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关键词： WRF   边界层模式   城市热环境  

摘要： 为探究不同下垫面变化对城市热环境的影响，基于WRF模式研究了2010年至2020年间城市下垫面土地利用类型变化对郑州市热环境的影响。数值模拟试验结果表明，城市建设用地范围扩张导致郑州市的2 m气温增加了0.14 ℃，其对夜间气温的增幅较日间更大；在空间上，新增城市建成区的气温变化较其他地区更为显著，金水区和管城区的气温增幅最大，分别为0.5 ℃和0.47 ℃；且城市建设用地范围扩张导致城乡气温差增大了0.26 ℃，进一步加剧了城市的热岛效应。此外，通过WRF的模拟结果驱动城市尺度边界层模式，对城市布局变化较大的北龙湖周边区域进行了精细化模拟，结果表明，相比北龙湖规划为城乡建设用地和农田，水体在一定程度上缓解了周边地区气温不断升高的现象。

关键词： 抛掷爆破   煤岩混爆   最小抵抗线   数值模拟   爆破效果  

摘要： 针对露天煤矿近水平复合煤层分采成本高、周期长，开采难度大的工程难题，提出了深浅斜孔组合的煤岩混爆不爆混技术方案，达到煤层上部岩体抛掷、下部煤层松动的效果，旨在提高煤岩分离效果，降低煤贫化率。以武家塔露天煤矿1054平盘3#煤开采为研究对象，通过该矿生产经验、爆破漏斗试验及列线图解法确定炸药单耗、孔排距等混爆参数，并设计岩层和煤层最小抵抗线优化方案，利用ANSYS构建煤岩混爆三维数值模型，对岩层台阶最小抵抗线为3.5m、4.0m、4.5m，对应的煤层台阶最小抵抗线为8.5m、9.0m、9.5m时进行数值模拟。分析坡面观测点的水平抛距范围、煤岩交界面破坏情况及下部煤层松动效果，从而确定岩层和煤层最小抵抗线分别为4.0m、9.0m，并进一步对岩层装药底部至煤层距离、装药长度、装药结构进行调整。用于武家塔露天煤矿1054平盘3#煤试验区，试验结果表明：优化后的煤岩混爆方案，抛掷爆堆水平抛距较常规方案整体增加，平均水平抛距为28.4m，多抛出14.47%；抛掷爆堆大块率减小了8.86%，粉块率则增大了4.73%，且块度小于50cm的占比提高了16.23%，整体爆破效果达到了预期；整体铲装效率由400～450m3/h提高到了500m3/h以上。

关键词： 间位芳纶   混合   缩聚反应   连续反应釜   数值模拟  

摘要： 间位芳纶作为一种特种纤维材料，在服装、交通、体育、电器等众多领域有着广阔的应用前景。本文采用计算流体力学CFD方法耦合聚合反应动力学模型，对连续反应釜中的间位芳纶制备过程进行了数值模拟。分析了聚合工艺参数对于聚合物分子量大小的影响，以及反应物浓度、分子量分布、温度和黏度变化。结果表明，增加平均停留时间、增强溶剂吸酸能力有利于快速提升聚合物分子量。随着平均停留时间的增加，反应物在下桨处的聚集现象减弱；分子量分布向高分子量集中；反应釜底部低温区域与上方高温区域之间的温度梯度减小；浆液黏度显著增大。所建立的间位芳纶连续反应釜聚合模型为间位芳纶的连续化生产提供了理论指导，有助于工艺参数和反应釜几何结构的优化。

关键词： 回转窑   危废   协同模拟   数值研究  

摘要： 回转窑焚烧是危废无害化处置的主流技术之一，获得其内部燃烧流场可帮助解决污染物生成等问题。有别于单一形态危废的燃烧模拟，回转窑同烧固液危废的燃烧数值模拟需要考虑固、液废燃烧的协同处理，本文分析了固废、液废的燃烧特点，基于FLUENT软件平台，在借鉴前人燃烧模拟思路的基础上探讨了回转窑同烧固液危废的数值模拟方案，并以某全尺寸回转窑焚烧炉为研究对象，将液废颗粒处理为燃烧粒子，忽略固废在燃烧床层上的翻滚移动，用特定区域模拟固废床层，将床层分为水蒸汽蒸发段、挥发分气体析出段和焦炭燃烧释放热量段，在相应区段内的方程中分别用质量源项和能量源项考虑固废燃烧的这三个过程，同时以固体颗粒离散相方式考虑固废飞灰在回转窑焚烧炉中的运动。通过对研究对象燃烧流场的数值模拟，获得了其内部的速度场、温度场、烟气组分场及飞灰颗粒轨迹，分析了流场分布的合理性，在监测位置处提取的温度和氧含量的模拟结果与监测值基本相符，表明本文确定的回转窑固液危废同烧的数值模拟方案的合理性，为设计和运行人员改善燃烧过程提供参考。

关键词： 高能管道   甩动撞击   单钢衬板-混凝土结构   冲击试验   数值模拟  

摘要： 为研究核电厂主蒸汽管道断裂后对钢衬板加强墙体的甩击效应，开展了单钢衬板-混凝土（Half steel plate reinforced concrete，简称HSC）靶板抗冲击试验，分析了HSC板的损伤机制和破坏模式。采用LS - DYNA有限元软件开展了试验仿真分析，基于试验结果完成了仿真模型的验证工作。进一步，基于已验证的仿真模型，建立了高能管道甩击钢衬板加强核电厂房墙体的全尺寸精细化仿真模型，分析了不同墙体设计参数、管道甩击参数对墙体损伤的影响。研究结果表明：管道弹体冲击试验可以较好地揭示HSC板的损伤破坏特点，获取有效的静态损伤和时程响应数据。建立的有限元分析方法能够对试验结果进行较准确预测。在全尺寸模型中，采用钢衬板置于背侧加强的墙体抗冲击性能更优，将栓钉和钢筋网焊接后则会进一步降低冲击力及墙体损伤。随着甩击速度和着靶角度的增加，墙体的侵彻深度也逐渐增大，在本文给定的管道甩击参数范围内，墙体最大侵彻深度为0.42m，未发生贯穿破坏。

关键词： 返回舱   数值模拟   高温绕流流场   热化学非平衡效应   高温气体辐射  

摘要： 本文基于有限体积法对FIRE-II返回舱的再入过程进行计算，采用Park两温度热化学非平衡反应模型，分析不同组分数（7组分、11组分）的化学反应动力学模型对返回舱绕流流场和返回舱背风面光辐射强度计算结果的影响。结果表明，在67km高度、飞行马赫数37.2的条件下，尾迹流场存在显著的热化学非平衡效应，采用11组分反应模型计算得到的尾迹流场中存在大量的N+、O+离子。7组分反应模型由于不考虑N+、O+、N2+、O2+等离子，极大低估了绕流流场的电离程度，使得计算得到的流场自由电子数量远低于11组分反应模型的结果。同时，7组分反应模型还会低估尾迹流场的平动温度，使得7组分反应模型计算得到的返回舱背风面光辐射强度显著低于11组分反应模型的计算结果。

关键词： 储能电站   磷酸铁锂电池   热失控   气体扩散   数值模拟  

摘要： 近年来，全世界各地发生了多起储能电站火灾爆炸事故，造成了重大人员伤亡和财产损失，锂电池储能系统安全性亟待提高。本文通过FLACS软件建立储能舱的物理模型，模拟了磷酸铁锂电池热失控后可燃气体的泄漏、扩散及爆炸过程，分析了不同泄漏时间、点火高度等条件下，可燃气体的浓度分布、爆炸压力、火焰形态等特征参数，探讨了其对储能电站安全的影响，为储能电站的安全设计和事故预防提供理论依据。研究表明：磷酸铁锂电池热失控后，可燃气体优先在舱顶聚集，随着泄漏时间增加，高浓度区域自上而下扩大，7 s时基本覆盖全舱。泄漏前期0～3 s发生爆炸概率大，爆炸强度随泄漏浓度增加而增加；泄漏后期舱内氧气不足，爆炸概率降低，但点火高度在1.75 m时爆炸强度最大；储能电站磷酸铁锂电池热失控后，可燃气体的扩散和燃爆危害性显著，尤其在泄漏前期和特定点火高度下，爆炸风险极高。因此，储能电站的设计应充分考虑气体扩散和爆炸特性，优化泄压板设置和防护措施，以降低热失控引发的火灾爆炸风险。

关键词： 管道   防腐涂层   厚度均匀性   喷涂方向   扇面控制孔压力   数值仿真  

摘要： [目的]通过分析不同喷涂方向和不同扇面控制孔压力情况下的喷雾流场变化情况，以及防腐涂层厚度分布与均匀度，研究圆形管道内壁防腐涂层的成膜特性。[方法]首先运用ANASYS Fluent软件，基于欧拉-拉格朗日法建立离散相模型(DPM)，然后对比分析不同工况下的模拟结果，再采用回归分析法得到涂层厚度最大值与扇面控制孔压力之间的关系。[结果]壁面形状对喷雾流场气相速度有较大的影响，速度方向由垂直于壁面方向转变为平行于壁面方向。扇面控制孔压力对涂层形状及均匀性有较大的影响：随着压力的增大，涂料颗粒会由集中趋势转变为分散趋势，涂层面积逐渐增大，涂层厚度分布越来越好。在不同的喷涂方向上，涂层的均匀程度有所不同。相较于轴向喷涂，周向喷涂形成的涂层均匀度较好。[结论]选取合理的喷涂参数可有效解决防腐涂层的均匀性，仿真结果为后续实际施工过程提供了参考。

关键词： 废加氢催化剂   回收   分级   数值模拟  

摘要： 废加氢催化剂具有报废量大、颗粒完整度高等特性，是再生催化剂载体的重要来源。现有废加氢催化剂回收技术大多关注其中的有价金属，对于载体颗粒的回收研究较少。本研究针对条状废加氢催化剂颗粒难以通过传统筛分实现有效分级的关键问题，创新性地提出采用流化床进行颗粒分级。采用计算流体动力学（CFD）和离散单元模型（DEM）耦合模拟的研究方法，结合响应面法（RSM）系统揭示了流化床分级的内在机理及工艺优化规律。研究表明，流化床通过气固两相流态化作用可实现不同长径比颗粒的高效分级，气体速度对分级效率的影响最为显著，其次是进料流量，进料口高度的影响相对较小。在一定的气体速度和进料口高度下，存在进料流量阈值，超过此值分级效率将会下降。通过建立Box-Behnken设计（BBD）模型，确定当气体速度为10.45 m/s，进料流量为7.50 t/h，进料口高度为3.50 m时，分级效率达到100%。本研究阐明了流化床分级过程的多物理场耦合机制，为废加氢催化剂回收过程中的载体颗粒预分级工艺提供了理论参考。

关键词： 明渠弯道水流   宽深比   径宽比   数值模拟  

摘要： 为研究不同宽深比Hr(渠宽B与入口水深H0的比值)和径宽比Rr(明渠弯道中心线半径RC与渠宽B的比值)对明渠弯道水动力特性的影响规律，利用体积函数法（VOF）追踪自由表面，采用RNG k-ε模型封闭控制方程，建立明渠弯道水流三维数值模型。针对4种宽深比(Hr=B/H0=1、1.5、2和2.5)和4种径宽比(Rr=RC/B=0.75、1、1.5和2)的弯道水流进行数值模拟研究，对水面形态，流速分布，断面环流和弯道分离流等特征进行分析。结果表明：水流紊动特性随宽深比或径宽比减小而增强，具体表现为：宽深比或径宽比减小，流速纵向和横向重分布速率加快，环流强度增强，弯道分离流发生的可能性增大。针对本文模拟的U形小宽深比和小径宽比弯道，给出了分离流临界条件是宽深比为1.5、径宽比为1。