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关键词： 海底隧道   变形缝   涌水量   数值模拟  

摘要： 【目的】研究隧道变形缝变化和防水板失效对隧道的影响。【方法】基于数值模拟的方法分析变形缝变化、防水板失效状态两种因素在具体工况下对衬砌背后水压力和涌水量的影响。【结果】随着变形缝宽度的增加,水压力不断减小,涌水量明显增加。在最不利工况下,变形缝处水压力低至28.29 kPa,而涌水量高达24.757 m^(3)/d。【结论】在防水板未失效与已失效的状态下,水压力都呈现相同的减少趋势,涌水量则都呈现相同的增加趋势。研究成果可为隧道施工与运维提供技术指导。

关键词： 绝缘拉杆   芳纶纤维复合材料   孔隙缺陷   数值模拟   工艺优化  

摘要： 芳纶纤维绝缘拉杆是特高压输电工程应用中的一个关键部件。为解决特高压芳纶纤维绝缘拉杆生产过程中存在的孔隙缺陷问题,该文基于达西定律和连续性方程建立芳纶纤维增强复合材料真空浸渍工艺数值模拟方法及孔隙率预报模型。结合显微CT测试手段,深入探讨了芳纶纤维复合材料孔隙缺陷的形成机理,揭示了浸渍温度、速度、真空度等工艺参数对芳纶复合材料绝缘拉杆孔隙缺陷形成的影响规律。结果表明,所建立的孔隙率预报模型与实验测试结果具有良好的一致性,可以用来优化真空浸渍工艺方案。该文中芳纶纤维织物为平纹编织结构,其在真空浸渍过程中的最佳浸渍温度为50℃、浸渍速度为0.381 mm/s、真空度为80 kPa,满足实际工程需求。

关键词： 天然气   节流   水合物   Fluent模拟  

摘要： 对天然气流经角式节流阀后的节流特性进行数值模拟研究,依据井下节流机理及真实气体状态方程,建立了气井节流工况下压力、温度场分布数值模型,研究了不同温度、流速、节流阀开度及不同节流压降梯度下节流过程压力、温度分布特性,获得节流特性规律。模拟结果表明,节流阀喉部位置温度及压力存在极值问题;节流阀的开度存在水合物生成风险的临界值(不高于10%);节流压降随流速的增大而增大,随着气体温度的升高而降低;随着管线运行压力的升高,管道最大压降与出入口压降均升高,且两者之间的差值也增大。

关键词： 成品油管道   液氨   相态控制   压力   数值模拟  

摘要： 【目的】中国可再生能源分布不均,氨供需错配问题突出,而成品油管道的走向与氨能流向相似度较高,利用成品油管道改输氨可实现氨能的规模化、经济化再分布。【方法】基于OLGA软件的MULTIFLASH模块计算氨的饱和蒸汽压随温度的变化情况,将其作为判断氨所处状态的依据,再参照某大落差成品油管道的设计参数(管道规格、站间距离、地形起伏、输量、环境温度、管道出口压力边界等)构建液氨管道输送仿真模型。随后采用控制变量法对比典型起伏管段的水热力参数,以全面评估成品油管道改输液氨的流动稳定性及管道系统参数适应性。【结果】在满足各站场进出站压力限制的基础上,该大落差管道可使氨保持液相输送;在各边界条件下的水热力参数变化规律与列宾宗公式、考虑摩擦热的苏霍夫公式反映的影响规律一致;地形对压力、温度的影响大于边界条件的影响,且随着边界条件的变化,温降幅值随地形的变化趋势与压降幅值随地形的变化趋势表现出较高的相似性,说明压力变化对温度变化产生影响,表现为上行管段增大温降幅值、下行管段减小温降幅值。【结论】研究成果从压力控制角度验证了大落差成品油管道改输液氨的可行性,可为成品油管道改输液氨的生产运行提供理论依据。

关键词： 高阶理论   Kirchhoff薄板   数值模拟   无网格法  

摘要： 许多现代工程结构具有多尺度效应,需要研究微结构特征对宏观力学性能的影响,高阶连续理论是研究这类问题的有效方法。文章将仅包含一个尺度因子的Askes简化应变梯度理论引入Kirchhoff板模型中,给出了应变梯度理论下Kirchhoff板的屈曲方程。该方程中包含位移的高阶导数,无网格法可以方便构造高阶连续特征形函数,利用无网格法建立计算框架,对四边承受压缩荷载的应变梯度板进行了数值模拟,分析了尺度因子对临界荷载的影响。结果表明,随着尺度因子增大,临界荷载逐渐减小,固支情况下临界荷载下降速度远大于简支情况下临界荷载下降速度。

关键词： 浮选   湍流   多尺度涡   直接数值模拟   碰撞频率  

摘要： 浮选是细粒矿物提质除杂的重要手段,但面临微细粒回收率低的难题。湍流是强化微细粒浮选的必要条件,但其多尺度碰撞及调控机制尚未明晰。尤其对于多分散颗粒/气泡体系,传统的浮选理论与现代工业应用之间存在一定的差距。以湍流中多分散颗粒-气泡碰撞行为为研究对象,采用各向同性湍流直接数值模拟(DNS),并结合碰撞动力学理论,以径向相对速度和分布函数为分析突破口,研究了大尺度涡输运-微尺度涡局部富集效应下的湍流碰撞特性,及其尺寸效应对碰撞过程的影响。研究发现:多分散效应和惯性作用导致点粒子直接数值模拟结果与经典Saffman&Turner模型预测值存在明显差异,明确了经典理论在预测多分散体系中的局限性,强调了高保真预测多分散颗粒气泡体系中湍流特征与理想碰撞频率的必要性。在大涡输运和微涡富集的竞争协调作用下,提高湍流耗散率和增大微细颗粒-气泡直径是提高多分散颗粒和气泡理想碰撞频率的有效途径。另外,随着颗粒-气泡尺寸离散度的增加,大涡输运作用被增强,但微涡局部富集效应被削弱。因此存在最佳离散度可实现较高的多分散粒度的颗粒-气泡群碰撞频率。这表明调控浮选过程中的颗粒-气泡尺寸分布对提高分选效率具有重要意义。阐明了大尺度涡湍流输运效应与小尺度涡局部富集效应的竞争协同作用下颗粒-气泡碰撞机理,为现代浮选颗粒-气泡矿化理论提供了丰富的理论支持。

关键词： 超高性能混凝土   拉力施力比   抗剪承载力   数值模拟  

摘要： 为研究拉剪复合作用下超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)中栓钉抗剪性能,设计并建立36个推出试件有限元模型,通过有限元模拟研究拉剪比、混凝土强度和栓钉直径对栓钉抗剪性能的影响规律。研究结果表明,拉剪复合作用下UHPC中栓钉破坏主要表现为根部剪断并伴随周边混凝土局部损伤。随着拉力施力比增大,栓钉根部颈缩现象愈加明显,其抗剪承载力逐渐降低;提升混凝土强度可以增强栓钉抗剪强度,但增强效果不显著;栓钉直径越大抵抗拉力削弱能力越强。基于有限元模拟数据,与现有文献中拉剪复合作用下的拉剪关系计算模型展开对比,发现蔺钊飞所提出的公式最为合理。该研究可为预测拉剪复合作用下栓钉抗剪强度提供理论参考。

关键词： 偏心管储热装置   相变材料   金属泡沫   传热增强   数值模拟  

摘要： 为有效提高相变储热单元的储热性能,本文利用数值模拟方法对填充泡沫金属-石蜡复合相变材料的偏心式三管相变储热器进行熔化性能及结构改进研究,重点分析了偏心率、换热温差(ΔT,传热流体温度与相变温度之差)及泡沫金属孔密度对储热性能的影响。研究结果表明,偏心率H对三管储热器的储热性能有显著影响,低正偏心率时结构顶、底部熔化协同性好。此外,相变材料的熔化速率随着偏心率增加先增大后减小,最优偏心率为2/15。与同心管结构相比,其完全熔化时间缩短12.36%。此外,与同心管结构相比,当H≤-1/15或H≥4/15时,偏心设置均会起到抑制传热作用。提高换热温差能显著提高传热速率,且随着换热温差持续增加,其单位温差对熔化的促进作用在缓慢衰减,综合来看,换热温差为10℃时,其换热效果较好。针对偏心率H=0、2/15和-4/15三种结构的储热器,换热温差由5℃升至20℃,完全熔化时间优化率提高了58.30%、59.62%和54.15%。减小孔密度有利于增强相变材料熔化过程中的自然对流传热,当ΔT=10℃且偏心率为2/15时,偏心管结构孔密度由50PPI(1 in的平均孔数,1 in=2.54 cm)减小至30PPI,熔化时间优化率4.52%。

关键词： 采空区稳定性   数值模拟   有限差分法   矿柱回收   安全措施   地压控制  

摘要： 以福建某铅锌矿采空区为研究背景,通过对矿区的自然地理条件详细调查,建立了三维力学分析模型,定量评价了采空区的稳定性。利用数值模拟技术,通过有限差分法,模拟了单采空区和采空区群的稳定性,发现其受原岩应力、结构面、岩性、地下水条件等多种因素影响。基于稳定性综合评价指标体系,将采空区围岩稳定性划分为稳定状态、基本稳定状态、欠稳定状态和不稳定状态4个等级,其中3个不稳定采空区位于160~170 m中段,存在较高失稳风险。针对不同采空区,提出了以封闭隔离为主的处理方案,辅以废石堆填和巷道加固措施。同时,评估了矿柱回收的可行性,确定了回收原则和条件。研究表明,合理的采空区处理和矿柱回收方案对保障矿山安全生产和资源高效利用至关重要,并建议采取有效的地压控制措施,及时调整开采方案,确保矿山长期稳定运营。

关键词： 道砟   有砟道床   离散元法   数值模拟   道床加固  

摘要： 为探究不同加固措施的作用机理和适用环境,基于离散元法(DEM)建立了三维有砟道床道砟箱模型,在此基础上,分析了道砟胶与道砟垫两种加固措施的作用机理及对有砟道床道砟颗粒运动模式、接触力以及轨枕运动的影响。研究表明:高频振动会加剧道砟颗粒的重新分布与轨枕沉降,道砟胶和道砟垫两种加固手段对抑制道床性能劣化均有显著效果,能够有效延缓轨枕位移累积速率;道砟胶主要通过粘结作用约束颗粒运动使位移分布均匀化,在高频下依然能保持良好的加固效果;道砟垫则通过界面摩擦与弹性支撑抑制颗粒相对位移,效果在高频加载模式下略有衰减;高频振动主导的铁路区段更适合使用道砟胶加固,低频荷载场景中道砟垫的表现更好。