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关键词： 离散单元法   多级碎屑流   数值模拟   冲切铲刮效应  

摘要： 在强震、极端降雨等动力荷载作用下，前缘坡体的失稳滑动会引起后续坡体的抗滑能力显著降低，进而诱发连锁式次级滑坡，形成多级碎屑流运动致灾。为探究沟道多级碎屑流动力过程及其演变规律，本文采用离散单元法对不同地形条件下的多级碎屑流运动及堆积过程开展数值试验，重点探讨沟道坡度和摩擦系数对颗粒运动速度、铲刮效应、下游来沙过程及堆积形态的影响。计算结果表明：首次来沙时，碎屑流运动持续时间随二级坡度和摩擦系数的降低而显著延长；颗粒运动速度及动能随二级坡度的增大呈现递增趋势，却与摩擦系数呈负相关关系；颗粒平均势能随二级坡度减小而增大，但其对摩擦系数的敏感度相对较低；下游断面的泥沙补给质量整体表现出先升后降的单峰型变化规律，且峰值强度沿流程方向逐渐降低。再次来沙时，受铲刮效应影响，颗粒运动速度及动能较首次来沙明显下降，颗粒输移持续时间大幅缩短，动能下降率显著提升；基底颗粒运动速度及位移随摩擦系数的降低和二级坡度的提高而增大；各断面泥沙补给强度与首次来沙相比均出现系统性衰减。在堆积特征方面，首次来沙时，二级坡度增大与摩擦系数降低协同驱动堆积轮廓由近似扇形向近似椭圆形转变。再次来沙时，前期形成的松散基底受后续颗粒推挤产生侧向扩展效应，同时基底物质的阻滞作用使堆积宽度较首次来沙进一步增大。此外，当二级坡度增大或摩擦系数降低时，堆积体横向扩展范围与纵向延伸距离同步增加，而堆积厚度相应减小。

关键词： 中长周期波浪   斜坡式防波堤   波浪压力   SPH  

摘要： 针对海上丝绸之路沿线工程中的中长周期波浪对斜坡堤作用显著但现有规范公式适用性不足的问题，本研究采用光滑粒子流体动力学方法，基于DualSPHysics开源软件针对水深为7～8 m，波高为1～3 m，周期为10～44 s范围内的中长周期波浪与斜坡堤相互作用的场景，建立了1?20缩尺数值水槽模型进行模拟，系统分析了中长周期波浪与斜坡堤相互作用的动力特性。研究发现中长周期波浪作用于斜坡时斜坡表面最大正负压力的分布特征与短周期时一致，最大正压力出现的位置在静水位以下0.8倍波高范围内。此外，中长周期波浪作用于斜坡时，斜坡表面最大正压力随着波浪周期的增大先迅速增大，然后基本持平。对于不同水深与波高，产生该现象的波浪周期拐点并不完全一样，可采用衡量波浪非线性程度的厄塞尔数Ur来判断波浪最大正压力系数Pmax/ρgH的变化趋势：当50≤Ur≤150时，Pmax/ρgH随Ur的增大而迅速增大；150≤Ur≤200时，Pmax/ρgH随Ur的增大略有增加；Ur≥200时，Pmax/ρgH随Ur的变化不再显著，整体持平。中长周期波浪作用下斜坡受到的最大波浪正压力Pmax主要由该处的水体厚度决定，而对水体厚度影响较大的是波浪最大爬高值，因此中长周期波浪的爬高能力变化趋势较大程度影响了Pmax随波浪周期的变化趋势。最后，本文提出了一个中长周期作用下斜坡上最大正压力的计算公式，计算结果与模拟结果基本吻合。

关键词： PVB中空夹层玻璃   抗爆设计   协同工作机制   场地爆炸试验   数值模拟   动态荷载分配系数  

摘要： 本文结合场地爆炸试验与动力非线性有限元模拟，系统研究了框支式PVB（聚乙烯醇缩丁醛）中空夹层玻璃在远场爆炸作用下的响应特征与协同工作机制。采用LS-DYNA软件建立了考虑面板-中空腔耦合作用的有限元模型，通过与场地爆炸试验结果对比进行验证。通过系统参数分析，明确接触协同承载、非接触协同承载和迎爆面独立承载三种典型的受爆协同工作模式及其荷载分配特征。提出吸能差异系数、面板能量占比系数和位移比例系数三个用于定量表征内、外侧面板荷载分配特性的特征参数，并建立了其与爆炸超压及冲量、面板尺寸和中空腔尺寸等关键因素的关系。进一步提出了玻璃面板-中空腔刚度比的无量纲参数，研究表明位移比例系数η3对比例爆距不敏感，而与刚度比正相关，且当玻璃面板-中空腔刚度比小于0.6时，面板间协同工作性能较好。最后，提出并验证了一种基于动态荷载分配系数的框支式中空夹层玻璃抗爆设计简化方法，该方法在比例爆距4.3～10.8m/kg1/3、面板宽厚比大于125、中空腔宽厚比大于83的范围内具有较高精度。

关键词： 岩溶地区   抽水蓄能电站   重力坝   渗控系统   防渗帷幕   渗透坡降  

摘要： 某抽水蓄能电站下水库所处岩溶环境复杂,为此建立三维渗流分析有限元模型,对库区主要建筑物和岩溶通道进行模拟,采用“坝基防渗帷幕深度为0.5倍坝前水头、两岸防渗帷幕深度为3 Lu线以下3 m、右岸防渗帷幕长度为200 m、设置单排帷幕”作为初步渗控方案,对库区渗流场、渗透坡降及渗透量进行计算分析,发现初步渗控方案满足规范要求,但渗流量和渗透坡降接近临界值。为优化渗控方案,基于初步渗控方案,改变两岸帷幕深度、坝基帷幕深度、右岸帷幕长度、设置双排帷幕4项指标,研究各指标变化对库区渗透量的影响,提出优化渗控方案。分析结果表明,初步方案基础上,在坝基处布置双排帷幕,坝基渗透流量减少267.3m3/d,库区渗控效果显著。

关键词： 井壁-罐道结构   三相耦合   罐道缝   水头   数值模拟  

摘要： 针对热-流-固三相耦合作用下矿区井壁-罐道结构,采用数值模拟与现场监测相结合的方法,创新性地提出用梁杆系结构“节点位移差”来表征罐道缝位移,系统分析温度与水头变化对结构协同变形的影响。结果表明:温度升高使井壁最大竖向压应力增长24.35%,罐道梁轴向压应力减小25.63%,导致罐道梁由向下弯曲转为向上弯曲,整体呈现热膨胀变化趋势;水头降低使井壁最大竖向应力约增加了5倍,罐道轴向压应力增幅为24.45%,井壁挤压变形引发罐道梁分层弯曲;6种工况下,温度升高与水头降低导致井壁竖向应力增幅为21.1%、20.9%、19.6%和16.4%、14.2%,罐道轴向压应力随水头的降低而增大,温度升高则使井壁剪应变增幅略有减弱;靠近井壁测点3AA45罐道缝竖向位移受三相耦合影响最大。数学模型表明,疏水作用对罐道缝竖向位移的影响为温度作用的3.63倍。研究结果可为井壁-罐道结构的安全提供重要参考。

关键词： 微通道   流动沸腾   非均匀热流   传热   数值模拟  

摘要： 为了开发适应非均匀热流的高效热管理技术，采用数值模拟的手段研究了非均匀热流下微通道的流动沸腾特性，揭示了热点位置对微通道传热特性的影响机制，探究了非均匀热流下入口流速和过冷度对传热特性和压降的影响。结果表明，随着热点位置沿着流动方向从上游移至下游，微通道的传热系数和温度标准差不断提高。当热点在下游时，微通道的传热系数和温度标准差甚至比均匀热流条件下的更大，但出口端易于出现局部高温区域。增加入口流速可以提高传热系数，使温度标准差先下降后上升，但会显著增加压降。增加入口过冷度会延迟核态沸腾的发生，提高传热系数并降低压降和温度标准差。因此，适当提高流速和过冷度可以提升微通道在非均匀热流下的传热性能和温度均匀性。

关键词： 转炉   底吹   混匀   水力学试验   数值模拟  

摘要： 转炉炼钢过程中底吹元件堵塞对熔池动力学条件及冶炼效率具有显著影响。针对配备6支底吹元件的100 t顶底复吹转炉，采用水力学试验和数值模拟的方法研究了不同元件堵塞对熔池搅拌与混匀行为的影响。结果表明，水力学试验与数值模拟混匀时间吻合良好，平均误差为11.3%。底吹流量对混匀时间的影响存在临界值，分布在0.48～0.60 m3/h范围内。底吹流量过大会导致熔池剧烈晃动，当底吹流量由0.48 m3/h增加到0.72 m3/h以及0.84 m3/h时，瞬时液面波动最大值由34.1 mm增加到54.6 mm以及92.1 mm，底吹气体能量碰撞耗散加剧，熔池混匀效率降低。为了量化表征熔池示踪剂扩散分布，反映熔池的混匀效率，提出了示踪剂混匀指数Itracer的概念。通过分析熔池湍动能、湍动能耗散率、速度矢量图以及三维流线图，部分元件堵塞加强了熔池钢液在水平方向的流动循环趋势，打破了相对独立的搅拌子区之间的屏障，增强了熔池的整体混匀效果。此外，底吹元件堵塞会改变熔池炉底和炉衬的侵蚀分布，炉底侵蚀严重区域集中在畅通元件与炉衬之间。对于对称布置，炉衬侵蚀严重区域集中在畅通元件临近的区域；对于非对称布置，炉衬侵蚀严重的区域集中在堵塞元件临近的区域。本研究对于实际转炉底吹工艺的控制和炉衬耐材的维护提供了理论参考价值。

关键词： 水滴冻结   沿程冷却法   冰风洞   传热传质   数值模拟  

摘要： 为了解决冰晶生成的技术难题，采用沿程冷却法对水滴相变成冰晶的过程进行了数值模拟，以确定冰晶生成的具体位置、范围，即进行冰晶结冰模拟试验的试验段。冰晶在随气流运动过程中会与周围空气发生热/质传递，其直径、温度和速度等参数变化显著。本文基于沿程冷却的方法，加入相变判断准则，研究了不同条件下冰晶沿程参数变化的规律。研究结果表明冰风洞稳定段入口风速增加时，试验段内部的风速大幅增加。进口风速为10m/s、15m/s和20m/s的条件下，试验段内部的结冰比例相对较高，均达到了0.9以上。在环境温度为233.15K和223.15K时，水滴在x=2.3m附近已完全冻结成冰晶。随着水滴直径的增加，试验段内部沿程不同截面上的总水含量逐渐降低，水滴开始结冰的位置沿运动方向增加。

关键词： 三分汊河道   分流特性   水流结构   数值模拟  

摘要： 为满足支汊河道泄洪和灌溉需求,掌握三分汊河道水流分流特性有重要实际意义。基于数值模拟和物理模型试验,对不同分汊角度下三分汊汊口的水位变化、流速分布和流量分配特性进行研究。结果表明,对于三分汊河道,分汊角度越大,支汊流速越小,变角度一侧的支汊分流量逐渐减小,固定角度一侧的支汊分流量和主汊分流量逐渐增大;基于量纲分析,得出考虑各汊进口弗劳德数的三分汊河道分流比计算式。经验证,计算式对三分汊河道支汊分流比的预测精度较好。

关键词： 水孔式结晶器   扰流杆   数值模拟   对流传热系数   传热综合性能评价因子  

摘要： 为提高连铸结晶器的冷却效果，研究者们相继提出了各种水冷结构优化设计及强化传热手段。针对水孔式结晶器的强化传热问题，提出在水孔内加装扰流杆的设计方案，通过传热试验与数值模拟相结合的方法对水孔壁面对流传热系数进行定量化表征，同时评估了加装扰流杆结构后水孔式结晶器铜板强化传热综合性能效果。结果表明，在结晶器铜板热面均匀加热热流为1 MW/m2、冷却水流量为20～40 m3/h的条件下，加装扰流杆的改进方式使得冷却水孔壁面对流传热系数平均增加了4.33 kW/(m2·K)，结晶器铜板的传热效率提高了11.26%，有效改善了传热性能；加装扰流杆后冷却水流动阻力的增大导致强化传热综合性能评价因子小于1。本研究为通过强化结晶器通道湍流流动进而提升结晶器传热性能研究提供了重要的参考。