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关键词： 密集型绿色屋顶   雨洪调蓄   SWMM模型   优化配置  

摘要： 随着城市化建设快速发展，城市生态环境遭到了破坏，建设可持续发展的生态城市已经成为了一项重要课题。本研究旨在评估密集型绿色屋顶在亚热带地区的雨洪调蓄性能，以优化城市雨水管理策略。研究采用现场试验和数值模拟相结合的方法，探究密集型绿色屋顶的雨洪调蓄性能。首先，通过模拟降雨试验，监测和分析雨洪调蓄性能指标。其次，基于南宁某住宅小区的实际工程设计参数，利用SWMM软件进行模拟，探究不同降雨重现期、不同绿色屋顶覆盖率和不同绿色屋顶分布方式下，研究区的水文效应与管网效能，得到研究区雨洪调蓄性能最佳的密集型绿色屋顶建设方式。结果表明：密集型绿色屋顶覆盖显著提升了小区的雨洪调蓄性能，当覆盖率增加至80%以上时性能提升趋于平缓。均匀分布式绿色屋顶在削减小区径流总量方面表现最佳，间隔组合分布式绿色屋顶则在峰值产流调控和减少小区管渠超载方面效果最优。

关键词： 湍流   边界层   等离子体激励   直接数值模拟   摩阻分解  

摘要： 物面摩擦阻力是未来空天飞行器总阻力的关键组成部分，减小湍流条件下的摩擦阻力对于提高飞行器气动性能、节约能源具有重要意义。近年来，基于表面电弧放电等离子体激励器因其结构简单、激励频带宽、响应速度快等优点，在高速边界层的主动控制方面已取得系列探索性进展，但是对于最基础的等离子体气动激励与超声速湍流边界层相互作用这一基础问题仍缺乏详细定量的研究。本文针对以上问题，通过采用唯象模型模拟等离子体气动激励，并直接求解Navier-Stokes方程研究了频率为50kHz的脉冲激励对Ma=2.9超声速湍流边界层流动结构、湍流统计量及壁面物理量的影响。结果表明，等离子体激励使得下游边界层内平均温度升高，平均密度降低，平均流向速度出现拐点，导致边界层外层出现Kelvin-Helmholtz剪切不稳定现象；对边界层内的雷诺应力和湍动能整体上均呈现减弱趋势；此外，激励对下游具有一定减阻效果，最大减阻率约为28.4%，主要原因在于湍动能生成的减小和分子粘性耗散作用的降低，而激励附近出现局部增阻，主要原因为诱导冲击波在边界层内产生的逆压梯度。

关键词： 固体氧化物燃料电池   氢气   多场耦合   数值模拟   性能优化  

摘要： 固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cells，SOFC）是一种高效的清洁能源装置。针对中温阳极支撑下氢气固体氧化物燃料电池，建立了数值模型，并充分考虑电化学、流体力学、热力学等多物理场耦合过程，对电池内部热源进行了分析，以了解操作和结构参数对SOFC性能的影响。将相关实验结果与模型数据进行对比，结果显示，在1023K的温度下，实现了0.9378 W cm-2的峰值功率密度，相比于923K温度，提升了约80.6％，增加电池长度半径（7.5mm～9.5mm）和阳极厚度（1.0mm～1.8mm），平均电流密度和峰值功率密度分别提升了12.1％和8.38％。研究结果为后续优化电池结构和操作参数来提高SOFC的性能奠定了基础。

关键词： 液固两相流   流型识别   动态模态分解   流体力学   数值模拟  

摘要： 液固两相流的自然现象极为常见，与人类的各种生产、生活过程息息相关。为避免管道内发生堵塞，获取管道内液固两相流的流型对于校正实时流量和确保整个系统运行安全非常重要。基于动态模态分解(DMD)算法，结合预处理措施，对液固两相流的流型进行重构，并搭建实验台对结果进行验证，采用相对误差评价了重构效果。研究结果表明：基于DMD的液固两相流流型的识别方法所得到的还原流型与真实流型虽存在一定的差别，但误差处于可接受范围，能够较为客观地反映液固两相流流型演变过程。相较于实验法和数值模拟的方法，基于DMD的液固两相流流型的识别方法在数据处理、精度、效率和适用性方面具有显著优势，并且不受限于特定场景，无需提供数据的内在逻辑，可同时获得具有单一频率和增长率的模态和构建降阶动力学模型，节省计算资源。

关键词： 轴流压气机   转子叶尖   非同步气流激励   分离涡数值模拟   不稳定流动  

摘要： 为了揭示轴流压气机转子叶尖非同步气流激励的产生机制,针对某1.5级压气机计算模型,基于分离涡模拟(detached eddy simulation,DES)和非定常Reynolds平均模拟(unsteady Reynolds averaged Navier-Stokes,URANS)方法对近失速工况下压气机全周非定常流场进行了数值模拟,重点分析了压气机转子叶尖非同步气流激励频率、不稳定流动的周向模态特征以及转子叶尖不稳定流动结构。结果表明:近失速工况下,转子叶尖非同步气流激励频率的出现伴随着压力脉动幅值的急剧增加,静压波动幅值可达20%以上,转子叶尖非同步气流激励呈现宽频特征,其频率范围涵盖1.58EO～17.86EO,相对与绝对坐标系下非同步气流激励频率满足频率叠加关系。转子叶片非同步气流激励主要由叶尖吸力面径向分离涡引起,DES数值模拟相比URANS可以获得更精细更丰富的不稳定涡结构,其周向模态数更高。由于转子吸力面气流分离发生在80%叶高以上区域,因此非同步气流激励出现时压气机转子并未失去做功能力。

关键词： 对流换热系数   转捩区   平板   数值模拟   广义表达式  

摘要： 本研究旨在探讨平板强制对流过程中边界层划分及局部对流换热系数的预测方法，以解决该领域尚未达成共识的问题。研究采用CFD数值模拟方法，分析了平板在不同风速和温差条件下的强制对流换热特性，并通过实验和数值模拟数据验证了模型的准确性。基于壁面摩擦系数，提出了一种新的平板边界层划分方法，将边界层细分为层流区、转捩区和湍流区，并分析了各区域内对流换热系数的分布特征。进一步考虑平板长度、风速和温差等主要影响因素，利用250种不同工况的CFD数值模拟数据，构建了平板局部对流换热系数数据库。基于该数据库，提出了平板局部对流换热系数的广义表达式：层流区和湍流区的表达式通过修正现有理论公式得到，而转捩区的表达式则基于CFD数值模拟数据拟合得出。研究结果表明，提出的广义表达式在样本内和样本外验证中均表现出良好的预测精度，最大误差为8.2%。当平板长度不超过8 m(L≤8 m)时，转捩区在换热过程中仍具有显著影响，所提出的转捩区局部对流换热系数广义表达式在不同风速和温差条件下均具备良好的适用性与预测精度。研究成果为平板强制对流换热的工程应用提供了理论依据和数据支持。

关键词： 固体推进剂   温度循环载荷   数值模拟   装药试验   结构完整性  

摘要： 为研究高低温循环载荷对推进剂装药结构完整性的影响，开展固体推进剂装药温度循环载荷试验，通过FBG传感器监测技术和激光轮廓扫描技术对推进剂药柱的温度场和变形位移进行监测，结合数值模拟结果进行对比分析。结果表明：在高低温循环载荷作用下，从外表面向药柱内部传热过程中温度变化逐渐减缓，整个药柱温度场呈梯度分布；数值模拟结果与试验结果吻合性较好，传感器监测技术可以实现对药柱内部温度监测。受高低温载荷影响，推进药柱发生膨胀和收缩变形，激光扫描技术能够有效观测药柱变形情况；在温度循环试验过程中推进剂药柱出现开裂，发生开裂的时间与仿真结果保持一致，表明试验方法具有有效性和适用性，可作为一种评估装药结构完整性的参考手段。

关键词： 燃料分层分布技术   铁矿石烧结   数值模拟   料层厚度  

摘要： 优化烧结工艺和提高能源利用效率是目前铁矿石烧结工艺的研究重点课题。燃料分层分布烧结（Fuel layered distribution sintering， FLDS）技术具有有效提高热量均匀分布和降低燃料消耗的特点。本研究以平均熔体质量分数、熔体峰值温度和火焰锋前速度为性能指标，综合分析了料层厚度对铁矿石烧结工艺的影响。结果表明，采用FLDS技术，当料层厚度为800～900 mm时，可显著优化烧结杯内热量分布。但是，料层过厚会降低铁矿石的烧结效率，因此，需要通过改变其他工艺参数弥补厚料层烧结效率较低的缺陷。本研究为厚料层烧结工艺优化提供了理论依据。

关键词： 极破碎围岩   高边墙   数值模拟   钢支撑   变形控制  

摘要： 高边墙地下洞室围岩变形控制一直是地下工程施工的一大挑战,开挖过程中围岩变形破坏问题突出,针对某水电站极破碎围岩开挖过程高边墙变形破坏问题,提出钢支撑控制围岩变形方法。基于数值模拟与现场监测,对不同类型钢支撑结构与围岩支护效果进行定量评价。研究结果表明,圆形钢管钢支撑结构明显优于组合工字钢支撑结构。采用钢管钢支撑支护后边墙围岩变形得到有效控制,塑性区范围、深度明显减小,应力集中现象有所改善,围岩稳定性显著提高。现场监测与数值模拟结果相互吻合并验证了钢支撑支护效果。相关成果可为极破碎岩体条件高边墙地下洞室围岩变形控制提供借鉴参考。