教学课程资源库 更多>>

关键词： CO   干法压裂   对流换热   数值模拟   滤失   超临界CO  

摘要： 数值模拟研究了液态CO2压裂液在页岩储层中的传热传质过程，以裂缝温度场、压力场和密度场为研究重点，分析了页岩裂缝中换热影响因素。研究表明：①沿着裂缝延伸的方向，CO2压裂液温度逐步升高，达到峰值后略有下降，最终趋于稳定；压力逐渐降低，初期下降率较缓，后期急剧下降，最终趋于稳定；密度逐步减少，达到最低点后略有上升，最终趋于稳定。②沿着裂缝延伸的方向，注入的CO2压裂液排量增加，其温度上升速度逐渐减缓，达到最高温度后有所下降；注入的CO2压裂液温度上升和CO2压力增大，达到的稳定温度值也会增加。随着CO2压裂液的排量增加、温度降低和压力增大，总体滤失量会变少。③为形成复杂裂缝网络，储层需注入较大的排量，高温储层适合注入较低温度的CO2压裂液。高强度、低渗透性储层需要较高的注入压力来压开裂缝，弱胶结、易破碎储层则需谨慎控制注入压力。

关键词： RTM-预浸料工艺   共固化   数值模拟   优化   实验验证  

摘要： RTM-预浸料工艺界面处预浸料和树脂固化的不同步导致了明显的固化度梯度，使得界面力学性能下降，但是目前少有共固化过程的数值模拟和对其固化制度的探索。基于环氧树脂和碳纤维/环氧树脂预浸料的固化动力学模型，利用ABAQUS 软件的二次开发对共固化过程进行数值模拟，从而优化工艺曲线参数使界面处两树脂同步固化，并通过短梁剪切实验和双悬臂梁实验验证了模拟结果的可靠性。结果表明，界面的两种材料存在放热耦合作用，但对界面材料的固化影响很小；在不同固化制度下层合板界面层短梁剪切强度和I型层间断裂韧性均优于预浸料层，且在约5 ℃/min的升温条件下升温至180 ℃保温2 h的固化制度下，层合板力学性能优于其他固化制度，对实际生产具有一定的指导意义。

关键词： 相变储热   拓扑优化   强化换热   数值模拟   肋片结构  

摘要： 相变储热是利用材料在相变时吸收/释放大量相变焓进行储/放热的储能技术，具有储能密度大、温度变化小、体积占用小等优势。本文将拓扑优化与相变储热结合，以管壳式相变储热单元为研究对象，通过无量纲化控制方程建立了优化计算的数学模型，讨论了材料热扩散率之比、Stefan数以及自然对流效应对肋片结构的影响。对拓扑优化结果进行几何重构，并与普通直肋结构和未经重构设计的优化结构进行数值模拟和比较分析。结果表明，自然对流效应对拓扑优化设计结果的影响显著，导热设计与对流设计表现出明显差异化的肋片结构。降低热扩散率之比或增大相变材料的Stefan数都能促进肋片结构的径向生长。对五种肋片结构的模拟结果表明，拓扑优化设计明显提升了储热单元的换热效率，对流设计使模型平均温度达到0.9的时间缩短了30.1% ，材料完成相变所需时间缩短了50.8%。此外，导热设计和对流设计在不同的应用场景和储能目标下具有各自的优势，应根据实际需求选择。本文对相变储热装置的优化设计提供了一定的参考。

关键词： T22钢   CPE顶管   壁厚精度   应力/应变   数值模拟  

摘要： 应用Simufact软件对典型规格荒管顶管过程中的壁厚不均问题进行三维弹塑性有限元模拟，研究顶管过程中轧件的金属流动、应力/应变、横向及纵向壁厚分布规律，并对模拟结果进行了物理验证。在分析壁厚不均产生原因的基础上，对4个可调机架旋转30°改善荒管的横向壁厚不均，并通过辊缝压下对荒管头尾壁厚进行削减。结果表明：荒管横向壁厚分布为孔顶处到侧壁30°处壁厚值逐渐增大，侧壁30°处到辊缝处壁厚值逐渐减小；荒管纵向壁厚分布为头部壁厚偏薄，中段壁厚值相对平稳且略微增大，尾部壁厚增厚；可调机架旋转30°后，荒管侧壁30°处最大壁厚值减薄明显，孔顶和辊缝处最小壁厚值有所增加，横向壁厚不均度明显改善，由原工艺的6.98%下降到4.04%；当辊缝压下0.2 mm时，荒管头尾壁厚削减值分别为0.22和0.13 mm，横向壁厚不均度分别为3.71%和4.84%；当辊缝压下0.5 mm时，荒管头尾壁厚削减值分别为0.35和0.26 mm，横向壁厚不均度分别为3.24%和4.36%。本研究可为顶管机组实施荒管头尾壁厚削尖工艺提供科学依据。

关键词： 大电流   弧根运动   开断容量   CuW触头   烧蚀  

摘要： 新型电力系统对配电网的承载能力和运行可靠性提出了更高的要求。大电流的开断造成的触头烧蚀威胁配电网安全运行，制约了低压断路器朝着更大开断容量和更高电寿命发展。本文以CuW触头为研究对象，建立了大电流电弧触头烧蚀模型。考虑了电弧与触头间的能量传递及其弧根运动，触头材料的熔化和蒸发以及触头形貌变化。模型计算了CuW10、CuW30、CuW50和CuW70触头的温升、熔池分布、烧蚀形貌以及蒸发质量。仿真结果表明，触头材料中引入W降低了凹坑深度，减小了烧蚀质量，但将触头温度达到其熔沸点时刻提前，增加了凹坑宽度。不同W含量触头表面凹坑面积接近，但深度大于25微米部分凹坑面积随着W含量增加而减小，因此，增加触头压力，使得超程大于25微米时，能够在保障减小触头烧蚀质量的同时优化接触性能。本文采用的弧根运动处理方法能够准确模拟大电流电弧在触头表面运动及其对触头的烧蚀，为不断扩容的触头烧蚀模型建立奠定基础。

关键词： 钢筋混凝土   裂纹形貌   结构耐久性   非均质性  

摘要： 水工钢筋混凝土服役于各种复杂环境中，研究钢筋锈蚀导致混凝土损伤开裂的影响因素，对于预测结构耐久性和制定修补方案十分重要。以韶山灌区钢筋混凝土锈胀开裂为例，基于PF＿CZM相场断裂模型，建立单根钢筋锈蚀模型，分别模拟并分析了保护层厚度、混凝土材料强度、非均质性和骨料分布对于锈胀开裂的影响。模拟结果与实际观察到的保护层破坏形态相近。研究表明，保护层厚度主要影响保护层锈胀开裂形貌，随着保护层厚度的增加和钢筋直径的减小，两条主裂纹之间的夹角不断增加。但对于保护层出现明显损伤和明显裂纹时的位移无明显影响，因此对结构的耐久性影响不大。混凝土材料强度和非均质性主要影响结构的耐久性，随着混凝土材料强度和材料的均质性的增加，保护层出现明显损伤和裂纹时的位移将增加，而裂纹拓展形貌无明显变化。

关键词： 高放废物   深地质处置   数值模拟   放射性核素迁移   安全评价   地下水环境  

摘要： 核能的开发与利用产生大量高放废物，这些废物具有强放射性、高毒性、热量显著并且半衰期长，很难用传统的物理、化学、生物手段有效去除。目前，深地质处置被广泛认为是高放废物最有效的处理方案，其安全评估的关键在于深入研究放射性核素在地下水中的迁移行为。近年来，数值模拟技术与高放废物处置不断深入结合，以计算机驱动的数值模拟在高放废物处置核素迁移领域取得了巨大进展。本研究通过广泛的文献调研，介绍了高放废物处置中核素迁移的机制与过程，回顾了该领域的数值模拟研究经验，并归纳总结了核素迁移的影响因素，同时对未来高放废物地质处置中核素迁移研究的发展方向提出了展望。研究结果表明，核素迁移模型的选择应综合考虑研究区域的规模和裂隙发育程度; 核素的形态与性质是决定核素迁移行为的关键因素，而岩石裂隙网络、胶体存在、地下水成分等因素会显著影响核素的迁移路径和速率。尽管取得了显著进展，数值模拟在实际应用中仍面临诸多挑战，如精确模拟多尺度、多相流动，处理复杂地质结构和异质性材料等。此外，模型验证和不确定性分析也是亟待解决的重要问题。未来研究应着力优化数值模型，提高模拟精度，推动多学科交叉研究，以更好应对高放废物处置中核素迁移的复杂性和不确定性。

关键词： 洪水条件   水库流场   水温分层   三维数值模拟   时空动态特征  

摘要： 掌握洪水条件下水库流场和水温结构的动态变化对于水质管理和生态安全至关重要。以河道型水库BLH水库为典型案例，基于Delft3D模型建立了三维水动力水温模型，使用水温分层指数（RWCS）量化水温结构，分析了不同洪水条件下的流场和水温特征。坝前和库中心表底层水温模拟的R2分别为0.989和0.982，模型效果良好。结果显示，水温结构受水流形态和流速影响，入库流量增加会降低水库RWCS/H，削弱水温分层；受洪水影响从河流区到湖泊区温跃层厚度逐渐增加，随入库径流增大各区温跃层占水深的比值呈现下降的趋势。洪水对水库温跃层的影响从库尾到坝前逐渐减弱。径流越大其潜入库区的位置越往下，水体扰动越强，水体热分层结构破坏程度越大，垂向水温分布会趋于一致。

关键词： 搅拌摩擦焊   温度场   数值模拟   AA2195铝锂合金   AZ31B镁合金  

摘要： 利用ABAQUS软件及DFLUX子线程接口建立了AA2195铝锂合金和AZ31B镁合金搅拌摩擦焊的热源数值模型，研究焊接参数对温度分布的影响，并与试验结果进行对比验证。结果表明：转速在2000 r/min，焊接速度在900 mm/min时获得较好的焊缝；垂直于焊缝的横向温度分布中，峰值温度出现在距离对接线1 mm左右的AZ31B镁合金侧，AA2195铝锂合金侧的最高温度在焊缝中心的对接线上；沿着焊深方向最高温度有向对接线侧偏移的趋势；峰值温度与焊接速度呈逆相关，与转速呈正相关；焊接速度的改变相较于转速的变化对温度的影响更显著；焊缝质量随着焊接速度的增加得到改善；通过Arrhenius方程描述粘连和飞边缺陷的形成，当焊接温度升高时，粘连和飞边缺陷形成的可能性增加。