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关键词： 粉末燃料超燃冲压发动机   硼粉燃料   掺混燃烧   凹腔结构   直连试验   数值模拟  

摘要： 本文针对硼粉燃料在超燃冲压发动机燃烧室内的燃烧流动特性，开展了典型工况下的（25 km，Ma =5.5）直连试验与数值仿真研究，获得了乙烯先导火焰条件下，硼粉燃料在发动机燃烧室内的燃烧特性。结果表明，在1.5 g/s乙烯先导火焰存在的条件下，硼粉燃料能够在超燃冲压燃烧室中实现点火和燃烧，本文研究中硼粉燃料在燃烧室的稳定工作时间达到8 s。与单纯喷注乙烯燃料相比，乙烯与硼粉同时喷注时，燃烧释热使燃烧室凹腔位置的压力数值上升30.9%，扩张段压力测点数值平均上升20.8%。本文实验条件下，硼粉燃料的燃烧效率达到58.3%，颗粒的集中燃烧释热主要位于燃烧室凹腔区域，如何在有限的燃烧室空间内提升颗粒的燃烧效率是需要解决的关键难题。

关键词： 围岩变形   初支开裂   机理分析   数值模拟   控制技术  

摘要： 针对复杂地层中隧道开挖时围岩变形与初支开裂控制问题,采用数值模拟与现场监测分析方法,以某在建隧道穿越破碎灰质泥岩地层时初支、二衬开裂为背景,通过优化施工工法与参数,同步采用围岩注浆和加强支护结构刚度等措施对隧道病害进行整治。结果表明,辅以围岩注浆和加强初期支护整体刚度的同时通过缩短开挖进尺(D=1.2 m),在保证施工进度的同时围岩变形可得到良好控制,拱顶沉降与水平收敛变形分别稳定在170.52 mm和99.81 mm,围岩与钢拱架最大内力分别为430.26 kPa和33.02 kN,保证了隧道结构稳定与施工安全。研究成果可为类似工程设计与施工提供理论指导和借鉴。

关键词： 蓄放热特性   电动汽车   数值模拟   复合相变材料   供热系统  

摘要： 热储能装置(TES)在寒冷气候条件下对提升电动汽车行驶里程和降低能源消耗具有显著作用。本研究旨在制备一种新型的复合相变材料（CPCM），引入膨胀石墨（EG）来增强三水醋酸钠（SAT）和十二水合磷酸氢二钠（DHPD）复合物的导热及安全性能。采用数值模拟方法评估基于CPCM的TES应用于电动汽车供热系统的供热效果，分析了入口风速、环境温度和不同蓄热材料对电动汽车供热性能的影响。研究表明，EG的添加显著提高了CPCM的热传导能力，有效减小了液态SAT的泄露问题。CPCM作为储热介质在TES中表现出更高的热能释放效率，其出风温度和瞬时供热负荷均优于纯SAT，显著提升了TES的放热性能。将该TES应用于EV供热系统中，当入口风速从10m/s增大到12m/s时，车内空气温度达到人体舒适温度的时间缩短10%，环境温度从2℃升至5℃时，达到人体舒适温度的时间从48.5min缩短为5.5min。研究结果为电动汽车供热系统的优化设计提供了新的视角和方法。

关键词： ANSYS/LS-DYNA   聚能爆破   数值模拟   流固耦合   不耦合装药  

摘要： 研究了聚能爆破在硐室开挖光面爆破中的应用。根据聚能射流的基本原理，提出了一种弧形聚能装药结构（ASCB）。建立了弧形聚能爆破数值模型，并与锥形药包聚能爆破（CSCB）进行了比较。结果表明，ASCB比CSCB炸药消耗少43.4%，有效装药率比CSCB高25.97%。当冲击波到达炮孔壁时，ASCB的冲击波比CSCB的冲击波更集中，有利于在聚能方向形成初始裂纹。ASCB施加在炮孔壁聚能侧的压力比CSCB高6.26%，而施加在非聚能侧的压力比CSCB低37.34%。ASCB在聚能方向产生的裂纹长度约为CSCB的两倍。结果表明，ASCB的聚能爆破效果优于CSCB。上述研究成果为定向预裂爆破提供了一种新的方法。

关键词： 潜水泵   数值模拟   多目标优化   高维混合模型   模型试验  

摘要： 为研究高维混合模型在潜水泵叶轮优化设计中的适配性及权重系数对叶轮优化设计的影响，以比转数为87的某型潜水泵为研究对象，基于构建的SVR-HDMR模型和遗传算法进行多目标优化，分析了不同扬程和效率的权重系数对泵内流特性和叶轮出口速度的影响，并对计算结果进行试验验证，试验与计算的误差在5%左右．结果表明：3种优化方案均能提升泵性能，其中扬程和效率权重系数均为0.5的方案效果最优，可使泵内流动损失显著降低，有效改善流场紊乱程度，同时提高叶轮出口绝对速度周向分量并降低湍动能，最终实现扬程提升1.20m、效率提高1.80%的优化效果．研究结果对导叶式离心泵设计具有重要参考价值．

关键词： 钢包精炼   底吹CO   底吹动力学   搅拌能   气泡   流场   钢渣界面   数值模拟  

摘要： 中国钢铁行业面临碳减排的严峻挑战，其低碳化转型需求极为迫切。行业亟需通过技术创新优化工艺流程，以应对国家“双碳”战略目标下的减排压力。为此，通过数值模拟系统分析了钢包底吹CO2替代传统Ar作为搅拌气体的可行性及其动力学行为。基于搅拌能方程理论计算，发现当CO2完全参与脱碳反应时，其理论最大搅拌能可达Ar的2倍，搅拌能为11.9W，可显著增强熔池流动性与夹杂物去除效率，但在实际工况下还需考虑反应效率的影响。通过构建180 t钢包多相流模型，系统分析了透气砖夹角、中心距离及吹气流量等参数对钢液流场、湍动能分布及钢渣界面行为的影响。结果表明，当双透气砖夹角为135°、距底部中心距离为0.5R（R为钢包半径）、底吹流量为550 L/min时，钢液流场均匀性显著提升，钢液“死区”面积较传统布置减少44%，渣眼面积缩小33.5%，卷渣风险降低至Ar体系的1/3。此外，CO2的弱氧化性通过脱碳反应生成CO气泡，促进夹杂物异相形核与上浮去除，同时降低耐火材料侵蚀速率与气体成本。结果验证了CO2在钢包精炼中的技术经济优势，为钢铁工业低碳化转型提供了理论依据与工艺优化方向，具有重要的工程应用价值。

关键词： DNAPLs   激发极化   砂柱实验   数值模拟  

摘要： 重非水相液体（dense non-aqueous phase liquids, DNAPLs）具有低溶解度、强挥发性和高致毒性等特点，修复难度较大.精确掌握DNAPLs的污染范围是合理设计修复方案的前提.非侵入式的激发极化法在污染场地表征方面有着很大的应用潜力.然而，目前对于DNAPLs的激发极化信号变化影响因素较多，通过实验室测量获取电信号通常耗时耗力，且数据测量噪声大，难以对污染范围进行精细刻画和表征.本研究通过砂柱批实验对DNAPLs污染土壤的电信号响应规律进行系统梳理，并提出一种基于数值模拟的DNAPLs污染砂柱的电信号响应分析方法.实验结果显示电解液电导率和水饱和度均与相位负相关，与电导率正相关.电解液电导率升高，引起孔隙水电导率的增加，双电层厚度被压缩，离子迁移率下降，极化强度降低.随着水饱和度的增加，相位值降低，电导率值增加.由于多孔介质内孔隙水的连通性增强，导电性增强，离子的迁移路径连续，电荷极化受阻，极化强度降低.相位值和电导率值都随着粉土含量的增加而升高，因为通过阳离子交换增强了表面电导率和极化效应.依托COMSOL Multiphysics与MATLAB平台，提出非饱和状态下的多孔介质复电导率模型，系统开展孔隙网络复电导率模拟，以验证和扩展实验结果.提出的复电导率模型实现了电信号的数值模拟，在不同电解液电导率、水饱和度和土壤类型下的模拟结果与实验结果趋势一致，并改进了砂柱测量噪声大、耗时长的缺点，计算的结果呈现更好的数据可对比性.本研究通过实验室测量与数值仿真相结合的方法，针对DNAPLs污染问题开展多维度研究.研究结果不仅为DNAPLs在多孔介质中的赋存形态、迁移路径及其空间分布特征的精细化刻画提供了理论与方法支撑，更对构建基于非侵入式技术的DNAPLs污染场地识别-监测-修复一体化技术体系具有重要的科学价值与工程实践指导意义.

关键词： 全贯流泵   马鞍区   径向间隙回流   数值模拟   模型试验  

摘要： 为了研究径向间隙回流对全贯流泵装置马鞍区流动特性的影响。本文利用数值模拟与模型试验结合的方法，通过改变径向间隙宽度的大小来控制径向间隙回流，对径向间隙回流宽度在1mm、2mm和4mm时全贯流泵装置马鞍区特性进行了对比分析。结果表明：随着间隙宽度增大，泵装置进入马鞍区运行的流量点向大流量偏移。间隙宽度增大会加剧叶轮进口轮缘区域轴向速度下降，扰乱叶轮进口流态，同时回流区范围逐渐扩张。该流动特征进一步引发叶轮室内高压区受到压缩，导致脱流涡范围扩大以及涡结构数量的增多，使得泵装置提前进入马鞍区运行。叶轮进口压力脉动受叶片旋转影响，脉动主频为3倍转频，间隙宽度减小会增加脉动幅值。较小间隙宽度能降低叶轮径向合力，但会加剧叶轮瞬态轴向力和径向合力的非稳态波动特征。本研究可为全贯流泵装置马鞍区提前机理研究、拓宽全贯流泵装置高效运行流量范围及改善马鞍区运行稳定性提供参考。

关键词： 浮筒叠梁组合闸门   无级调节   分层取水   流激振动  

摘要： 在水利工程的分层取水领域，现有取水设施存在难以获取表层水、操作频次高以及检修维护难度大等弊端，制约了取水效率与质量。鉴于此，本文创新性地提出一种具备无级调节功能、取表层水效果优异且能大幅减少叠梁操作次数的新型浮筒叠梁组合分层取水闸门结构。本研究以藻渡水库工程分层取水闸门为研究对象，提出了分层取水口总体布置方案，分析了浮筒叠梁组合闸门的运行原理，并对叠梁门与浮筒结构进行了设计计算。运用有限元分析方法系统深入分析浮筒结构的强度和刚度，同时通过模态分析并与水流压力脉动频率进行对比，研究其产生耦合振动的可能性。研究结果表明浮筒结构的强度和刚度满足设计要求，流激振动可能性低，证明了结构的安全性与可靠性。本研究成果可广泛应用于大中型水库灌溉和取水口分层取水，也可用于电站进水口分层取水，可为类似分层取水工程提供借鉴，具有良好的社会效益和经济效益。

关键词： 三通管   冲蚀磨损   数值模拟   正交试验   蒙特卡洛  

摘要： 针对浆体管道中三通管冲蚀机理不明确，提出了一种基于蒙特卡洛（MC）与稠密离散相（DDPM）的冲蚀数值模型，模拟浆体输送过程中铁精矿对管道造成的冲蚀磨损行为，并分析不同因素对三通管的冲蚀影响。首先，构建了一种基于蒙特卡洛的冲蚀模型，采用数值模拟的方法结合公开数据集验证模型的准确性；然后，通过正交试验，分别采用DDPM模型和MC-DDPM模型探究了管道结构因素（管径、支管夹角、管径比）和流体因素（流速、粒径、颗粒质量流量）等因素对管道冲蚀的综合影响；最后，通过控制变量，分别采用DDPM模型和MC-DDPM模型分析了管道结构因素（管径、支管夹角、管径比）和流体因素（流速、粒径、颗粒质量流量）等单一因素对管道冲蚀的影响。研究结果表明，所提出的MC-DDPM数值模型误差降低了9.13%，不同因素对浆体管道三通管件的冲蚀磨损的影响程度从大到小排序依次为：管道直径、颗粒质量流量、入口流速、支管夹角、管径比、颗粒粒径，研究结果可为浆体管道的设计提供理论依据。