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关键词： LBM-BGK方程   过渡流区域   努森数   介尺度   数值模拟  

摘要： 建立了适合模拟过渡流高Kn数条件下的热流逸现象的LBM-BGK方程，并修正了松弛系数和速度滑移边界条件，将温度阶跃考虑到速度滑移边界条件中，采用D2Q9模型模拟了长直微通道内空气在过渡流态时的温度、压力、流线、速度分布情况。结果表明：随着Kn数增大，微通道中心处空气的温度和压力分布将发生畸变，由线性分布转变为非线性分布，同时纵截面处流线由相互平行变为不断波动，即流场的随机性逐渐增强；Kn数增大意味着空气处于更稀薄的流态，此时压力差也更大，即越稀薄的流态对于提升压力差越有利；Kn数越大，微通道中心处空气的无量纲速度增长幅度就越显著地低于壁面处，速度滑移效应更明显；在高Kn数区域，无量纲斜率均值φ跟Cercignani的结果更接近。模拟结果对介尺度流动和稀薄气体动力学领域具有一定参考价值。

关键词： 复杂流动   姿轨控喷流   喷流干扰   流场特性   数值模拟  

摘要： 反作用控制系统受气动环境影响小，可在大空域范围内稳定提供大过载，大幅提升机动能力，是一种有效提高飞行器机动性能的方式。本文针对类AIT（Advanced Interceptor Technology， 先进拦截技术）的锥柱裙外形，采用计算流体力学数值模拟方法，开展了典型飞行条件下姿轨控喷流耦合干扰流动特性的研究，分析了姿轨控耦合干扰流场特征参数（弓形激波高度、分离距离、低压区长度、分离周向角）随飞行高度、马赫数、攻角的变化规律。研究结果表明：姿轨控耦合干扰流场的特征参数随飞行条件的变化存在差异，且随飞行高度的变化尤为明显；相同飞行高度条件下，轨控流场特征参数随马赫数、攻角的变化规律相近；受轨控喷流的影响，姿控流场特征参数随飞行条件的变化规律更为复杂。

关键词： 超临界水气化   数值模拟   多相流   流化床  

摘要： 超临界水气化技术可将煤、生物质等废弃物清洁高效地转化为富氢燃气，推进该技术的工业化应用有望加速实现双碳目标。反应器是该技术的关键部位，研究其内部流动和传热机理对反应器的放大及工业化应用具有重要意义。基于欧拉双流体方法对超临界水反应器内的两相流特性进行了数值模拟研究，得到了流化床反应器内颗粒的分布特性，获得了温度等操作条件对流化床特性的影响规律，明晰了温度和颗粒属性（粘度、粒径、密度等）对床层膨胀的影响机制。

关键词： 龙窑   坡度   数值模拟  

摘要： 龙窑是一种依山而建的窑炉，受其坡度的影响，窑内温差较大，成品率较低。本文通过对复原的4种坡度不同、水平长度相同的古代龙窑在烧窑头时的数值模拟研究，对比、分析其内部温度场、速度场的变化情况。结果表明，在该长度下，龙窑截面温差、温度标准差从窑头到窑尾呈先增加，后减小的趋势；坡度较缓时，抽力不够会导致较大的窑内温差；坡度最合理的是模型1，其前、中、后段坡度分别为20°、15°、11°，占窑床水平长度的比例分别为18.67%、41.07%、40.26%。

关键词： 移动龙卷风   大跨度桥梁   风场模拟   风致振动   流线型箱梁  

摘要： 基于龙卷风场理论解析模型，发展了桥址区移动龙卷风场快速模拟方法。对目前结构龙卷风荷载建模所采用的风速分解法和等效攻角法两种主要简化解析方法进行了介绍及分析。以龙卷风数值风洞结果为基准，利用上述两种简化解析方法开展大跨度桥梁流线型箱梁风荷载模拟，研究了不同方法所得龙卷风荷载展向分布及时程特征。开展了移动龙卷风冲击作用下流线型箱梁的动力响应时域分析，对比了风速分解法和等效攻角法在桥梁龙卷风效应计算方面的适用性。研究结果表明：风速分解法仅考虑竖向风速对升力的贡献，而未考虑竖向风速对扭矩的贡献，利用其分析得到的竖向位移偏大，而扭转位移偏小。等效攻角法得到的结构响应与数值风洞结果变化趋势相似，可为桥梁抗龙卷风设计与运维提供参考。

关键词： 绿色屋顶   分层土   雨水滞留   HYDRUS-1D软件   水文性能  

摘要： [目的]提高绿色屋顶的雨水滞留能力（RRC）已被认为是城市雨水管理的一个重要组成部分，基质层作为绿色屋顶的重要结构，研究分层土基质对绿色屋顶RRC的影响机制，能对绿色屋顶的设计产生积极影响。[方法]建立分层土和两个材料配合比不同的单一土壤的绿色屋顶模型，利用HYDRUS-1D软件反解模块得到分层土的水力参数。通过四个月的干湿循环，研究三种模型的RRC、通过模拟来研究初始含水量、饱和含水量等因素对分层土绿色屋顶RRC的影响并对这些参数进行敏感性分析、通过模拟研究不同暴雨重现期下分层土绿色屋顶的RRC。[结果]结果显示，分层土的RRC分别比单一土壤高了5%和1%；分层土具有更高的峰值排水减少和更长的峰值排水延迟；土的初始含水量、饱和含水量、渗透性、上下两层土的深度比会对分层土绿色屋顶的RRC产生一定影响，饱和含水量的影响最大；土壤表面最大蓄水深度为10 mm时，不同暴雨重现期下绿色屋顶表面径流峰值分别削减了22%、15%、14%和12%。[结论]研究结果表明，分层土的RRC比单一土壤高，有较好的水文性能。为了使分层土绿色屋顶有更好的水文性能，其基质层应采用高渗透性的上层土和低渗透性的下层土，同时两层土的深度比要在一个合理的范围内。暴雨条件下允许土壤表面积水入渗可以有效削减峰值径流，推迟表面径流时间。

关键词： 桥梁工程   腐蚀疲劳   近场动力学   多场耦合   数值模拟  

摘要： 桥梁高强钢丝在服役期间易受腐蚀-疲劳耦合效应影响。鉴于传统连续介质力学在处理裂纹等位移不连续问题以及多场耦合建模方面的局限性，本文采用多场耦合的近场动力学建模方法，构建了高强钢丝腐蚀疲劳的数值分析模型，以模拟钢丝腐蚀疲劳失效的全过程，并深入探究恒电位、应力幅和加载频率对腐蚀疲劳行为与破坏形态的影响。研究结果表明：所建立的模型能够精准模拟钢丝腐蚀疲劳失效全过程，数值分析得到的裂纹扩展模式、破坏形态与试验结果高度一致；不同恒电位会导致不同的腐蚀疲劳寿命与破坏形态，当恒电位超过-550 mVSCE时，结构的腐蚀疲劳寿命显著下降；在腐蚀与疲劳的耦合作用下，即使在较小的应力幅下，钢丝也会在较短的时间内发生腐蚀疲劳破坏；不同恒电位下钢丝的S-N曲线仍符合Basquin公式的特征，恒电位会显著影响S-N曲线在对数坐标下的斜率和截距；加载频率对钢丝的腐蚀疲劳寿命有显著影响，加载频率与应力幅较低时，腐蚀的影响更为突出；恒电位、应力幅和加载频率共同决定腐蚀与疲劳的耦合效应，在钢丝腐蚀疲劳寿命评估中应考虑腐蚀疲劳耦合作用的影响。

关键词： 轨道阱   质谱仪   质量分辨   数值模拟  

摘要： 静电场轨道阱（Orbitrap）因其独特的电场构型可以稳定囚禁带电物质并精确分析质荷比，成为备受青睐的高分辨质谱分析装置，在化学、生物学等领域发挥着重要作用。Orbitrap中的电场由纺锤形曲面电极形成，实际电极的结构缺陷会极大影响其质量分辨能力。本研究提出一种分析静电场轨道阱质量分辨率的方法。在此基础上，通过有限元模拟仿真分别建立了标准型和强场型2种结构模型，通过调整实际电极的轴向截断长度、外电极劈裂大小以及入射孔等结构参数，研究其对分辨率的影响。结果表明，强场型轨道阱比标准型具有更好的分辨效果；有限轴向长度对分辨率造成的影响在一定长度下可忽略不计；随着外电极劈裂增大，分辨率显著下降；此外，离子入射孔的存在使轴向电场出现非对称效应，这一效应也会降低质量分辨率，且轴向宽度大小对分辨率更敏感。本研究对静电场轨道阱质谱仪技术发展与设备优化具有指导意义。

关键词： 不规则三流中间包   数值模拟   流场   温度场   流间一致性  

摘要： 各流连铸坯的稳定性和一致性是采用不规则中间包三流连铸工艺中的关键问题。通过耦合标准k-ε模型、DPM模型、质量传递和热量传递模型，建立了计算不规则中间包内停留时间分布（RTD）曲线的数学模型，并对其在吹氩气幕挡墙和“V”形多孔挡墙控流装置作用下的流场及温度场进行了研究。研究通过数值模拟，对比了原型中间包、气幕挡墙中间包和“V”形多孔挡墙中间包，分析了不同控流措施对不规则中间包三流出口间流动一致性、RTD特性及温度分布的影响。通过云图和矢量图展示的流速分布以及示踪剂分布结果表明，“V”形多孔挡墙中间包、气幕挡墙中间包和原型中间包的流动性能依次递减。根据RTD曲线的计算结果，原型中间包、气幕挡墙中间包和“V”形多孔挡墙中间包的平均停留时间分别为692.8、673.1、725.2 s；死区比例分别为20.4%、24.8%、14.9%；峰值标准偏差分别为1.97、1.19、0.266；进出口平均温差分别为11.32、14.10、10.81 K。因此，“V”形多孔挡墙中间包优于原型中间包和气幕挡墙中间包，更有利于夹杂物的去除和三流连铸坯质量的一致性。

关键词： 矿井直流电法   超前探测   数值模拟   双孔观测   视电阻率   水害防治  

摘要： 【意义】矿井直流电法是一种高效的地球物理探测技术，可用于识别并圈定地下电性异常区，是探测掘进工作面前方含导水构造的重要手段之一。【方法】结合煤炭开采中的探放水钻孔，借鉴地面跨孔直流电阻率CT法的观测系统，设计了一种双孔直流电法超前探观测系统。采用COMSOL软件进行数值模拟，建立均质全空间模型，并以低阻球体模拟富水区。设计了钻孔与掘进方向夹角分别为22.5°、30°和45°的单孔测深、双孔透视和双孔跨越3种观测系统，通过模拟获取全电位矩阵，并计算视电阻率及反演成像，对比不同观测方式和角度对低阻球体勘探效果的影响。【结果和结论】(1)当异常体位置固定时，钻孔与掘进方向夹角变大，视电阻率曲线趋于平缓，极值点不明显，难以识别低阻球体的影响范围；夹角越小，曲线越容易出现极大值和极小值，异常响应更显著。(2)数值模拟的反演结果显示，夹角越小，低阻异常区的位置与球体位置越吻合，电阻率值更接近预设值，其中，双孔跨越式观测装置效果最好。(3)水槽物理模拟的反演结果表明，当双孔夹角变小时，从单孔测深、双孔透视到双孔跨越装置，随着采集数据量的增加，勘探效果逐渐变好。这与数值模拟的结果一致，进一步证明了观测系统的可靠性，为巷道掘进中的超前探测提供了新的技术指导。