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关键词： 乙烷氧化脱氢   固定床   传递过程   数值模拟   选择性   颗粒外形设计  

摘要： “双碳”目标下,乙烷催化脱氢制乙烯作为一条低成本、环境友好型的非石油化工路径,具有广阔的发展前景。本文通过建立床层-颗粒耦合模型和颗粒分辨的反应器模型分别进行反应操作条件的优化和催化剂颗粒外形的设计。结果表明,提高入口温度、减小空速和增加入口压力都有利于提高乙烷转化率,但同时会导致床层温升的增加而降低乙烯的选择性,最优的操作条件为633K的入口温度、2000h^(-1)的空速及1.25bar(1bar=10^(5)Pa)的入口压力。基于优化后的反应操作条件对四种不同的堆积结构(球形、圆柱、拉西环和三叶草)进行比较,发现球形和拉西环堆积结构分别有着最高和最低的反应器温升(31K和12K),最高和最低的乙烯收率(48.6%和43.6%),其中三叶草堆积结构因其能在维持较高乙烯收率的同时有效控制反应器温升,最适合乙烷氧化脱氢反应。

关键词： 质子交换膜燃料电池   装配误差   压缩变形   数值模拟  

摘要： 基于三维有限元数值模拟方法,采用ANSYS中的燃料电池模块,针对双极板(BPP)装配误差引起的接触应力分布不均匀性问题,研究了其对质子交换膜燃料电池(PEMFC)性能的影响。通过建立金属双极板/膜电极组件(MEA)的参数化三维有限元模型,分析了在同一装配压力(2 MPa)下,不同装配误差下气体扩散层(GDL)的压缩变形、孔隙率分布及接触电阻的变化规律。结果表明,装配误差会导致GDL厚度与孔隙率分布不均,其中肋下区域的压缩变形和孔隙率降低尤为显著,最大孔隙率降幅达37.1%。接触电阻随装配压力增大呈下降趋势,但装配误差增大了接触应力的波动性。此外,装配误差改变了流道截面积,导致气体流速分布的非单调变化,并加剧了水蒸气局部积聚。极化曲线表明,在0.2 mm误差工况下,电流密度最高,但功率密度因传质效率下降而衰减15%~20%。

关键词： 金属C形密封圈   有限元分析   压缩回弹性能  

摘要： 通过有限元分析软件ABAQUS建立了金属C形密封圈的有限元模型,得出了C形密封圈压缩回弹性能的主要影响因素和变化规律并与试验结果进行了对比验证。研究了金属C形密封圈合金层厚度、开口尺寸、材料、温度等参数等对其力学性能的影响,获得了适宜的变形范围以及接触宽度、接触应力值变化规律。研究了自紧及非自紧安装模式下金属C形密封圈性能的受力情况,表明自紧安装具有较好的力学性能,而非自紧安装对力学性能影响较小。

关键词： 纳米颗粒   氨水   精馏   吸收式制冷   热质传递  

摘要： 利用Fluent软件对氨水板式精馏塔内气液两相流和添加纳米颗粒后的气液固三相流进行数值模拟,研究不同变量对氨水精馏的影响。结果表明,入口气速较小时,气液间物质传递效果较好,精馏过程较为理想;气速较大时,气液两相混合不均匀,出口氨气体积分数波动较大。改变初始氨气体积分数后,出口氨气体积分数显著提升。加入不同质量分数的纳米颗粒后,出口氨气体积分数随时间变化趋势几乎一致,均为短暂波动后上涨并趋于稳定;纳米颗粒质量分数过高会对精馏过程造成一定负面影响。

关键词： 急倾斜多矿脉   岩移角   多元线性拟合   数值模拟  

摘要： 针对急倾斜多矿脉地质条件下传统岩移角确定方法的局限性,提出了一种基于临界散体柱理论与数值模拟的综合分析方法。以河南发恩德矿区沙沟采区为研究对象,通过工程类比、理论分析及数值模拟,深入研究了急倾斜多矿脉开采对岩移角的影响规律,揭示了岩移角与矿脉距离、矿脉数量及矿体倾角的非线性关系,并建立了相应的经验公式。结果表明,矿区岩移角范围为69°~78°,临界散体柱高度占比为15.8%~20.7%;结合临界散体柱高度与岩移角动态修正模型,优化保安矿柱的圈定方案,使得资源利用率提高至82.3%;基于理论计算及工程实践结果,提出了多矿脉耦合作用下岩移角的动态修正模型,突破了传统单矿脉类比法的适用边界,为类似复杂急倾斜多矿脉的安全开采提供了有力依据。

关键词： 主梁架设   高低腿龙门吊   力学特性   数值模拟  

摘要： 以中开高速公路工程为项目依托,采用有限元方法建立了高低腿龙门吊结构三维数值模型,基于该模型研究了空载及主梁架设过程中高低腿龙门吊结构的应力与位移特点,并分析了不同工况下高低腿龙门吊结构最不利构件出现的位置。

关键词： 热镀锌铝镁   数值模拟   流动   传热  

摘要： 在带钢连续热镀锌生产中,锌液的流动状态、温度分布对产品质量有着非常重要的影响,而锌液的流动状态及温度分布与带钢及锌液的各参数设置密切相关。以某连续热镀锌铝镁锌锅为研究对象,采用数值模拟方法,使用流体力学计算软件Fluent建立锌液流动传热数值模型,与现场提供的测温点对比验证了模型的准确性,并研究不同参数设置对锌锅内锌液流动、传热的影响规律。结果表明:增加带钢速度能提高锌液温度分布的均匀性,但也增加了卷入渣相的可能性;入锅板温过低时,热量输入较少,加大了感应加热器的加热压力,而入锅板温过高使铁元素溶解度升高、渣相增多,不利于镀锌工作;锌液初始温度能显著影响锌液温度分布,锌液初始温度设定在450~460℃时,锌液温度分布更均匀,有利于镀锌。

关键词： 采空区   治理方案   地压   数值模拟  

摘要： 某黄金矿山最高开采中段为1 258 m中段,目前标高818 m以上的矿体均已开采完毕,开采最低标高为218 m,开采深度超过1 000 m,存在潜在的地压危害。矿山留存采空区数量众多,受叠层采空区影响,垮冒风险高;浅孔留矿法开采留有大量的矿柱,矿石资源损失量大。提出了5种采空区处理方案,并通过理论分析和数值模拟等方法,对复杂多层采空区治理技术方案进行了研究;充分对比分析了各采空区处理方案的综合处理成本、安全性、适应性、优缺点。结果表明:矿山现阶段可采取废石回填、隔离封堵与自然冒落联合处理采空区,待充填系统建设完成后,可增加胶结充填处理方式治理采空区,以保障井下安全生产。

关键词： 液体火箭发动机   燃烧不稳定性   数值模拟   理论建模   机器学习  

摘要： 在液体火箭发动机燃烧室内,由于声波、湍流以及非稳态热释放三者之间形成的正向反馈回路,热-声不稳定性会引发具有强破坏性的大振幅声学振荡,对发动机的稳定运行构成严重威胁,甚至可能导致灾难性后果。针对日益增长的低成本、高可靠性的可重复使用发动机的研制需求,未来的先进发动机可能会面临新的热-声不稳定性问题。对液体火箭发动机背景下的热-声不稳定性研究进行了综述;系统梳理了与典型发动机结构与工况类型相关的热-声不稳定性机理;介绍了热-声不稳定性理论预示方法,包括热-声解耦后的线性方法与非线性方法;探讨了以高保真大涡模拟为代表的热-声不稳定性耦合求解方法;介绍了热-声不稳定性研究的新进展,包括数据驱动的动力系统理论与同步性理论以及AI赋能的热-声不稳定性预示方法等关键技术与科学问题。未来研究重点包括:开展发动机极端工作条件下低温推进剂的燃烧与火焰动力学行为研究;发展液体火箭发动机热-声不稳定性的非线性预示方法,进而对极限环以及触发等典型的非线性现象进行理论建模;发展高效、准确的跨/超临界流体物性计算方法,高压强湍流条件下的湍流燃烧模型,耦合大涡模拟算法的跨/超临界流体热-声不稳定性数值模拟方法;基于数据驱动的动力系统理论和同步理论分析方法,对液体火箭发动机热-声系统中典型的非周期性动力学状态进行判别,揭示非周期性热-声不稳定性的形成机制;发展AI赋能的热-声不稳定性预测方法,结合迁移学习和微调策略,解决真实发动机的小数据量难题,形成液体火箭发动机快速、有效的热-声不稳定预示方法。

关键词： 季节冻土区   地下水与地表水交互作用   冲洪积孔隙含水层   数值模拟   葫芦沟流域  

摘要： 中低纬度高寒山区蕴藏着丰富的淡水资源,对于向中下游地区供水具有至关重要的保障作用。季节冻土区松散沉积物是连通山区和河流的重要通道,其地下水与地表水交互过程显著影响该区域水资源的可利用性和生态系统的稳定性。为揭示高寒流域季节冻土区地下水与地表水交互机制,本文以祁连山葫芦沟流域季节冻土区为研究对象,结合该区域的水文地质条件、地下水位监测数据,利用GMS软件构建三维地下水流数值模型,对季节性融冻作用影响下地下水与地表水转化关系进行模拟和分析。结果表明:在冷季(1—3月、10—12月),季节冻土层的冻结状态阻碍了支流河段的水源补给,但由于季节冻土层分布的不连续,支流河段河床仍存在部分融区,使得地下水仍对东、西支河段河道径流有一定的贡献,且地下水向东、西支河段河道径流的总转化量分别为277188 m^(3)和105190 m^(3),其转化量与冲洪积孔隙含水层的补给区和排泄区之间的水力梯度呈正相关关系;在暖季(4—9月),支流河段获取到更多降雨和冰雪融水的水源补给,与地下水的交互关系已经转变为地表水向地下水转化,东、西支河段河水渗漏补给地下水的总转化量分别为625343 m^(3)和1030669 m^(3)。无论是在冷季还是在暖季,地下水均是葫芦沟流域出口河道径流的主要贡献者,其贡献量和贡献比例随着季节变化,与冷季(90.12%)相比,暖季地下水的贡献量更大,但其贡献比例更低(65.76%)。本文研究成果可为高寒山区的径流形成机制及其对气候变化响应规律研究提供理论基础,对于寒区流域水资源科学管理与合理开发利用、社会经济可持续发展具有一定的现实意义。