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关键词： 数值模拟   社会陆面模式第五版(CLM5)   蒸散发   气候变化   土地利用变化   归因分析  

摘要： 蒸散发是水文循环和能量循环的重要组成部分,在陆气间水热交互过程中发挥着关键作用。蒸散发的模拟及归因研究对气候变化、水资源管理、农业生产等具有重要意义。近几十年,中国区域气候和下垫面特征发生了显著变化,但这些变化对蒸散发的耦合影响及相对贡献仍缺乏清晰的认识。本研究基于陆面模式CLM5.0模型,利用长序列气候强迫数据和连续的土地利用数据集,构建了多情景控制试验,独立分离出气候变化与土地利用变化对蒸散发趋势变化的影响,分析了1983—2018年中国陆地蒸散发的时空变化格局,量化了气候变化和土地利用变化对蒸散发趋势变化的相对贡献。结果表明:(1)中国区域多年平均蒸散发为350.62 mm,变化趋势为1.59 mm/a,空间分布由东南向西北递减。(2)气候变化对蒸散发趋势的贡献超过70%,达到1.13 mm/a,占据主导地位;土地利用变化对蒸散发趋势的贡献为0.44 mm/a。同时,气候变化在全国67.6%的区域主导蒸散发增加趋势,在16.1%的区域主导减少趋势,而土地利用变化在15.6%的区域主导蒸散发增加趋势,几乎没有地区由土地利用变化主导蒸散发减少趋势。(3)全国83.7%的区域蒸散发趋势变化由气候变化主导,主要包括湿润区和西北干旱区,而华北平原蒸散发的剧烈增加由土地利用变化主导,该地区下垫面类型由草地向农田和森林转化。本研究揭示了中国陆地蒸散发的时空演变特征,明确了不同流域蒸散发趋势变化的驱动因素,可为变化环境下中国水资源的差异化管理和规划提供参考。

关键词： 复合地基   CFG桩   高层建筑   数值模拟  

摘要： CFG桩是处理软弱地基经济、有效的方式之一。研究基于某高层建筑工程项目,开展了一系列现场静载试验和数值模拟计算,分析了CFG桩单桩承载力和复合地基承载力变化规律,研究了CFG复合地基的群桩效应,并对主要影响因素进行了探究。结果表明,高层建筑软弱地基中采用CFG桩进行地基处理后形成的复合地基在承载力和沉降变形方面均表现良好,也具备一定的经济性。加载至405 kPa后,单桩复合地基沉降变形约为12.1 mm,复合地基承载力特征值超过200 kPa。在加载过程中,中心桩顶面沉降始终明显小于桩间土顶面沉降。存在群桩效应,群桩效应对复合地基产生了影响,群桩复合地基总体沉降量要大于单桩复合地基模拟结果。距径比增加,降低了面积置换率和桩体间的相互作用,桩顶沉降与距径比呈负相关关系。

关键词： 全氧高炉   顶煤气循环   CO_(2)浓度   炼铁过程模型   数值模拟  

摘要： 在顶煤气循环氧气高炉工艺中,炉缸喷吹煤气CO_(2)浓度如何定量影响高炉运行状态目前仍不十分明确。为此,在400m^(3)级全氧高炉操作条件下,采用数值模拟的方法,研究炉缸喷吹煤气CO_(2)浓度(1%~9%)对全氧高炉的影响。结果表明:①喷吹煤气CO_(2)浓度会明显影响全氧高炉的热状态,随着CO_(2)浓度的升高,全氧高炉由传统的“上冷下热”逐步向“上热下冷”转变,且软熔带位置逐渐升高;②随着炉缸喷吹煤气CO_(2)浓度的升高,燃料比显著升高,同时炉顶煤气利用率显著下降,炉顶煤气温度显著升高;③C0_(2)浓度每升高1%,燃料比平均提高约20kg/t,才能保证铁水温度达到1813K。

关键词： 救援站   火灾烟气特性   高海拔   数值模拟  

摘要： 目前铁路隧道内救援站火灾烟气蔓延特性的研究主要集中在平原地区,针对高海拔隧道救援站的研究成果较少。依托某典型双洞单线隧道加密横通道型的紧急救援站,针对典型火灾场景(20MW),利用火灾动力学软件PyroSim建立了不同海拔高度下隧道内救援站的数值计算模型,研究了隧道内救援站在0m、3000m、3500m和4500m时的烟气蔓延特性。结果表明在火灾初期,海拔高度越高,救援站烟气蔓延速度越快;在火灾稳定期,海拔高度越高,烟气充满整个横通道的横通道个数越少;火源位于事故隧道正中间时,火源正对的横通道最早被烟气侵入,其次最易被烟气侵入的是最远离火源的横通道。

关键词： 风光互补   集风结构   导流板   数值模拟   湍流动能  

摘要： 面向建筑屋顶分布式风能及风光互补能源利用的技术需求,提出并研究了一种新型风光互补系统的空间支撑框架。该框架通过配置导流板同时具有集风、稳流的作用,可显著增强小型垂直轴风力机的发电效率。首先采用理论分析方法,对空间支撑框架的集风效果及发电效率进行了分析。在此基础上,采用数值模拟的方法,分析了在不同风攻角下导流板间距、宽度对支撑框架内部气流速度、湍流动能的影响,并给出了优化参数。最后,采用风洞试验,对空间支撑框架作用下的小型风机发电性能进行了试验研究。研究表明,该空间支撑框架能够显著提高进入集风装置的气流速度,并降低内部空间湍流动能。当支撑框架配置间距D=0.53 m,宽度W=0.12 m的导流板时,可使风速增加约1.21倍,发电机功率提高约1.77倍。

关键词： 路基病害   地质勘察   边坡稳定性   支护设计   数值模拟  

摘要： 本文针对榕江县古州镇G321广成线部分路段路基病害展开研究。古州镇地势呈群山环抱状,2022年雨季强降雨致使该路段出现坡面滑塌、路基路面沉降裂缝等灾害,严重威胁公路通行与居民安全。经工程地质勘察,灾毁区地貌为低山河谷斜坡,地层有残坡积含碎石粉质黏土及元古界上板溪群清水江组板岩,地质构造无断层,岩体单斜产出。病害特征表现为边坡坡脚基岩出露、坡顶覆盖层厚且松散,多段边坡与道路出现裂缝、沉降等。其成因主要是岩石易风化、覆盖层厚、边坡开挖临空、降雨下渗及河水浸泡等,导致抗剪强度降低引发滑塌。通过赤平极射投影和理正岩土计算分析,自然状态下边坡整体有隐患,部分工况不稳定。本文利用MIDAS GTS NX模拟支护前后情况,结果显示支护效果显著,为贵州山区公路灾毁防治提供了重要参考。

关键词： 地铁火灾   火灾烟气   排烟口   数值模拟  

摘要： 地铁站台作为人员密集区域,一旦发生火灾,燃烧产生的烟气和热量会在短时间内大量积聚,难以迅速排出,对人员疏散构成严重威胁。采用PyroSim软件,分析了浙江省金华市某地铁站台火灾烟气蔓延过程中能见度、温度场及CO浓度等关键参数,研究了不同排烟口数量和列车门开启状态工况对火灾烟气流动和人员疏散的影响规律。研究结果表明,仅开启火源附近4个排烟口时,排烟效果最佳,最有利于人员疏散,在火灾热释放速率为1000 kW的情况下,开启4个排烟口时,疏散允许时间约为240 s。此外,相比列车不开门和仅开单边门的工况,开启两边列车门能够有效提高火灾现场的能见度,延长站台内人员疏散允许时间。

关键词： 质子交换膜电解槽   数值模拟   工作参数   性能评估   机器学习  

摘要： 提出了一种基于模拟的质子交换膜电解槽(PEMEC)制氢装置,并采用机器学习对装置进行预测对比分析。研究旨在寻找预测PEMEC性能的最优模型。建立了一个三维电解槽模型,改变电解槽的主要工作参数得到对其电流密度、氢气摩尔分数和温度的影响。以工作参数为自变量,三种评价指标为因变量输出数据集,对PEMEC性能进行相关性分析。采用六种不同预测模型来对PEMEC三种性能评价指标进行预测以比较得到精度最高模型。结果表明,电压是影响三个指标最重要性能因素,其相关系数分别为0.7456、0.6919和0.7664,其次是入口水温度和膜厚度。入口水流速对氢气摩尔分数也有一定影响。随机森林算法和经过遗传算法优化的反向传播神经网络是预测最优模型,其三个指标的决定系数分别为0.995、0.992、0.992和0.996、0.997、0.993。该研究提出了一种将智能算法与数值模拟相结合的方法,为在工程应用中优化PEMEC工作参数和选择最优模型提供了有价值的见解。

关键词： 挖入式港池   数值模拟   港池布局   上荆江河段   港池回淤  

摘要： 选取上荆江公安—郝穴河段南五洲右汊进口处规划的梓柳河挖入式港池作为研究对象,建立了基于非结构网格的平面二维水沙数学模型,对比研究了2种港池口门布局方案(大、小口门布局方案)对工程河段河床冲淤变化和港池回淤特性的影响,并为港池布局方案比选提供技术支撑。结果表明:大、小口门布局方案引起工程河段冲淤变化调整范围均较为有限;小口门方案下港池进口宽度较小,且港池上游侧壁与主流交角较小,对港池口门附近回流范围与回流强度的抑制作用相对大口门方案更优,港池口门附近回淤量及回淤强度较大口门方案均显著偏小,有利于局部河势稳定和后期运行维护。

关键词： 非恒定泄漏速率   泄漏扩散   模型实验   数值模拟   对比分析  

摘要： 为解决非恒定泄漏速率下气体扩散特性研究的难题,搭建泄漏速率可调的气体泄漏扩散实验系统,基于计算流体力学构建精细化数值仿真模型,结合模型误差评价指标厘清数值仿真结果和实验数据的相关性,并以数值仿真模型为基础探究泄漏气体的时空扩散特性。研究结果表明:所建立数值仿真模型对非恒定泄漏速率下气体扩散行为预测具有很好的适用性,并且考虑泄漏速率的变化能够更准确地预测不同时刻危险气体空间分布。研究结果可为科学预测油气开发过程异常泄漏事故后果提供支持。