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关键词： 可再生能源   质子交换膜水电解   操作工况优化   数值模拟   多物理场仿真  

摘要： 使用数值模拟和仿真方法对质子交换膜（Proton Exchange Membrane， PEM）水电解槽进行研究。为优化电解槽的操作工况，建立了三维PEM电解槽考虑电化学反应、流体流动、传热及两相流的多物理场仿真模型，量化了电流密度、入口水温、入口水流速等操作工况对电解槽过电位和运行工作电压的影响。增大电流密度引起工作电压升高，低电流密度下(1.0 A/cm2)，极化损失占主导；高电流密度下(2.0 A/cm2)，欧姆和浓差损失的贡献提升。升高温度和增大流速都有助于降低工作电压，同时调整水温和流速，流速≤0.2 m/s时，工作电压最小值对应的最佳水温为60 ℃；水流速>0.2 m/s时，最佳水温为70 ℃。

关键词： 渗流特性   防渗墙设计   埋深比   位置偏移   数值模拟  

摘要： 针对深厚覆盖层土石围堰渗流控制中传统对称防渗墙设计存在的渗流出口集中、逸出坡降超标等问题，提出了非对称布置与埋深比协同优化方法，通过有限元数值模拟与渗流特性分析，揭示了防渗墙位置偏移与埋深比对渗流路径及逸出坡降的调控机制。结果表明，防渗墙上游偏移布置能以轻微渗流量代价换取渗透稳定性显著提升，防渗墙埋深比对渗流特性控制具有显著非线性效应；在防渗墙埋深及位置偏移协同效应中，上游偏移通过水平渗径优化降低坡降，埋深增加通过垂向截流减小流量，二者协同实现经济性安全性双重指标。

关键词： 同步辐射   熔焊   增材制造   熔池   原位表征   数值模拟   人工智能  

摘要： 同步辐射技术凭借其高亮度、高时空分辨率及强穿透性优势，为熔焊与金属增材制造中熔池内部动态信息的实时表征提供了革命性手段。本文系统综述了同步辐射技术在熔池气液界面动态、固液界面演化、金属流动行为、气泡行为等关键领域的应用进展。研究表明，同步辐射技术可突破传统表征手段的时空分辨率与穿透深度限制，揭示熔池内部多物理场耦合机制及缺陷形成规律，为工艺参数优化与数值模型验证提供高精度实验基准。此外，人工智能与同步辐射技术的结合显著提升了数据解析效率。然而，现有技术仍面临时空分辨率不足、多模态协同性有限及全生命周期观测缺失等挑战。未来，随着第四代同步辐射光源的普及、多模态联用技术的开发以及人工智能的深度赋能将推动该技术向全周期、多尺度、高保真方向发展，为熔焊与金属增材制造工艺优化与工业应用提供更强支撑。

关键词： 地震动反演   地铁车站   非线性时程分析   土-地铁车站结构相互作用   数值模拟   中柱层间位移角  

摘要： 为了研究场地条件对地震响应的影响，本文基于OpenSees 软件构建土-地铁车站结构有限元模型，基于一维波动理论进行地震动反演，将地表及反演后地震动调幅至0.1g从基岩输入有限元模型中进行动力时程分析，研究反演前后地震动下地铁车站结构地震响应。结果表明：顶层高度范围内的土体剪切变形在无速度脉冲和速度脉冲地震动分别作用下均大于底层高度范围内的土体剪切变形，反演后土体最大剪切变形比反演前分别减少了20%和16%；反演后比反演前地铁车站的响应变化幅度小，反演后，顶层中柱的最大层间位移角比反演前分别降低了1.32%和7.86%；底层中柱的最大层间位移角则分别下降了约1.31%和7.00%；反演主要对短周期范围的加速度反应谱产生影响，表现为反演后的均值谱幅值降低。

关键词： 煤氨掺烧   掺氨方式   掺氨位置   NO排放   数值模拟  

摘要： 燃煤锅炉掺氨燃烧是实现火电行业源头规模化碳减排的有效途径，但氨气燃烧及污染物生成特性与煤差异巨大，如何高效清洁掺烧是当前国内外面临的主要难题。此外，我国煤氨掺烧试验与示范相较国外起步较晚，各研究机构对其研究成果与核心技术处于封锁阶段，至今仍缺乏针对大型燃煤锅炉掺氨燃烧较为系统的运行指导方案。针对上述问题，以某1000MW墙式对冲燃煤锅炉为研究对象，利用Fluent商业软件开展了20%和40%掺氨比例（热量基准）下的燃烧数值模拟，旨在探明最佳的氨气掺烧方式、位置以及燃烧器组合方式。首先，在20%掺氨比例下考察了氨气与一次风混合方式对锅炉燃烧及污染物排放的影响，结果表明将一次风作为燃尽风并采用氨气非预混掺烧方式能够显著提升氨气着火稳定性，同时抑制炉内燃料型NO转化并降低NO排放。其次，对20%掺氨比例下（停运一台磨煤机）的掺氨位置进行数值模拟寻优，结果表明在中间层（B、E）掺烧氨气容易促进NH3向NO转化，导致NO大量生成，但从上（C）或者下（A、D）层掺氨则可避免在氨气燃烧器出口产生高NO区域，以降低NO排放。再次，对40%掺氨比例下（停运两台磨煤机）的掺氨位置组合方式进行了研究，结果同样表明应尽量避免从中间层（B、E）掺烧氨气，该掺氨比例下最佳的掺氨位置组合为A-C方式。最后，对不同掺氨比例下的排烟参数进行了比较，结果表明掺氨比例的提高将增大炉膛出口的热烟气体积流量及温度，因此受热面的兼容性改造将可能成为未来燃煤锅炉掺氨燃烧需要重点解决的新问题。

关键词： 超大直径盾构隧道   堤坝沉降控制   监测数据   数值模拟   流固耦合  

摘要： 为了合理地控制超大直径盾构下穿引发的堤坝沉降，基于济南某超大直径盾构下穿水库工程的监测数据，分析堤坝沉降的规律与特点，建立数值模型精细化模拟盾构下穿过程，对比数值模型的数值解与监测值，验证数值模型的合理性；进一步探究盾构机的切口水压、注浆压力、过渡段位置及堤坝两侧水位差等要素对堤坝沉降的影响，并结合工程施工情况，从切口水压、注浆压力、盾构掘进速度3个角度提出堤坝沉降控制措施。结果表明，在盾构下穿过程中，切口水压由 0.16～0.32 MPa增至0.3～0.5 MPa且在提前过渡距离即与堤角顶点水平距离为1.0H～1.5H（H为隧道埋深）处提前开始盾构掘进参数过渡的措施，可以在保持堤坝隆起变形较小的条件下，使堤坝沉降变形减小约40%，堤坝沉降控制效果较好。

关键词： 循环流化床   深度调峰   气固流动   燃烧   传热   数值模拟  

摘要： 随着电力生产供应绿色化不断深入，新能源发电占比不断增加，火电机组将向基础保障性与系统调节性并重的角色转型，超临界循环流化床（Circulating Fluidized bed，CFB）锅炉因其独特的灵活性优势需要承担深度调峰任务。为此，基于计算颗粒流体动力学（Computational Particle Flow Dynamics， CPFD）方法，以某350MW超临界CFB锅炉为研究对象，针对30%-90%范围的宽负荷工况条件，开展了炉内气固流动、燃烧以及传热特性的详细模拟研究。具体分析了不同负荷下炉内三维颗粒浓度分布、并联多回路流动均匀性、三维温度分布及水冷壁受热面传热系数分布规律，并探讨了NOx生成排放特性。结果表明：随着锅炉负荷的升高，循环流率增加，炉膛上部颗粒浓度增大，轴向S型物料浓度分布趋于平缓；同时，炉膛上下温差减小，温度分布均匀性增强，传热系数沿轴向衰减速率减小。在炉膛深度方向上，后墙壁面处颗粒浓度高于前墙，温度低于前墙，传热系数则高于前墙，且负荷越高，边壁与中心区的浓度差越大；宽度方向上，颗粒浓度、温度分布呈现较明显的对称性，但在炉膛中上部受水冷屏、过热器等悬吊受热面影响，各参数呈现波浪型分布。值得注意的是，中间分离器的气固质量流率低于两侧分离器，且“一分二”的返料阀结构导致并联回路流动均匀性降低；低负荷工况下，并联多回路间颗粒流动均匀性有所改善，但水冷壁各壁面的传热系数偏差却进一步增大。此外，沿炉膛高度方向，NOx浓度呈现先增加后减小的变化趋势；随着负荷的降低，NOx原始排放浓度呈现先减小后增加的特征，拐点大约出现在50%负荷左右。

关键词： 道岔融雪   尖轨   保温材料   加热效率   数值模拟  

摘要： 在使用电加热道岔融雪装置对道岔尖轨处进行融雪消冰的过程中，当电加热条安装在基本轨的轨腰时，热量会通过热传导的方式传递给基本轨外侧造成热量散失，导致加热效率不高。为提高尖轨处电加热道岔融雪装置的加热效率，提出在基本轨外侧安装保温材料的方法。以60kg/m钢轨12号道岔为研究对象，使用SOLIDWORKS和COMSOL Multiphysics软件分别建立安装有电加热道岔融雪装置的尖轨处道岔结构的几何仿真模型和有限元模型，并验证有限元模型的准确性；分析其传热过程和融雪过程；基于数值模拟探讨安装保温层的方案、保温层厚度以及适用地区。试验结果表明：使用在基本轨外侧1/2轨腰以下位置安装保温层的方案2和在基本轨外侧整个轨腰和轨坡安装保温层的方案3安装5mm厚的保温层使有效融雪区域温度分别升高6.41℃、6.40℃，积雪融化后水的体积占比分别升高6.47%、4.83%，即使用方案2和方案3安装保温层都可以提高尖轨处电加热道岔融雪装置的加热效率；两种方案增加保温层的厚度至10mm不会显著提高加热效率；在严寒地区、寒冷地区安装保温层后使有效融雪区域温度分别升高11.23℃、6.4℃，积雪融化后水的体积占比升高11%、7%，即在严寒地区安装保温层对提高加热效率的效果更好。研究结果为提高尖轨处电加热道岔融雪装置的加热效率和实际工程设计提供参考。

关键词： 地下水   咸水入侵   咸淡水交互带   数值模拟   电阻率层析成像   莱州湾南岸  

摘要： 为了探究咸淡水交互带空间分布和动态变化特征，基于莱州湾南岸典型剖面的地下水实测数据，建立二维变密度地下水数值模型，并采用电阻率层析成像法进行校正；选用咸淡水交互带宽度、咸水趾和2个典型监测井水头数据作为评价指标，分析不同地下水开采情景、极端气候情景下典型剖面咸淡水交互带动态变化特征。结果表明：在现状条件下，研究区地下水淡水区水位下降，卤水区水位上升，咸水入侵有所减缓并呈向海边后退的趋势；在不同地下水开采情景下，随开采量的增加，上部交互带宽度逐渐减小，下部交互带宽度快速减小到某一宽度后缓慢增加，咸水趾呈现向内陆入侵的趋势；在极端气候情景下，降雨补给使淡水区水头在初期上升后逐渐下降，而持续干旱导致淡水区水头持续下降，降雨量变化显著影响上部交互带宽度，且极端降雨情景对减缓咸水入侵的作用更为显著。

关键词： 圆端形钢管混凝土   局部腐蚀   短柱   轴压试验   数值模拟  

摘要： 为研究局部腐蚀对圆端形钢管混凝土（Round-ended Concrete Filled Steel Tube，RECFST）短柱轴压性能的影响，本文共完成11根RECFST短柱轴压试验，探究不同腐蚀率以及同一腐蚀率下不同腐蚀区域高度以及腐蚀深度等多种腐蚀参数对其轴压性能的影响。结果表明：非穿透型腐蚀试件破坏形态与完好试件类似，均呈现典型的斜剪破坏形态，局部腐蚀区域鼓曲明显，甚至出现开裂；穿透型腐蚀试件其穿透区域两侧钢管出现张口鼓曲，区域内混凝土呈现剥落现象，且其承载力与延性下降严重；在腐蚀率相同情况下，腐蚀深度对试件承载力的影响明显大于腐蚀区域高度的影响。通过ABAQUS建立RECFST轴压短柱的数值模型对试验结果进行模拟，分析了不同腐蚀参数下钢管与核心混凝土的应力分布情况。基于试验结果与理论分析，提出了局部腐蚀圆端形钢管混凝土短柱轴压承载力的计算公式，公式计算与试验结果吻合良好。