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关键词： 优势流入渗   膨胀土滑坡   离散孔隙-裂隙介质模型   数值模拟  

摘要： 文章将膨胀土滑坡中的降雨入渗简化为垂直的斜坡土柱模型，利用Richards方程基本理论，基于离散孔隙-裂隙介质模型，结合短时强降雨、长时弱降雨2种典型降雨工况，以不同裂隙深度为主要变量，从入渗过程、饱和度剖面、入渗率、表面压力、入渗量来探讨裂隙在发育演化过程中的优势流入渗特征。结果表明：（1）裂隙处，降雨在裂隙末端形成暂饱和区，随后向裂隙两侧水平入渗，饱和方式为由下向上饱和；无裂隙处降雨主要沿土柱表面向下垂直入渗，为由上向下饱和。（2）短时强降雨作用下，随着裂隙深度增加，优势流控制着降雨入渗的过程，入渗量和入渗深度与裂隙深度呈正比，入渗深度与裂隙深度基本一致。（3）长时弱降雨作用下，优势流入渗效果减弱，优势流现象产生较慢，降雨沿裂隙入渗速度与在基质孔隙入渗速度基本一致，入渗主要表现为沿土柱表面向下的垂直入渗。

关键词： 反应动力学   数值模拟   储氢反应器   换热效率  

摘要： 钛系储氢合金因其高室温体积储氢密度、快速吸放氢响应、低吸放氢压力、资源丰富及优异的可逆性，成为储氢领域的重要研究方向。然而，目前针对钛系金属氢化物储氢反应器吸放氢速率调控机制的研究较为有限。为优化吸放氢性能，本研究设计了一种便于拆装和填料的高换热性能钛系金属氢化物储氢反应器，并基于压力-组成-温度（P-C-T）曲线拟合TiFe0.8Mn0.2的吸放氢动力学参数，建立了流动、传热和化学反应多物理场耦合的三维仿真模型，准确模拟了不同温度条件下的吸放氢动力学行为。基于该模型，系统研究了氢气进出口压力、隔板间距、换热流体入口温度和流速等关键参数对吸放氢性能的影响。结果表明，在氢气进口压力为3MPa、初始孔隙率为0.4、冷却流体温度为15℃的条件下，饱和吸氢后反应器的体积储氢密度可达55.4g/L，在无量纲时间为0.219时金属氢化物分数达到0.95，具有较高的能量密度和较快的反应速率；在氢气出口压力为0.3MPa、加热流体温度为70℃的情况下，反应结束时放氢量达到饱和吸氢量的88.6%，无量纲时间为1时放氢量为84.8%，为大型储氢装置的设计提供了重要指导。

关键词： 内陷形微通道   数值模拟   对流换热   结构优化  

摘要： 为克服传统微通道传热性能受限问题、实现强化传热，采用数值模拟方法，研究具有上部狭缝、下部凹腔的内陷形微通道单相流动传热特性，并探究凹腔直径、狭缝宽度、狭缝高度等结构参数对内陷形微通道流动换热性能的影响规律，实现内陷形微通道结构参数优化。结果表明：随凹腔直径、狭缝宽度增大，内陷形微通道传热性能均呈现增大趋势，而狭缝高度对内陷形微通道传热性能影响较小。微通道独特内陷形结构破坏了热边界层的正常连续发展，并引起节流效应使得凹腔内热边界层变薄，从而强化传热。随凹腔直径、狭缝宽度增大，其流动压降逐渐减小，而狭缝高度增大则导致流动压降趋于增大。以内陷形微通道换热、压降综合性能来考虑，优选凹腔直径0.9 mm，狭缝宽度0.4 mm，狭缝高度0.2 mm。为高性能微通道散热器提供了新的微通道结构形式，并为其设计与制备提供了依据和参考。

关键词： 过热器   管屏   流量偏差   氧化皮   数值模拟  

摘要： 针对锅炉过热器管束在服役过程中出现的爆管问题,基于超算平台对某电站锅炉末级过热器管屏进行了全三维建模和结构化网格离散,利用雷诺时均方法和拉格朗日双相耦合模型对过热器管屏内的蒸汽流动特性和氧化皮颗粒堆积行为进行了系统的数值模拟,探讨了负荷变化及氧化皮颗粒脱落对过热器管屏蒸汽流量分配的影响。结果表明:在未考虑烟气侧热偏差前提下,设置节流孔的管束蒸汽流量要比其他正常管束流量小5.63%～11.23%。同屏过热器内缠绕管(管束17)的流量偏差最大,达到6.3%。4个负荷工况下,同屏不同管束出口蒸汽流速差异在10.3%～11.7%,会导致不同管束输运氧化皮颗粒的动力产生较大差异。在不同管束氧化皮脱落工况下,当颗粒尺寸从500μm增大至2 000μm时,颗粒堆积概率增大15%～20%。4管同时脱落氧化皮工况下同屏各管流量最大正、负偏差均超过6.6%,需要在过热器设计过程中予以考虑。

关键词： U形梁-柱节点   无接触间接搭接   抗震性能   拟静力试验   数值模拟  

摘要： 为解决底筋锚入式连接节点核心区钢筋堵塞问题，本文提出一种装配整体式混凝土框架U形梁-柱节点，其U形梁的梁底纵向钢筋和腰筋不伸出梁端，分别与U形梁空腔内设置的附加连接钢筋和附加腰筋通过无接触间接搭接来代替梁底纵向钢筋和腰筋直接伸入节点核心区实现荷载传递。为研究该新型节点的抗震性能，对2个足尺梁柱中节点试件进行拟静力试验，包括1个新型节点试件和1个现浇对比节点试件。试验结果表明，所有试件均为“梁铰”机制破坏，新型节点试件表现出不弱于现浇对比节点试件的抗震性能；无接触间接搭接传力可行，较现浇对比节点试件梁下部应力由梁底纵向钢筋承担，新型节点试件转为附加连接钢筋承担。基于有限元软件ABAQUS建立了新型节点的精细化模型，数值模拟结果与试验结果吻合良好。参数分析表明，保证钢筋与混凝土粘结性能的情况下，改变附加连接钢筋无接触间接搭接长度和后浇混凝土强度等级对新型节点抗震性能无明显影响，提高附加连接钢筋直径可有效提高新型节点承载能力。

关键词： 露天矿山   预裂爆破   预裂孔间距   数值模拟  

摘要： 预裂爆破作为露天矿山边坡开挖中控制爆破损伤、保障坡面完整性的核心技术，能够有效提高边坡爆破质量，参数优化对工程效益具有决定性作用。针对露天矿山边坡爆破中存在的预裂缝贯通性差、坡面超挖等突出问题，以某露天矿山边坡爆破为工程背景，采用数值模拟与现场试验相结合的方法，探究不同预裂孔间距对边坡爆破效果的影响。基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件建立预裂孔孔深10 m，孔径150 mm，孔间距分别为1.0 m、1.3 m、1.5 m和1.7 m四种工况下的边坡爆破三维模型，研究了爆破后炮孔处应力演化和岩石的裂纹扩展规律。研究结果显示：预裂孔间距显著影响应力波叠加效应与裂纹贯通形态，预裂孔间距较小会导致炮孔间岩体产生过度破坏，并在台阶顶部和底部出现大范围损伤区域；随着炮孔间距增大，爆破对孔间岩体的作用减弱，应力叠加强度降低，导致预裂缝的贯通效果变差，难以形成有效贯通的预裂缝面；其中，1.5 m预裂孔间距下的预裂缝贯通效果较好，形态完整。选取1.5 m作为预裂孔间距开展现场试验验证，通过现场清点的方式进行预裂炮孔半孔率统计，采用Hovermap三维激光扫描技术进行平整度分析，结果显示：半孔率平均值达到92.1%，坡面凹凸间距在±0.1 m以内的点占比90%以上，应用效果较好。本研究可为类似边坡爆破工程提供参考。

关键词： 海洋下垫面   翼型   流动分离   气动特性   数值模拟  

摘要： 为探究海洋下垫面对近海面静态风机翼型气动特性的干扰机理，以NACA 0012对称翼型为研究对象，采用流体体积分数模型构建风浪-翼型耦合场，结合翼型升力系数时频特征和表面流场，分析不同风浪参数、翼型与静水面相对距离下的静气动特征，揭示近距离海洋下垫面对大攻角静态翼型气动特征的干扰机理。研究发现：海洋下垫面通过附加攻角β间接影响近海面翼型气动特性，与风场相比，风浪场中翼型的静态失速攻角减小，其减小量取决附加攻角平均值；海洋下垫面对翼型各流动阶段均存在干扰，但显著抑制了大攻角翼型涡的发展，导致前缘漂移涡与尾缘脱落涡发展的机制存在差异，前者是由海洋下垫面干扰引起的长周期高强度漂移现象，后者是由大攻角翼型自身的流动分离特性主导，表现为短周期低强度脱落，且风浪场翼型尾涡脱落频率均小于风场翼型的涡脱频率（0.537 Hz）；翼型距静水面30 m时，海洋下垫面的干扰效应显著减弱，出现独立的尾缘涡脱落频率0.43 Hz，且涡形态更复杂。本文研究对提高大型浮式风机安全性能具有一定的借鉴意义。

关键词： 大孔口水闸   温控标准   容许温差   容许最高温度   浇筑温度  

摘要： 大孔口水闸由于闸孔尺寸增大、混凝土底板及闸墩增厚，导致底板与闸墩之间相互制约增强进而减小了相互之间的变形协调性，易受外界环境温度影响，施工期和运行期间易产生超标拉应力，温控防裂形势严峻。大孔口水闸混凝土温控防裂首要任务是确定温度控制标准，然而我国现有水闸设计规范对水闸混凝土温度控制问题仅作了一些原则性规定而未对温控标准如何确定给出详细说明，为此水闸结构混凝土温控标准可参考混凝土坝相关规范进行确定。即首先提出水闸混凝土温度应力控制标准，再确定基础容许温差和上下层容许温差，结合水闸结构准稳定温度场确定施工期容许最高温度，最后拟定浇筑温度；水闸结构混凝土温度应力控制标准可采用安全系数法进行确定，建议其抗裂安全系数取值不小于1.30；应力约束系数取值可由本文给出的拟合公式计算得到。本文最后以赣江某大孔口水闸为工程案例，提出相应的温度控制标准，研究成果可为大孔口水闸工程温控标准制定提供参考。

关键词： 非线性耦合本构关系   磁流体   流动控制   热化学非平衡流动   数值模拟  

摘要： 针对高速等离子体在磁场中的复杂非线性流动问题，由于连续介质理论的N-S方程已不再适用，本文通过耦合非线性耦合本构方程和Maxwell电磁场控制方程，结合Park TTv双温度模型和Park11组分化学反应模型，建立了低磁雷诺数高速磁流体热化学非平衡数值模拟方法。基于高速等离子体圆柱扰流算例的数值模拟，研究了偶极子磁场对高速磁流体控制的影响机理，重点分析了磁场的存在以及磁感应强度的大小对等离子体流场结构的影响。研究结果表明：磁场将会显著影响高速等离子体流场结构，磁感应强度增大，带电粒子所受洛伦兹力增强，导致弓形激波脱体距离增大，当B0=3T时，激波脱体距离增幅达452.38%；驻点热流变化受磁感应强度、来流高度、来流马赫数共同影响，当H=80 km时，加入磁场后热流降幅达45.55%；此外，磁场对高速磁流体热化学非平衡效应影响较为显著，主要体现在波后N2的离解程度和近壁面的复合反应等方面，而对O2的离解过程影响不大。

关键词： 同轴射流   冲击性能   打击力试验   水膜   数值模拟  

摘要： 为了获得低压工况下同轴水-水射流喷嘴几何参数和速度比对射流冲击性能的影响规律，基于正交试验方法设计了9种不同方案的同轴喷嘴，开展了高速摄影试验，分析了同轴射流冲击平板形成的水膜，并进行了射流打击力试验；采用VOF-CSF耦合模型对水膜进行数值模拟，揭示了优化后同轴喷嘴冲击性能得到改善的本质原因。研究结果表明，在总流量为6L/min条件下，内外喷嘴的相对位置对射流打击力有显著影响，内喷嘴厚度的影响最小。随速度比增加，多数喷嘴的打击力时均值会减小。在内喷嘴流量不变条件下，同轴水-水射流冲击平板形成的水膜半径实验数据与模拟结果较为吻合，水膜内部出现大量气泡，且随速度比增加，膜内流动紊乱性先增加后减小。喷嘴优化前后对比结果显示，相同速度比条件下的同轴射流具有相似性，且优化喷嘴模型展现出更好的射流集束性，更有利于将动能转化为压力能。研究结果对低压同轴射流喷嘴的优化设计以及工业应用都具有重要的借鉴意义。