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关键词： 地下洞室群   围岩稳定性   结构面   数值模拟  

摘要： 为揭示岩体结构对大型地下洞室群围岩稳定性的影响,以某水电站洞室群第1层开挖揭示的结构面、层状岩体、层间剪切带等复杂岩体结构特征为基础,采用三维离散元方法,分析了洞室开挖后围岩稳定性、每层开挖结束后支护构件受力,以及主变室和尾闸室围岩的稳定性。结果表明:三维离散元法可合理表征岩体层面和层间剪切带组合对地下洞室群围岩稳定性的影响,在每层开挖结束后,主副厂房变形最大的部位和拉应力都主要分布在结构面处,其压应力集中都主要出现在拱座和边墙部位。在前3层挖掘中,主副厂房围岩的应力值范围和顶拱塑性区深度都不受挖掘层数影响,但随着开挖层数增加,其边墙塑性区深度先增加后减小。地下洞室围岩变形、塑性区、支护受力均在合理范围内,整体上是稳定的。

关键词： 微通道   气泡   数值模拟   毛细数   纵横比  

摘要： 微通道多相流技术在多个领域展现出广阔的应用前景,而弹状流因其高效的传热传质特性成为研究的焦点。运用流体体积(VOF)法实现对矩形微通道内弹状气泡动态行为的精确数值模拟,旨在深入剖析气液界面的复杂演变过程。针对实验手段难以全面捕捉的小毛细数(Ca_(b)<0.03)条件,重点探讨毛细数和纵横比(γ)的影响,研究结果显示,随着毛细数的增加,气液界面经历了从规则八边形向圆形转变的显著变化,此过程中截面含气率降低,液膜厚度趋于均匀化,气泡头部形态趋于尖锐而尾部则更加平滑,这反映了界面张力的主导作用。纵横比的增大促使气泡形态由尖锐的子弹状逐渐过渡为圆柱状,两侧液膜显著增厚,同时气泡长度(L_(d))与段塞长度(L_(s))均呈现增长趋势,无量纲膜厚在γ=1时达到最小值。此外,还发现气液流速比(β)的提升加剧了无量纲膜厚随纵横比变化的波动幅度,其最大和最小波动值分别为0.12和0.015,这表明了流速条件在调控气液界面稳定性方面的重要性。

关键词： 流固耦合   IB-LBFS方法   非线性有限元法   织物薄膜  

摘要： 在航天航空工程领域,以降落伞、飞艇等为代表的柔性织物飞行器在非定常气动力作用下呈现的非线性动力学响应与复杂流动特征,已成为大变形流固耦合(fluid structure interaction,FSI)研究的前沿挑战.这类超弹性膜结构在气动载荷作用下产生的几何非线性、材料非线性和边界非线性耦合现象,给传统数值模拟方法带来了网格畸变、界面追踪和能量守恒等多重技术难题.文章面向此类FSI数值模拟需求,提出将浸入边界-格子玻尔兹曼通量求解(immersed boundary-lattice Boltzmann flux solver,IB-LBFS)方法和膜结构非线性有限元(nonlinear finite elements,NFE)方法结合,建立了双向流固耦合计算框架,实现了四大核心功能:黏性流动动态变形边界识别、流体-结构载荷与物面动态重构、超弹性材料非规则薄膜结构求解和大规模并行计算.以恒压充气囊体为研究对象,对自由来流作用下气囊与黏性流体间的流固耦合效应进行分析.结果表明,该算法预测数据符合流场分布特性及结构响应发展规律.开发的双向强流固耦合计算程序可进一步应用于航空降落伞、飞艇等充气式飞行器的流固耦合效应评估,为未来柔性飞行器结构设计、强度校核及飞行可靠性评估提供理论参考.

关键词： 超临界二氧化碳   微通道换热器   波纹通道   传热  

摘要： 针对超临界二氧化碳布雷顿循环对紧凑式高效换热器的迫切需求,设计了一款适合增材制造的微通道换热器。该换热器的自适应流道不仅能匹配超临界二氧化碳的密度变化,同时波纹通道和肋片的结构设计也极大提高了换热器的性能。利用数值模拟的方法研究了其流动传热特性,并探究了质量流量对流动换热的影响。研究结果表明,与主流的印刷电路板换热器相比,该微通道换热器的紧凑度显著提升;与其他自适应流道换热器相比,冷热侧流体的综合性能分别提升85%和67%左右,具有优秀的热工水力性能,充分证明了该换热器在现有的超临界二氧化碳换热器中的创新性和先进性。

关键词： 钢板桩支护   基坑工程   受力分析   数值模拟  

摘要： 为探究钢板桩支护在城市更新旧路改造工程中的应用效果,文章以FLAC3D数值模拟为研究手段,分析了实际基坑开挖过程中的钢板桩水平位移、结构内力以及桩后土压力变化情况,研究表明:1)钢板桩水平位移沿桩长方向逐渐减小,基坑开挖结束后,桩身水平位移峰值出现在二次横撑附近1.5 m处,较首次开挖后的峰值位移增加9.21%;2)钢板桩弯矩峰值出现在埋深7.5 m处,剪力峰值出现在埋深8.3 m处,第一道横撑上部钢板桩内力较小,结构内力在第二道横向支撑附近达到峰值;3)桩后土压力整体分布趋势随埋深增大而增大,二次横撑会桩后土压力的分布形式,土压力在埋深5.5 m处由峰值138.6 kPa陡降至92.6 kPa,降低幅度达33.2%,之后土压力呈现波动变化,直至开挖结束。本文研究成果可为城市道路改造工程中的钢板桩基坑支护工程提供一定的工程指导性建议。

关键词： 再生冷却通道   超临界甲烷   场协同   浮升力   数值模拟  

摘要： 为了阐明再生冷却通道的强化换热机理,对超临界甲烷在矩形变截面通道内的流动过程进行了数值模拟.对比了矩形渐缩/渐扩通道和等截面通道的热力学性能;探究质量流率、热流密度和通道倾斜角转变对再生冷却通道换热性能的影响;分析协同作用力在变截面通道内强化换热的机理.结果表明,相同受热截面下,渐扩通道换热性能提升28.4%,渐缩通道降低5.51%,而综合评价因子(PEC)分别为1.09和0.56,这是由于压降的变化引起的.外部条件改变对换热系数产生较大影响,但PEC系数总体趋势相差不大.渐扩通道换热性能提升的主要因素为场协同原理和浮升力作用,热加速效应影响较小.

关键词： 特高土石坝   防渗墙   水平位移   数值模拟  

摘要： 为研究基于ABAQUS软件的土石坝防渗墙加固稳定性,以某土石坝为背景,通过数值模拟计算,分析加固前后防渗墙位移变化、加固前后防渗墙应力变化。结果表明:加固后的防渗墙受到的应力增大显著,防渗墙防渗能力增强,坝体水平位移减小明显,加固效果明显;且防渗墙受到的应力均未超过混凝土的最大强度,加固后的防渗墙满足施工要求。

关键词： 数值模拟   谱元法   地震波   兰州盆地  

摘要： 具有成层复杂介质土层盆地-子盆地构造特征的典型二维兰州盆地地形,对外源输入波地表地震动效应具有很大的影响。因此,研究兰州盆地对地震波地震动的放大效应具有重要的工程意义。利用谱元法(SPECFEM2D)结合多次透射边界(MTF)的数值模拟方法,详细计算分析不同外源地震波从模型底部垂直输入时地表不同台站地震动响应。研究结果表明:①兰州盆地地表不同台站地震动时域放大系数受输入的地震波影响较为明显,且水平X方向大于垂直Z方向的地震动放大效应;②真实的地震波垂直输入时,地震动响应主要分布在封闭的小盆地边缘。

关键词： 通风方式   粉尘扩散   数值模拟  

摘要： 为有效预防和控制水峪煤矿81103掘进工作面粉尘浓度较高的问题,分析了基于除尘风机及其风量对掘进工作面的粉尘扩散行为特征,通过科学的通风策略有效控制粉尘扩散,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,分析了是否增设除尘风机和不同风量下掘进工作面风流及粉尘的变化规律,研究了风流速度、方向及粉尘浓度分布变化特征,阐明了粉尘扩散机制。结果表明,随着除尘风机风量Q_(e)的增加,巷道内涡旋强度增强,涡旋影响区域扩大,加速污染气流的排出,粉尘质量浓度较高的区域范围明显缩小,除尘风机风量Q_(e)=300 m^(3)/min时,除尘效果最佳。现场应用结果表明,直径>10μm的颗粒占比从41.2%提升至67.5%,证实了涡旋场对粗颗粒的选择性捕集作用。

关键词： 隔水套管   数值模拟   贯入顺序   贯入阻力  

摘要： 海洋隔水套管关乎油井的正常运行和环境安全,直接影响钻井作业的效率和成功率。因此,保证隔水套管的安装质量是保证海上作业安全的关键一环。本文采用数值模拟的方法对隔水套管贯入中周围套管对贯入套管的贯入阻力的影响进行了研究。分析结果显示,某一套管周围的上、下、左、右四个位置处的边套管对该套管的挤密效果影响最大,其他位置的角套管影响较小。在进行隔水套管的安装时,应尽可能使贯入套管周围的边套管数量最少。对于3×3列阵的隔水套管,采用顺序贯入的方式,可以使得所有9个套管贯入过程中,贯入套管周围边套管的个数最大为2。上述结果可为选择隔水套管的合理的安装顺序保证隔水套管的安装质量提供科学的依据。