题日益突出。由于航站楼建筑具有空间高大、热负荷动态变化及人员密集等特点,传统的空调系统优化研究方法难以兼顾节能与舒适性需求。以夏热冬冷地区某航站楼为研究对象,基于计算流体力学(CFD)数值仿真技术,结合变频控制策略,开展空调系统优化研究。通过现场实测获取环境数据与送风参数,建立简化几何模型,模拟分析不同送风策略下室内温度场、速度场及舒适性指标的分布特性;通过CFD舒适度模拟,分析变频控制优化策略前后室内热环境的变化规律,形成风机变频优化方案节能效果量化方法,并结合实际案例进行了计算示例。形成的CFD应用于航站楼空调变频技术的研究方法旨在为降低航站楼空调系统能耗、改善室内热舒适性提供有效参考,为高大空间建筑的空调系统设计及运行管理提供借鉴。