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关键词： 催化裂化沉降器   操作参数   设备机械故障   跑剂异常   数值模拟   异常诊断  

摘要： 沉降器内部异常的气固两相流动状态会影响装置的分离能力，造成催化剂大量跑损，严重影响装置长周期安全稳定的运行。本文采用CFD模拟的方法考察装置原料处理量变化、催化剂循环量变化以及分离系统出现磨损穿孔、堵塞等机械故障时装置内部气固两相流动、传热和分离过程，并建立一种沉降器跑剂异常诊断的方法。研究结果表明，沉降器操作参数改变时装置内气固含量发生变化，顶旋入口条件偏离正常运行范围时，装置会出现阵发性的跑剂异常；沉降器发生设备机械故障时，内部出现窜气、短路流等异常气固流化状态，进而影响装置内速度、温度和压力分布，导致顶旋的分离能力急剧降低，装置出现持续性的跑剂异常。基于沉降器跑剂机理和数值模拟结果，建立了针对沉降器操作参数改变和设备机械故障跑剂的诊断方法，并通过工业实例证实了该方法的准确性。本研究为沉降器跑剂问题的预防及应急处理提供理论支持，有助于更好地辅助催化裂化装置高效运行。

关键词： 孔隙尺度   复合相变材料   蓄热性能   Kelvin骨架   数值模拟  

摘要： 为了提高相变材料（PCM）的蓄热性能，以满足大功率电子设备的高效散热，本文以Kelvin胞状结构作为骨架，在边长为40 mm方腔内对孔隙率为0.97的金属泡沫复合相变材料（MFCPCM）进行了孔隙尺度的融化模拟。从融化速率、自然对流形式、温度均匀性以及蓄热性能等方面探究了单位长度胞体数（CPL）对MFCPCM融化过程的影响。结果表明，Kelvin结构可以显著增强PCM的热性能，与纯石蜡相比，CPL=4的完全融化时间可缩短31.7%，最大温差降低了64%，蓄热效率是纯石蜡的1.09倍。但随着CPL增加，Kelvin结构对MFCPCM热性能的强化效果不断衰减。此外，不同CPL下PCM内部融化导致的自然对流和传热机制存在明显区别。随着CPL增大，PCM内部循环回路逐渐由三角形往梯形转变，温度均匀性得到明显改善，内部传热速率不断提高。因此合理设计具有不同CPL的MFCPCM有望实现均匀高效的融化蓄热过程。

关键词： 废弃矿山   边坡稳定性   植生孔   数值模拟  

摘要： 针对在高陡岩质边坡生态修复研究时经常忽略稳定性的问题，本文以十堰市郧阳区某废弃矿山为例，探索“先稳坡再生态修复”的递进式方法。首先通过设计分层开挖方案对YP01高边坡进行整形，利用PFC2D软件模拟开挖后的边坡位移、应力分布及裂隙演化，研究边坡开挖后的稳定性。在确认边坡稳定的基础上，借助COMSOL Multiphysics软件，研究不同成孔角度（30°～70°）植生孔在降雨与高温蒸发条件下孔内基质土的水分变化特征，结合植生孔的施工成本探索适合研究区植生孔生态修复的最优成孔角度。结果表明：边坡分层开挖后最大位移为0.3055 m，裂隙数量减少15%，应力集中得到显著缓解，开挖后边坡可保持稳定状态，满足后续生态修复的需求；植生孔成孔角度增大可提升降雨接收效率，但也会加剧水分的蒸发，同时还会增加施工成本；结合研究区年蒸发量（1547 mm）高于降雨量（824 mm）的特点，并考虑工程的经济性，最终确定最优成孔角度为45°，为YP01高边坡植生孔生态修复的成孔角度的选取提供理论指导，也可为类似气候与地质条件的矿山生态修复提供参考。

关键词： 掺氢天然气管道   大涡模拟   传热传质   变异系数   热疲劳   流态优化  

摘要： 【目的】掺氢天然气管道存在氢气与天然气入口温度不同的现象，温差引起的热波动会缩短管道寿命，且现有研究为常规湍流模型下的传质特性模拟。通过大涡模拟揭示掺氢天然气管道的混合规律，可为优化管道设计、提升安全性与混合效率提供理论依据。【方法】基于ANSYS Fluent构建T型掺混管道模型，借助大涡模拟（Large Eddy Simulation， LES）精确捕捉流动过程中的湍流特性，使用k-ω湍流模型得到初始化数据后进行瞬态计算，系统分析不同工况下的混合特性。研究注氢位置（水平、顶侧垂直、底侧垂直）、管径比、掺氢比对传质效果的影响，以及注氢位置、掺混流态（壁面射流、偏转射流、撞击射流）对传热效果的影响。通过变异系数量化混合均匀度，结合无量纲温度及热应力模型评估热混合效果与疲劳风险。【结果】在传质方面，垂直底侧注入受益于浮力效应，可以在最短距离内混合均匀；主管与支管管径比在4:1～5:1时混合效率最优；掺氢比超过15%会提高氢脆风险。在传热方面，底侧垂直注入可以实现高效热混合，但管壁附近热波动强烈，需注意近壁区防护；撞击射流虽然能促进温度混合却会缩短管道寿命，偏转射流可在安全性与混合效率间取得平衡，壁面射流的热混合效果最差。【结论】工程设计中推荐底侧垂直注入方式，管径比设置为4:1～5:1，掺氢比≤15%，混合段长度预留≥15 D（D为主管道直径），并优选偏转射流以降低热应力，注意混合段下游0.5 D～6 D的管壁保护。研究结果可为掺氢天然气管道的安全设计与高效运行提供了关键参数指导，对推动氢气规模化输送具有重要工程意义。

关键词： 长江-鄱阳湖   河流交汇   密度流   数值模拟   二次流  

摘要： 长江-鄱阳湖系统是世界上典型的大型江湖系统，其交汇处是控制系统水文水动力过程和物质输移的关键节点。江湖来流的温度差异引起的密度差作用，使其水动力过程和物质掺混极其复杂。为进一步研究温差驱动的密度流对该交汇处水流结构与掺混特征的影响。基于长江鄱阳湖现场监测数据，建立长江-鄱阳湖交汇河道三维水动力数值模型，对不同密度差条件下交汇处的水动力与掺混过程进行模拟。研究结果表明：长江鄱阳湖交汇处的剪切层向密度较高的一侧倾斜，随着两汊水流密度差的越大，剪切层倾斜越明显。长江密度小于鄱阳湖时，交汇处形成一股顺时针单螺旋结构二次流，反之则形成一对反向旋转的双螺旋结构二次流。密度效应增强了低密度流体在水面附近对高密度流体的侵入作用，当长江密度高于鄱阳湖时，对掺混产生促进的作用，反之则抑制掺混。该研究对增加长江-鄱阳湖江湖关系、泥沙运动与污染物扩散等的认识具有重要意义。

关键词： 道路基础设施   细观数值模拟   混凝土耐久性   氯离子侵蚀   冻融循环   多物理场耦合  

摘要： 混凝土的氯离子侵蚀和冻融循环劣化是道路基础设施面临的两大主要耐久性问题，基于数值模拟方法全面分析多物理场耦合作用下混凝土内部的水分迁移、离子传输和热传递过程，明确混凝土在不同因素影响下的劣化规律，深入理解氯离子扩散过程与冻融循环劣化机制，对于预测混凝土的使用寿命具有重要意义。本文在混凝土抗氯离子侵蚀和抗冻融循环耐久性研究的背景下，阐述了氯离子扩散理论和混凝土冻融循环劣化机制，论述了细观数值模拟方法在混凝土抗氯离子侵蚀和抗冻融性能方面的应用。基于氯离子吸附效应、不同条件、对流效应总结了氯离子传输行为的细观数值模拟研究成果。通过考虑细观结构特征、热-水-力学耦合模型归纳了冻融循环作用下混凝土的数值模拟研究现状，重点分析了引气气泡对混凝土抗冻融性能的影响规律，揭示了冻融循环与氯离子侵蚀对混凝土的双向耦合作用机理。依据细观数值模拟技术综述了混凝土抗冻融和氯离子侵蚀的耐久性评价方法，以期为混凝土结构的寿命预测及耐久性设计提供一定参考。

关键词： 气溶胶颗粒   晶圆沉积   标准物质   数值模拟  

摘要： 【目的】晶圆表面检测系统（scanning surface inspection system,SSIS）是半导体生产过程中质量控制的核心设备，其性能需通过晶圆标准物质（standard wafer, SW）进行校准。为了实现国内研发仪器的自主校准，迫切须要开发符合校准要求的SW，解决SSIS设备的国产化率不足的问题，更好地开展晶圆标准物质的研究和应用。【方法】开发一套发生-沉积系统，用于制备SW；该系统采用差分电迁分级器筛选所需粒径的颗粒物样品，扫描电迁移率粒径谱仪统计粒径分布；通过沉积原理分析，改良沉积室物理参数，利用数值模拟的方法对实验操作的结果进行验证，研究颗粒沉积的控制条件对均匀沉积与沉积效率的影响。【结果】在粒径为100～300 nm时，统一的沉积室物理参数能够实现相似的沉积效果，而对于粒径为40～70 nm的颗粒，须采用不同的沉积室设计；旋转使得沉积斑点面积增加26%，沉积效率降低10%；沉积均匀性会受旋转相对位置影响；相同条件下，粒径单分散性与流量-时间比负相关；热泳可以提高沉积效率但会显著影响校准的使用。【结论】使用该发生-沉积系统制备的晶圆标准物质，粒径可溯源，数量分布满足SSIS校准需求。

关键词： 管片接头   正弯矩   循环加载   力学性能   数值模拟   损伤累积  

摘要： 为了探究正弯矩循环荷载对管片接头力学性能的影响,以某地铁线单层衬砌管片接头为研究对象,建立了三维精细化的盾构管片接头数值模型,在与已有单向正弯矩下管片接头力学破坏试验对比验证的基础上,开展了单向正弯矩循环加载下管片接头全过程破坏数值模拟,研究了管片接头破坏模式、滞回、骨架、刚度退化以及耗能能力等循环力学性能,并进一步探讨了轴力和螺栓预紧力对管片接头循环力学性能的影响规律。研究结果表明:(1)管片接头在单向正弯矩循环加载作用下的破坏过程可划分为五个阶段,即弹性段、塑性硬化段、承载力第一次下降阶段、平台段及二次下降破坏段;(2)循环加载显著降低了管片接头的承载能力,并存在明显的强度与刚度下降等损伤累积特征;(3)轴力减弱了接头滞回曲线的捏拢效应,提高了峰值弯矩及延性性能,而螺栓预紧力对接头滞回曲线捏拢效应影响较小,并会降低接头峰值弯矩和提高接头延性性能。

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。