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关键词： 架空输电线路   覆冰   分裂导线   数值模拟   自然覆冰试验  

摘要： 冬季架空输电线路覆冰会对电力系统安全稳定运行构成重大威胁。对于分裂导线而言,由于上风侧子导线对下风侧子导线的遮蔽效应的影响,导致其覆冰特性将出现较大差异,而现有研究缺乏对分裂子导线间覆冰遮蔽效应的定量研究。针对上述问题,该文首先通过数值仿真方法对分裂导线覆冰特性进行研究。采用欧拉模型求解分裂导线覆冰过程中的气-液两相流场分布特性,基于控制体思想及水滴冻结质量平衡与热力学平衡方程,获取了不同覆冰环境下分裂导线的覆冰质量与形貌。然后通过遮蔽角与遮蔽系数的定义分析了分裂子导线间的覆冰遮蔽效应及其影响因素。结果表明:分裂导线上、下风侧子导线覆冰强度之差与子导线间遮蔽效应的强度呈正相关,遮蔽角绝对值和分裂间距的增加会导致遮蔽效应减弱乃至消失;液滴中值体积直径的增加将加剧遮蔽效应;在5~20 m/s的风速范围内,遮蔽效应先增强后减弱,风速为15 m/s时遮蔽效应最强烈。最后,基于遮蔽效应分析,提出了针对不同分裂形式分裂导线的覆冰量快速计算方法,并通过分裂导线自然环境覆冰观测试验对快速计算方法的准确性进行了验证。研究结果可为架空输电线路的防覆冰设计与运维提供理论指导。

关键词： 潜山气顶油藏   裂缝闭合   嵌入式离散裂缝模型   数值模拟   采收率  

摘要： A油田为裂缝性潜山气顶油藏,其储层渗流主要受天然裂缝控制。在开发进程中,储层压力持续降低会致使应力场发生改变,进而使天然裂缝逐渐闭合,储层渗流能力下降。由于常规数值模型难以精确模拟裂缝闭合带来的影响,因此通过构建裂缝法向正应力与裂缝开度、渗透率的关系函数,并将其引入嵌入式离散裂缝模型进行计算,同时利用天然岩心的测试参数加以校正,最终实现了裂缝渗透率随储层应力场的动态模拟。研究结果显示,天然裂缝的动态闭合会显著降低油气采收率。对于A油田而言,采用注气开发方式能够有效减轻裂缝闭合的负面影响。嵌入式离散裂缝模拟方法不仅适用于裂缝性潜山油气藏的数值模拟,对其他裂缝性油气藏的动态模拟同样具有指导价值。

关键词： 山洪灾害   水文水动力耦合   涉水工程   洪水   风险评估   气候变化   降水   数值模拟  

摘要： 【目的】山洪灾害是全球最为常见且破坏力极强的自然灾害之一,随着气候变化的持续加剧,山洪暴发的频率及强度显著增加,使得山洪灾害模拟研究在防灾减灾和风险评估等领域的重要性日益凸显。然而,单一的水文或水动力模型在山洪模拟时通常存在局限,且常常忽略了山区涉水工程如桥梁、堰坝等对洪水演进的叠加影响,导致山洪的易发性及其潜在危害被低估。为提高寨岗河流域山洪灾害模拟的准确性及可靠性。【方法】通过构建水文水动力耦合模型(CNFF-IFMS)开展寨岗河流域山洪灾害模拟研究,运用耦合模型进一步量化分析防御河段上的三座桥梁(B1、B2、B3)及一座堰坝(W1)在多情景重现期(2 a、5 a、10 a、20 a、50 a及100 a)下的山洪响应机制,并开展了洪水风险分析与评估。【结果】结果显示:桥堰建成后,各重现期下的断面水位相较于无桥堰时均有所上升,加剧了漫堤风险,并诱发了回水效应。根据回水效应的强度,其顺序由强至弱依次为W1、B1、B3和B2;各重现期下的断面流速相较于无桥堰时均有所降低,但普遍加大了对工程周边二维区域的冲刷;各重现期下的淹没面积和区间水深范围相较于无桥堰时均有所增加,总淹没面积从2~100 a一遇洪水增加了4.732 km^(2),与无桥堰相比增加了0.046 km^(2)。【结论】结果表明:水文水动力耦合模型较好地反映了流域降雨径流响应及其在山区沟道中的洪水传播机制,实现了山区洪水在时间和空间上的动态演进。同时,桥堰等涉水工程的重要性不容忽视,在一定程度上放大了山洪灾害的影响后果,亟需将其纳入流域山洪模拟研究范畴以减小模拟结果的不确定性。研究成果可为寨岗河及其他类似山区流域的防灾减灾提供技术支撑与参考。

关键词： 对称型折板式竖井   折板倾角   数值模拟   水力特性   消能率  

摘要： 在全球气候变暖,城镇化率升高的背景下,极端暴雨对现有的城市排水系统带来了巨大的挑战。为应对城市内涝,深层隧道排水系统被越来越多的应用于大型城市中,而入流竖井是该排水系统重要的组成部分。为分析折板倾角对深隧入流对称型折板式竖井水力特性的影响,基于Realizable k-ε模型和VOF方法建立了三维紊流数学模型,分别对折板倾角为0°、8°、10°和12°的竖井进行数值模拟,得到无量纲流量(Q^(*))为0.056~0.168时,竖井的水流流态、流速分布、压强分布和竖井消能率。结果表明,随着折板倾角的增大,水流流态呈现撞壁受限流-临界流-自由跌流的转变,折板间壅水高度减小,气体占比上升,泄流量增加;水流在折板间摆动幅度减小,掺混程度减弱,导致折板前缘水流流速增加。竖井壁面压强主要由静水压强和动水压强组成,静水压强是主要影响因素,随着倾角增加,压强随之减小。折板倾角对竖井消能率的影响随流量发生变化,大流量泄流工况下竖井的消能率要低于小流量工况。小流量泄流时,水流直接跌落在折板上,消能率随折板倾角的增大而减小;大流量泄流时,水流直冲对侧井壁,消能效果降低,故折板倾角增加,消能率先增大后减小。研究成果可为深隧工程中的竖井折板倾角的设计提供参考。

关键词： 疲劳   微观机制   数值模拟   晶粒晶界   强度协调  

摘要： 由于金属材料晶粒与晶界的微观力学性能存在差异,导致其在低应力循环载荷下首先易在晶粒内产生塑性累积滑移,直至扩展至晶界附近,最终形成初始裂纹。为了深入理解其微观力学行为,采用晶体塑性有限元方法,构建了考虑微观晶粒与晶界强度差异的微观组织模型,并开展了单调载荷下的数值模拟研究。研究基于微观组织结构电镜照片,通过拓扑几何建立了微观组织有限元模型,并利用晶粒与晶界差异强度比例构建了晶粒与晶界的协调本构关系。晶粒强度为宏观强度90%左右时,晶界与晶粒协调强度下数值模拟的结果与实际拉伸试验结果更为接近。研究揭示了晶粒与晶界强度协调机制对材料力学性能的影响,为后续循环载荷下材料的疲劳性能研究奠定了基础。本研究将晶粒与晶界强度差异引入数值模型,并通过模拟结果与试验数据的对比验证了模型的准确性,为深入理解材料微观结构与宏观性能之间的关系提供了新的视角。

关键词： 换热器   传热   数值模拟   波形   白烟  

摘要： 为研究不同形状及级数组合的换热器对烟气消白系统传热性能的影响,采用空气焓差法对换热器的综合性能进行测试,并结合SolidWorks Flow Simulation软件开展换热性能模拟分析,将波纹形和蜂窝形换热器的制冷能力、空气出口温度及压降的模拟结果与实验数据进行对比。实验与模拟结果表明:在相同工况下,相比蜂窝形换热器,波纹形换热器的制冷性能提升幅度为8.8%~39.5%,其空气侧出口温度和压降分别降低了1.2%~4.8%和7.7%~15.1%;随着级数组合数量的增加,对流传热效果增强,空气侧出口温度显著降低,相较于蜂窝形换热器,波纹形换热器的制冷性能提升更明显。

关键词： 桥梁工程   支架法   张拉预应力   数值模拟  

摘要： 支架法具有施工简单、无需大型吊装设备、适用性广的优点,适用于场地条件受限制或者桥梁跨径小、施工相对简单的情况。对于预应力桥梁的施工,张拉预应力后会使桥梁变形,导致盘扣架反力发生变化,从而使结构可能不再安全。因此,文章以某连续梁桥(40+80+48)m为工程实例,利用Midas civil建立该桥中心处D段模型,用软件只压不拉的弹性支撑来模拟盘扣架,通过改变支撑刚度,得到不同刚度下预应力张拉前后的盘扣架反力。结果表明,预应力张拉对边部张拉位置附近的盘扣架反力影响显著,且反力随着刚度提高变大。据此,文章建议适当减少边部盘扣架的刚度,使得支架体系更加安全稳定。

关键词： 共晶高熵合金   选区激光熔化   温度场   工艺参数   数值模拟  

摘要： 采用ABAQUS软件建立了选区激光熔化(Selective laser melting,SLM)成形AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金的有限元模型,利用DFLUX子程序编译实现高斯热源移动.研究了不同工艺参数下熔池尺寸、温度变化和液相时间对温度场、显微组织和力学性能的影响.通过模拟SLM成形过程中熔池的尺寸与形貌,得到不同工艺参数条件下制备AlCoCrFeNi_(2.1)共晶高熵合金的熔池温度场的变化规律.此外,基于实验研究了试样的微观组织并对其力学性能进行测试,验证了数值模拟的可靠性.研究结果表明:熔池最高温度与熔池尺寸随激光功率增大而增大,随扫描速度增大而减小;熔池冷却速率随激光功率和扫描速度增大均增大.当激光功率为350W,扫描速度为850mm·s^(-1),扫描间距为100μm,粉层厚度为30μm时,熔池宽度138μm,深度61μm,宽深比为2.26,获得的试样致密度最高为99.7%,显微硬度和抗拉强度分别达到398.08HV与1529.5MPa,综合力学性能最佳.

关键词： CO_(2)羽流地热系统   地热能开发   热补偿   生产井数   数值模拟  

摘要： 为实现可再生能源利用与CO_(2)减排技术结合,通过CO_(2)羽流地热系统进行高温气田地热资源开采。CO_(2)羽流地热系统结合了CO_(2)封存和深部地热资源开发两种优势,在采热时实现CO_(2)的同步封存。以高温气田为目标热储,利用COMSOL软件,构建盖岩-热储-基岩的三维热-流耦合模型,分析热储上、下两侧岩体热补偿作用和生产井数与系统采热性能的关系。结果表明:在考虑热补偿时,羽流地热系统运行后期,流体温降速率降低,系统获得更高采热速率并取得较大热开采资源,热储开采程度更低,延长了系统运行寿命;在考虑生产井数时,发现增加生产井数,生产流体温度降幅越低。可见在CO_(2)羽流地热系统运行中,盖岩和基岩对热储的热补偿作用和生产井数增加都能够延长系统寿命,为未来CO_(2)羽流地热系统优化与实际应用提供理论参考。

关键词： 深埋隧洞   裂隙围岩   剪切-渗流   块体离散元   围岩稳定性  

摘要： 基于块体离散元方法,建立含横向和纵向裂隙的深埋隧洞三维模型,揭示了某隧洞围岩裂隙参数、水压边界及排水条件等对隧洞围岩-衬砌结构的影响。结果表明:忽视高水压下的围岩裂隙剪切-渗流耦合作用,会高估围岩-衬砌结构的安全性;隧洞衬砌横向和纵向结构面相交处的衬砌存在受力分布不均匀的现象,其原因一方面是优势渗流通道引起的衬砌外水压力分布不均匀,另一方面是高水压降低了裂隙有效法向应力,导致裂隙抗剪强度降低,进而诱发围岩裂隙发生剪切破坏。从增大结构面抗剪强度和降低外水压力两方面提出了保障围岩-衬砌结构安全的措施,为隧洞长期安全稳定运行提供理论指导。