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关键词： 生物质颗粒   数值模拟   颗粒流动性   颗粒混合   旋转滚筒  

摘要： 【目的】建立柔性生物质颗粒在旋转滚筒内流动混合的数值模型，实现模拟参数校正，得到关键控制和材料参数对流动和混合的影响规律。【方法】采用自开发离散单元法（DEM）程序数值模拟生物质颗粒在旋转滚筒内的流动和混合过程，同时开展旋转滚筒实验，将实验结果用于校正数值模拟参数，然后基于数值模拟分析滚筒转速和颗粒粒度分布对动态休止角和颗粒混合的影响。【结果】实验校正得到的数值模拟参数为：颗粒滑动摩擦系数0.5，滚动摩擦系数1；随着滚筒转速的增加，颗粒混合速率增加，配位数线性减小，颗粒碰撞接触力略有增加；随着颗粒平均粒径的增加，平均动态休止角先增后减，混合速率略有减小，配位数增加，颗粒碰撞接触力显著增加。【结论】数值建模需要引入颗粒间滚动摩擦来考虑接触对颗粒转动的限制；滚筒转速对颗粒混合速率的影响更显著，颗粒粒度分布对动态休止角、配位数和碰撞接触力的影响更显著。

关键词： 三角煤柱   断层阻隔   周期来压步距   数值模拟   应力集中  

摘要： 屯宝煤矿WII02040501工作面内赋存有多条断层并贯穿整个工作面,且单侧采空。针对工作面回采期间三角煤柱区微震及矿压显现异常问题,通过理论分析揭示开采扰动下三角煤柱区域应力异常机制,数值模拟研究断层影响下三角煤柱应力场和能量场变化规律。研究结果表明:断层型三角煤柱区域受工作面回采产生的超前支承压力、断层的支承压力和相邻采空区悬顶压力的相互叠加影响,致使断层型三角煤柱区域应力集中程度高;断层阻隔作用下三角煤柱区域的静载应力和积聚的弹性能随工作面与断层之间的距离缩小而增高,当工作面距断层150 m时三角煤柱区域静载应力和弹性能开始上升,距断层50 m时达到峰值。提出三角煤柱区域的顶板和煤体爆破释压卸能措施,并对卸压工程的效果进行了验证。

关键词： 高地应力   开挖卸荷   数值模拟   破坏特征   变形破坏机制  

摘要： 近些年中国大型水电工程多建于西南高山峡谷之间，具有高差大、卸荷强、地应力高等特点，导致地下洞室频现围岩变形破坏问题。针对这一问题，本文以澜沧江在建的RM水电站导流洞为例，结合施工地质资料及试验测试成果，系统分析了导流洞围岩变形破坏的基本特征与规律。通过数值模拟方法，深入研究了分层开挖过程中围岩变形、应力演化及塑性区的分布特征，对地下洞室开挖卸荷围岩变形破坏机制进行分析。研究结果表明:导流洞围岩变形破坏主要集中于临江侧拱肩部位，是结构面和高地应力共同作用的结果；分层开挖过程中，拱肩围岩存在明显的应力集中现象，最大主应力约70 MPa，破坏深度小于50 cm，破坏区呈现“范围大、深度浅”的特征。本研究可为RM水电站深埋大型地下厂房的开挖支护设计提供了重要的理论依据和技术支撑。

关键词： 大埋深   孤岛工作面   覆岩结构演化   防冲减灾   冲击地压   数值模拟  

摘要： 针对深部开采条件下孤岛工作面冲击地压防治难题,以江西丰城曲江煤矿中央采区003深井孤岛工作面为研究对象,采用实验室试验、理论分析、数值模拟相结合的方法,对孤岛工作面煤岩冲击倾向性,孤岛工作面覆岩结构特点,回采期间的应力演化特征等进行了系统研究。试验结果表明,003孤岛工作面煤层和底板无冲击倾向,煤层顶板存在强冲击倾向;通过FLAC3D数值模拟发现,随着工作面的推进,前方煤柱应力集中程度从1.05逐渐增至1.24,尤其在回采“见方”期间集中程度相对较高;现场进行了顶板预裂爆破卸压,并通过钻屑法进行检验,该卸压方案有效弱化了静载水平,防冲调控效果良好。

关键词： 潜艇   阻力   分层流   数值模拟   尾流  

摘要： 以Suboff标准潜艇模型为研究对象，基于分层流体动力学理论，采用数值模拟方法，重点探究了分层海水环境中潜艇阻力特性与尾流演化的耦合机制。构建数值模型，并与实验结果做对比，验证模型准确性。拟合出近一年内西北太平洋某经纬度深度-密度函数，为数值模型恒密度流体介质添加深度-密度函数，将密度分层流的结果与均匀流仿真结果相对比，二者呈现出相同趋势。最后探究潜艇阻力和尾流速度场在固定航速不同密度下的演化，研究结果为潜艇在复杂海洋环境中的水动力设计以及性能预测提供参考。

关键词： 连铸   二次冷却   气-水喷嘴   内部流场   出口流量稳定性   数值模拟   VOF模型   SST k-ω模型  

摘要： 喷淋冷却是连铸二冷区的主要冷却方式，喷嘴射流行为直接影响喷淋冷却效果，进而影响连铸坯质量。以某钢厂方坯连铸用气-水扇形喷嘴为研究对象，构建了喷嘴射流仿真模型，探究了喷嘴入口处气、水压力变化对喷嘴内部流体速度、湍动能和涡分布的影响规律，揭示了喷嘴出口处水流量稳定性的关键影响因素，提出了相应的调控方法。结果表明，当水压以0.10 MPa的增幅从0.10 MPa增加到0.30 MPa时，液相初始速度逐渐增大，其值分别为2.43、5.45和9.17 m/s；喷嘴内部液相最大速度位置距喷嘴水入口的距离分别为35、29和25 mm，相应的气-液两相速度梯度逐渐降低；液相黏性力增加，湍动能平均值降低，其值分别为367.66、142.43和96.87 m2/s；喷嘴内中心大涡逐渐减小，喷嘴内壁附近的小涡逐渐消失；喷嘴出口水流量变异系数从0.533分别降低至0.505和0.489，有利于改善喷嘴出口流量稳定性。当气压以0.05 MPa的增幅从0.10 MPa增加至0.20 MPa时，液相初始速度先降低后升高，其变化幅度分别为2.44、1.22 m/s；喷嘴内液相最大速度位置保持不变，液相最大速度先升高1.59 m/s，而后降低1.85 m/s；湍动能平均值逐渐增大，其值分别为165.21、367.66和598.90 m/s；喷嘴内中心大涡扩张或分裂为多个中等涡群，小涡数量增加并向中心迁移；喷嘴出口水流量变异系数从0.514提高至0.533和0.575，喷嘴出口流量稳定性降低。综上可知，当水压为0.30 MPa、气压为0.10 MPa时，喷嘴出口流量稳定性最佳，可为连铸二次冷却工艺调控提供理论和数据支撑。

关键词： 碳纳米管膜   层间增强增刚   织物复合材料   压缩强度   双尺度有限元  

摘要： 碳纳米管膜层间增强增刚技术是改善复合材料压缩强度的有效手段，而对其压缩过程的试验研究可以直观了解碳纳米管膜对压缩性能的影响，有限元分析则有助于深入分析压缩强度的提升机制。本文制备了碳纳米管/环氧树脂复合膜（CECF）层间增强增刚玻纤织物复合材料（CECF/GFRP），研究了CECF对复合材料宏/细观损伤形貌的影响；建立了双尺度有限元与渐进损伤模型，对比了压缩过程的试验与有限元模拟应力-应变曲线，并从双尺度下分析了复合材料压缩过程中的损伤行为。结果表明，CECF减少了复合材料压缩过程中层内与层间损伤；同GFRP复合材料相比，CECF/GFRP复合材料的压缩强度试验值与有限元模拟值分别提高了14.1%与15.2%；宏观有限元分析表明，CECF的引入提高了复合材料抵抗层内纤维屈曲以及层间分层的能力；细观有限元分析进一步表明CECF缓解了经纱与纬纱交织薄弱区域的应力集中，抑制了纬纱纤维的基体压缩损伤以及经纱纤维的屈曲，同时层间界面强度的提升有效约束了层间分层损伤，两方面的协同作用显著改善了复合材料的经向压缩强度。

关键词： 低碳烧结   天然气喷吹   烟气循环   耦合喷加   数值模拟   工业应用   节能降碳  

摘要： 烧结作为钢铁工业主要的碳排放工序，其低碳化对实现中国“双碳”目标至关重要。天然气料面喷吹与烧结烟气循环是2种前景广阔的低碳技术，但其耦合应用面临流场干扰、混合效率低及安全风险等挑战。为此，研发了一种创新的“平板顶吹反弹式”天然气/烟气双介质耦合喷加装备及工艺。通过计算流体动力学（CFD）模拟对比分析，新方案利用平板反射板改变天然气流向，促使其与循环烟气近乎垂直碰撞并形成强化混合的涡流，显著提升了混合效率。模拟结果表明，与原直接喷吹方案相比，新方案将料面天然气峰值浓度降低了25.5%，浓度分布不均匀度（SMD指数）相对降低了约75.7%，并将可燃浓度区域有效抬升至距料面150 mm以上，显著降低了料面着火风险。该技术已成功应用于首钢股份3号(360 m2)烧结机。工业试验结果表明，在保证烧结矿质量稳定的前提下，采用新方案(天然气0.38 m3/（t·s），烟气190 m3/（t·s）)的单位烧结矿固体燃料消耗降低了2.08 kg/（t·s），相较于原耦合方案，节约量提高了0.93 kg/（t·s），展现出更优的节能降碳效益。本研究为烧结工序的深度低碳化提供了一种安全、高效的技术途径。

关键词： 砂岩   隧道工程   塌方   数值模拟   处治方案  

摘要： 砂岩因其结构松散、胶结程度低，属于软弱围岩。隧道在砂岩地层中开挖，容易发生支护结构开裂、掉块和塌方等事故，严重威胁施工安全和进度。本文依托云南大白路隧道，分析隧道施工过程中拱顶砂岩塌方的原因，并给出针对性处治措施，同时运用数值模拟和监控量测手段对塌方处治效果进行了分析。结果表明：砂岩黏结力差、含水率高、支护强度不足是隧道塌方的主要原因；塌方治理时，应评估砂岩风化程度、黏结强度以及塌腔体积大小，避免注浆后由于注浆体自重过大、与围岩黏结强度不足，造成二次塌方；采用“围岩加固+双层初期支护+混凝土护拱+支护参数加强”的处治手段可实现大面积塌方的治理。

关键词： 气固两相流   鼓泡流化床   生物质与煤掺混燃烧   多相质点网格方法   数值模拟  

摘要： 本文采用多相质点网格方法耦合传热、传质以及化学反应等子模型，对流化床内生物质与煤的混合燃烧过程开展了全三维数值模拟研究。通过模拟结果与实验数据进行对比，证明了所发展模型的合理性。随后，研究了流化床内生物质与煤混合燃烧过程的气固流动、气固组分分布及颗粒温度分布等特性，并探讨了不同入口风质量流速（0.01kg/s、0.012 kg/s、0.014 kg/s）和不同燃料掺混比（1:4、3:7、2:3）对颗粒传热系数以及气体产物浓度的影响。结果表明：由于颗粒尺寸/密度不同，反应器内存在明显的颗粒偏析现象，并且在密相区颗粒温度分布存在较大梯度。提高入口风质量流速显著降低了床料颗粒传热系数，缩短燃料颗粒在高温区的停留时间。入口风质量流速从0.01 kg/s增至0.014 kg/s时，出口O?摩尔浓度升高3.7%，其余气体组分浓度降低。生物质掺混比从1:4增至2:3时，因生物质氢碳比高、挥发分含量高，促进H?O和CO?生成，出口O?摩尔浓度降低 2.1%，其余气体组分浓度上升，且生物质颗粒全床层温度升高，但对整体传热系数影响不显著。