教学课程资源库 更多>>

关键词： 转炉炼钢   废钢预热   余热回收   传热   生物质能源   数值模拟   大废钢比   碳中和  

摘要： 转炉大废钢比冶炼是适合中国国情的一种炼钢减少碳排放策略。为了确保转炉出钢温度，需要对废钢进行预热以补充热量。生物质颗粒作为清洁可再生能源，因其碳中性特性，可有效替代转炉煤气用于废钢预热工艺，实现冶金过程的低碳化。现有废钢预热主要采用水平隧道式预热炉，能耗高、能源效率低。针对上述问题，设计了一种竖井式废钢预热炉，并利用数值模拟与试验验证相结合的方法，对比研究了竖井式预热炉与水平式预热炉不同工况条件下的预热效果。建立了2种废钢预热场景下的三维瞬态多场耦合模型，研究了不同预热时间下，使用生物质颗粒燃烧作为热源，2种预热炉对废钢表面及芯部的预热效果。模拟与试验结果表明，在消耗相同的生物质颗粒条件下，竖井式预热炉内废钢最终温度明显高于水平式预热炉内废钢温度，废钢表面及芯部温度随着预热时间增加而明显升高，升温速率随着废钢温度的升高而逐步减缓。在预热时间为900 s时，竖井式预热炉内废钢吸热效率最高为62.5%，废钢平均温度比预热方式平均温度高124 ℃，吨钢多吸收热量7.1×104kJ，竖井式预热炉余热回收率达到51%；在相同条件下，水平式预热炉内废钢吸热效率为47.5%，废钢余热回收率为0。在预热时间分别为900 s和1 200 s时，吨钢降低碳排放量分别为94.9 kg和111 kg。因此，生物质颗粒在热效率与减碳效果上均具备替代转炉煤气的潜力，而竖井式预热炉对水平式预热炉的替代不仅提升了废钢预热温度，还为转炉大废钢比的提高奠定了基础。

关键词： 青藏高原   亚洲季风   数值模拟   热力强迫   位涡  

摘要： 青藏高原热动力强迫作用对亚洲夏季风的形成和变化具有重要影响。然而，由于观测和数值模式本身的局限性，关于青藏高原动力和热力作用影响季风形成的相对重要性仍存在争议。针对相关理论和数值模拟问题，提出了基于位涡理论的青藏高原地表位涡强迫概念，并揭示了其与亚洲夏季风的关系。针对上述研究开展了回顾和总结，发现青藏高原动力、热力强迫影响的相对重要性与试验设计和模式模拟性能本身具有密切联系；青藏高原地表位涡指数可以作为衡量其相对重要性的一个指标；相比于感热通量，表面位涡能够更好地表征夏季高原表面的强迫作用，并可以作为量化指标评估不同数值模拟方案中高原表面强迫的强度和对季风降水的影响；从气候尺度而言，高原表面加热是导致夏季风在陆地上形成的主要因素；而从延伸期预测的角度，高原上空的热力和动力扰动时空尺度如何调控天气尺度波是影响下游降水预测的关键因子。相关理论和数值模拟研究可为进一步深化青藏高原气候动力学的认识提供参考。未来需要加强高原观测，并推动模式物理过程的发展，以进一步提高青藏高原气候数值模拟和预测水平。

关键词： 鱼道   池室长度   墩头形式   特征段   水力特性   数值模拟   模型试验   牙根一级水电站  

摘要： 鱼道作为水电站不可或缺的组成部分，池室内水力特性的好坏直接影响过鱼效果，因此对鱼道内部体形进行优化，改善其水力特性具有重要意义。在雅砻江牙根一级水电站鱼道体形的基础上，采用数值模拟和物理模型试验相结合的方法，分析了标准池室长度、墩头形式以及特征段墩头的布置形式对鱼道内部水力特性的影响规律，并分析了特征段水流条件劣化的原因。结果表明：标准池室长度应适中，过长会导致池室主流流线弯曲，水流衔接不畅，且墩头对池室内水流具有重要引导作用；90°圆弧转弯段易导致水流受离心力影响，弯道底部产生由外至内的横向流动，弯道顶部产生由内至外的反向运动，形成不利表面环流；回旋上升段水流流出竖缝后扩散范围较大，水流在三维旋转运动与垂向势能转换双重作用下易发生失稳，180°转弯产生的离心力和逆压力梯度的双重作用下形成了二次流，导致水流条件变差；将90°直角转弯段后的第1组导隔板设置为导板可有效调整水流流态，水流转弯后有较充分的空间调整及扩散；回旋上升段将上游侧的导隔板下移、缩短与回旋上升段外侧壁面距离，可有效改善水流流态。研究成果可为后续类似鱼道标准池室段及特征段体形的设计提供理论依据。

关键词： Rhino   FLUENT   瞬间引溃   水流特性   数值模拟  

摘要： 近年来,强降雨引发超标准洪水导致流域安全风险问题日益凸显。针对超标准极端洪水下泄洪闸泄洪能力不足问题,采用Rhino耦合FLUENT三维数值模拟方法,对某防护堤开展瞬间引溃数值模拟研究,分析溃口周围流场的水流特性。结果表明,模型可较好地实现瞬间引溃模拟,8、12孔瞬溃方案泄洪能力满足要求,1、4孔瞬溃后上游水位分别达到59.43、59.37 m,略高于设计水位59.15 m;由于溃堤后水流瞬时下泻,溃口底部流速最大,顶部流速最小。研究结果对开展溃堤问题分析和完善工程调度运用方案具有一定的借鉴意义。

关键词： 切顶卸压   沿空留巷   巷旁充填   数值模拟   柔模支护  

摘要： 煤炭资源的安全开采对于保障国家能源供给意义重大，而煤炭井工开采时的围岩变形控制则是煤炭开采的关键技术。为研究厚煤层切顶卸压沿空留巷的围岩变形控制问题，提出了柔模混凝土巷旁充填围岩稳定控制技术。通过理论分析，确定了厚煤层切顶卸压的技术参数，进而建立沿空留巷巷旁充填围岩结构力学模型，计算得到了柔模混凝土充填体的宽度与强度。运用UDEC离散元数值模拟，分析了不同充填体强度下巷道围岩的变形规律及应力分布特征，数值模拟结果显示：随充填体强度的增大，顶板变形量逐渐减小，选用C50和C60混凝土进行巷旁充填可以有效控制顶板变形，充填体与巷道顶板形成了有效的承载结构，减小了巷道实体煤侧的集中应力。综合理论分析与数值模拟分析结果，最终确定了巷旁充填宽度为1.5 m，充填体选用C50混凝土。现场监测结果表明，留巷期间巷道变形快速增加后逐渐趋于稳定，最终顶板变形量为261 mm，巷帮的变形量为176 mm，巷道围岩控制效果良好，能够满足工作面的安全生产需求。研究结果对于类似工况下厚煤层沿空留巷问题具有一定的参考价值。

关键词： 褶皱构造   液压支架   围岩   倾角变化   数值模拟  

摘要： 煤矿长壁综采工作面回采过程中,途经褶皱构造区煤层倾斜方向正角度和负角度相互转变时,易诱发冲击地压事故,为了探究地质构造转换对工作面的影响,基于软件SOLIDWORKS,Rhino-Griddle,FLAC3D,建立了在基本动作和支撑原理与实际工况相似的液压支架的支护下褶皱构造区倾斜长壁开采模型。在此基础上,研究了褶皱构造区内随着煤层倾角不断变化下液压支架和围岩的应力和位移演化特征.结果表明:褶皱构造区内同一水平标高处,俯采和仰采时的围岩应力演化趋势相反;煤层倾斜方向不变时,倾角变化较小对围岩几乎没有影响;背斜和向斜开采时,轴部处的超前应力峰值点距离工作面最远,分别为2.01和1.90 m,应当加强轴部开采时对煤壁的监测;背斜—过渡—向斜阶段转变时,峰值点距煤壁的距离均会迎来突增;煤层的倾斜方向改变对一定范围内煤壁的水平位移有显著影响,背斜时加剧,向斜时减弱;煤层倾斜方向改变时,顶梁的受力比倾斜方向不变时更复杂,且过渡阶段时前部顶梁承载的压应力较大.

关键词： 激光布点阵列   局部破坏   弹塑性力学模型   脉冲荷载   最大应力   数值模拟  

摘要： 激光产生的大部分能量能够被冰吸收，是一种高效的辅助破冰手段。与传统机械方法结合使用，可以显著提高破冰效率。为研究激光布点参数对冰块内部最大应力及其应力分布规律的影响，本文通过激光布点辅助机械荷载破冰实验与激光预打孔冰块在静压和脉冲荷载作用下的弹塑性力学数值模拟，探讨了激光布点的数量、深度及间距对冰块内部最大应力及其出现时间的影响。研究结果表明，激光布点可以在冰块上形成局部破坏区域，这显著增强了荷载作用下的应力集中效应。此外，相比于静压荷载，在脉冲荷载条件下，冰块内部达到相同最大应力所需的时间显著缩短，进而有利于冰块的快速破碎。本研究为极地破冰作业的高效实施提供了方法和理论参考。

关键词： 桶式基础护岸   深厚软土   变位模式   离心模型试验   数值模拟  

摘要： 桶式基础结构常应用于深厚软土地基中作为防波堤或护岸，尤其作为护岸时受荷情况复杂。为探究不同阶段回填荷载作用下桶式基础护岸的变位模式及影响机制，开展了土工离心模型试验及有限元模拟，并提出了桶式基础护岸的变位分解计算方法。结果表明，桶内回填阶段桶底土体被压缩，桶体发生沉降变位；陆侧回填阶段下桶陆侧上部及海侧土体被挤压，桶体发生指向海侧的滑移变位以及指向陆侧的倾覆变位，且转动中心位于桶底海侧并斜向上逐渐逼近桶体；在深厚软土地基中针对桶周及桶底采用砂桩加固后，能够有效提高竖向承载力、减小沉降量，而对于侧向减载效果不明显。本文研究成果可以为桶式基础护岸的变位模式研究提供理论依据。

关键词： 风致雪漂   曲面类屋面   风洞试验   数值模拟   积雪分布  

摘要： 随着大跨空间结构的发展，拱形屋面在实际工程中得到了多方面的应用。然而在暴雪天气，大跨结构倒塌事故频发，屋面失稳坍塌通常为屋面不均匀积雪分布所致。一些学者主要对高低屋面、双坡屋面等平屋面建筑上积雪分布进行了研究，目前针对拱形屋面上积雪分布的研究较少。本文通过考虑降雪影响对不同矢跨比拱形屋面模型积雪分布进行了风洞试验。当矢跨比1/10时，屋盖表面雪压大致在0.32 kN/m2～0.4 kN/m2之间；矢跨比1/10时，屋盖表面雪压大致在0.22 kN/m2～0.36 kN/m2之间。同时，采用数值模拟对不同矢跨比及不同跨数拱形屋面积雪分布情况进行了研究分析。发现在中间跨的雪粒堆积最显著，第二跨拱形屋盖表面的雪压大致在0.35 kN/m2～0.4 kN/m2之间，明显大于第一跨和第三跨0.32 kN/m2～0.35 kN/m2之间的雪压，在实际工程中应加强中间跨的抗雪设计。通过对比试验与数值模拟的结果，验证了该数值方法的准确性并为该类曲面建筑抗风雪设计提供参考。

关键词： 地铁   异质地层   暗挖   换乘通道   支护   风险   数值模拟  

摘要： 针对异质地层及复杂地质条件下地铁顶管和暗挖换乘通道施工，以广州地铁建设工程为例，对施工风险进行详细评估。三维数值模拟结果显示，施工期间对既有地铁4号线车陂站的变形控制在规范要求的安全范围内，施工风险处于可控状态；通过实施合理的施工监测和实时反馈机制，可有效地控制地层变形和沉降等不稳定因素，确保施工安全；为保证隧道结构的稳定性，施工过程中采用超前小导管、台阶法开挖、二次衬砌及防水结构等多项技术手段，尤其是在软弱地层中，围岩支护效果显著。