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关键词： 白鹤滩水电站   围岩稳定   渗流   安全监测   数值模拟  

摘要： 白鹤滩水电站是我国第二大水电站,左岸地质条件复杂,地下洞室规模巨大,蓄水后厂房区域存在渗水现象,渗流作用对围岩变形和稳定性具有一定影响。为研究左岸地下洞室在蓄水过程的围岩稳定性问题,采用现场监测数据和数值模拟相结合的方法,分析库水位抬升影响厂区围岩变形的作用机制。利用监测数据分析厂区地下水自由面、渗压、渗漏量等渗流场特征,揭示厂房围岩变形规律和应力变化趋势;基于稳定渗流理论,采用有限单元法模拟上库蓄水至640、775和816m水位时的左岸渗流场;通过有限差分数值仿真软件FLAC3D,研究地下水渗流对围岩变形的影响。数值模拟与监测结果对比反映两者变形规律基本一致,研究结果表明:蓄水过程中,白鹤滩水电站左岸地厂围岩变形与上库水位呈正相关,岩体变形量随库水位上升而逐渐增大,上游岩台最大位移可达8.27mm;上库水位提升导致厂区渗流场发生改变,在地质构造发育区域尤为明显,厂区渗流场改变是蓄水期地下厂房围岩变形的主要原因。整体而言,蓄水期白鹤滩左岸地下厂房围岩稳定性良好,可通过扩大错动带C_(2)截流洞长度或加密错动带C_(2)揭穿区域的排水孔的方式来减弱错动带C_(2)渗流对厂房围岩稳定的影响。

关键词： 高温热管   涡轮导叶   计算流体力学   减阻结构设计  

摘要： 为了提高热管型涡轮导叶的热防护效能,根据实际叶片及涵道尺寸对涡轮导叶热管建立了1∶1数值仿真模型,并通过扭转叶片角度、改变截面形状等手段对冷凝段结构进行优化。采用源项添加法分别对优化前后的两种涡轮导叶进行数值模拟,得到热管内部以及涵道气体的物理场并加以比较。研究结果表明,优化后的结构在降低外涵道压降的同时,提高了冷凝段换热面积。外涵道进出口压降仅为优化前的48%,优化后冷凝段换热面积扩大了10倍,叶片热端平均温度比优化前降低了239K,热防护效果有所提升,所提出的优化结构相比于传统结构对发动机性能的影响更小。

关键词： 冬季积雪   燃煤排放   人为氯   数值模拟   N_(2)O_(5)   ClNO_(2).  

摘要： 五氧化二氮(N_(2)O_(5))和硝酰氯(ClNO_(2))已被确定为污染的对流层中重要的活性氮物质.ClNO_(2)是高活性氯自由基的前体,影响大气的氧化过程.本研究开展了N_(2)O_(5)和ClNO_(2)的长时间序列野外观测,并结合CAMx三维数值模型,对京津冀和东北地区积雪期ClNO_(2)浓度变化进行了研究.研究结果表明,BT09方案在模拟ClNO_(2)浓度上优于YU20方案,这是由于积雪期大气中气溶胶表面形成冰膜,从而改变了气溶胶的含水量,影响了N_(2)O_(5)的吸附性(γN_(2)O_(5))和ClNO_(2)的产率(φClNO_(2)).燃煤过程中人为氯排放的主要物种HCl、PCl和Cl_(2)的年排放量显著,分别为180.53Gg、20.51Gg和7.29Gg.积雪覆盖条件下,沿海城市地区,温度升高导致雪粒表面液态水增多,增强了N_(2)O_(5)的水解作用.同时,耦合燃煤排放的氯化物并纳入地表的非均相N_(2)O_(5)化学反应,显著提升了ClNO_(2)的模拟精度,表明人为氯排放在特定区域对ClNO_(2)浓度具有决定性影响.本研究为深入理解大气氧化性及其控制策略提供关键科学依据.

关键词： 电气设备   地震响应   多跨耦联体系   软导线   数值模拟   有限元模型   设备频率   垂跨比  

摘要： 变电站电气设备在震中可能遭到严重损坏。先前大部分研究均针对单体设备或单跨耦联体系的地震性能,而在实际情况中,通过软导线耦联的多个设备将影响其余设备的地震响应。因此,提出了一种基于运动方程的数值解法,用于多跨软导线—单体设备耦联体系的地震响应。为了该方法的准确性,构建了相应的五跨包含6个不同电气设备的耦联体系有限元模型,并对比了两者的地震响应分析结果,随后研究了设备频率和软导线垂跨比对耦联体系地震响应的影响。分析表明:该数值方法与有限元模型计算结果高度吻合,峰值加速度和相对位移的最大相对误差的绝对值分别为9.85%和10.64%;导线张力和设备地震响应与相邻设备频率比呈正相关关系。该方法对于改进变电站电气设备抗震设计和配置具有实际意义。

关键词： 半焦   生物质   无焰富氧燃烧   燃料氮   数值模拟  

摘要： 随着煤化工行业的快速发展,产生了大量半焦,但其大规模低碳利用仍存在挑战。半焦挥发分含量较低,在燃烧过程中常面临着火困难和燃尽率低的问题。掺混燃烧特性相对较好的生物质可望改善半焦的燃烧性能,提高燃尽率。由于半焦固定碳含量较高,燃烧会产生大量CO_(2)。无焰富氧燃烧既能实现高浓度CO_(2)捕集,又能显著降低NO排放。但是目前半焦掺混生物质在无焰富氧氛围相关的研究较少,氮转化特性尚不明确。为了研究无焰富氧气氛半焦和生物质掺烧的燃料氮转化特性,采用数值模拟方法,在对模型进行详细验证的基础上,深入探讨生物质掺混比对掺烧过程氮转化特性的影响,并对不同类型NO的单独贡献进行分析。结果表明:无焰富氧燃烧下,炉内烟气的卷吸效应始终保持在较高水平。随着生物质掺混比增大,炉内高温区提前,峰值温度升高,同时低氧区范围扩大,挥发分含量增加,CO含量增多并且分布区域更广;与纯半焦燃烧相比,纯生物质燃烧的峰值温度升高了105 K。当生物质掺混比为25%时,出口总NO浓度显著降低;当生物质掺混比在50%~100%时,出口总NO浓度无明显变化。出口总NO浓度主要由燃料型NO生成量和NO再燃量决定,其中燃料型NO起主导作用。随着生物质掺混比由0增大到75%,NO再燃量由5×10^(-6)增加到35×10^(-6)。当生物质掺混比小于50%时,燃料型NO生成量不断降低,其中半焦NO的生成减少占主导地位,生物质NO的增加对燃料型NO的影响有限。推荐采用25%的生物质掺混比,在此条件下能有效抑制NO的生成;与纯半焦燃烧相比,此时出口总NO体积分数降低了33%,主要是因为燃料型NO生成量减少了30%,而NO再燃影响相对较小。

关键词： 制动板   增阻   高速列车   数值模拟   参数优化   气动阻力  

摘要： 随着高速列车速度提升,安装风阻制动板成为解决紧急制动力不足的有效手段。为提高制动效率,设计了一种开孔式制动板,对其设计参数(孔数量、孔间距、孔直径)和安装参数(安装角度、安装数量)开展研究。通过建立高速列车空气动力学数值仿真模型,采用基于SST k-ω湍流模型的雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds averaged Navier-Stokes,RANS)方法,对比研究了配备平板式与开孔式制动板的气动性能,并系统分析参数对制动性能的影响规律。结果表明:开孔式制动板较平板式制动力显著提升;制动力随开孔数量、孔间距、孔直径增大呈现先增大后减小的趋势,其中制动板设置为8孔、孔间距为135 mm、孔直径为20 mm时制动力最大;安装角度为90°(垂直水平面)时制动性能最优,最优参数组合使列车气动阻力增加4.65%;此外,随制动板安装数量增加,列车制动力先增大后减小,即在本文研究条件下安装12块制动板时制动效果最佳。

关键词： 木材干燥   传热传质   干燥应力   数值模拟  

摘要： 木材干燥是提高木材加工性能和制品品质的核心环节,其多尺度构造及各向异性导致传热传质过程呈现强非线性特征。数值模拟通过构建多物理场耦合模型,可精准解析干燥应力演化及热质传递机制,为优化干燥工艺提供理论依据。文中综述木材干燥多场耦合数值模型的研究进展,重点分析有限元法、扩展有限元法及计算流体动力学在应力预测、裂纹扩展模拟及干燥窑流场优化中的应用,并结合智能算法探讨能耗控制策略。研究表明,跨尺度建模与多场耦合分析是提升模拟精度的关键,而人工智能技术可以突破传统模型的维度限制。未来需融合多场耦合机理与数据驱动方法,发展高精度数字孪生系统,推动木材干燥向智能化、低碳化方向发展。

关键词： 火箭弹冷发射   内弹道特性分析   层铺动网格   数值模拟   燃气发生器工作时间  

摘要： 火箭弹冷发射是一种借助发射筒内的燃气发生器把火箭弹从发射筒中弹射出去,在弹体离筒后再点燃主发动机的发射方式。为保证火箭弹在冷发射过程结束时能获得满足发射要求的出筒速度,对于冷发射装置的结构进行设计及改进,并研究发射过程中的内弹道特性。建立了火箭弹冷发射装置的二维轴对称模型,采用层铺动网格技术以及流体控制方程,对于燃气发生器在相同药量、不同工作时间情况下的发射筒内部流场进行数值模拟,获得了各工况下的发射筒内压力和弹体运动特性曲线。仿真结果表明:在药柱质量相同的情况下,燃气发生器工作时间的增大,会导致火箭弹出筒时间延长、出筒速度降低,但也会使发射筒内压力与加速度峰值减小,弹体加速度变化速率更加平稳,降低发射过程火箭弹过载。

关键词： 软岩   大断面硐室   变形破坏机理   加固方案   数值模拟  

摘要： 深井复杂地层矿山大断面软岩硐室在高应力、开挖扰动及自身软岩影响下,常发生严重变形破坏,威胁工程安全。本文以毛坪铅锌矿盲混合井大断面软岩卷扬机房硐室为研究对象,通过岩体质量评价、现场破坏形式调查及原支护方案下围岩变形破坏机制分析,系统探讨了软岩大断面硐室围岩变形破坏机理及影响因素。研究结果表明:①现场调查得出硐室围岩的岩体质量极差,节理裂隙发育,松散软弱,主要破坏形式有帮部开裂、顶部石炭系地层垮塌及支护结构破坏,破坏主要受地质因素、设计因素及施工因素共同影响;②通过软岩塑性区理论计算,揭示了支护力与塑性区半径的关系,提出了“720 kN级抗剪预应力长锚索+600 kN级预应力锚索+300 kN级预应力锚索+钢板+喷射混凝土+钢带+卷扬机基础底板C40钢筋混凝土”的综合加固方案;③采用FLAC3D数值模拟分析得出:硐室开挖后围岩应力集中明显,最大位移达11 cm,随时间增加变形持续增大,300 d后位移达29 cm;支护后围岩变形逐步收敛,位移稳定在31 cm,验证了加固方案的有效性;④现场监测数据显示,锚索应力计受力在60 d后趋于稳定,围岩变形得到有效控制,卷扬机房硐室围岩稳定性显著提升。该研究成果显著提高了围岩自承能力和整体支护强度,有效控制了围岩流变,为类似深井复杂地层大断面软岩硐室工程的设计与施工提供了理论依据和实践参考。

关键词： 水文地质条件   岩土体力学特性   影响机制  

摘要： 水文地质条件是影响岩土体力学特性的重要因素之一。本文从渗流作用、软化作用、溶蚀作用和冻融作用四个方面探讨了水文地质条件对岩土体力学特性的影响机制,并基于数值模拟方法定量分析了不同水文地质条件下岩土体的力学响应,通过数值模拟发现,渗流作用会引起有效应力的变化,导致岩土体强度和刚度降低;软化作用使得岩土体发生体积膨胀,强度和刚度明显下降;溶蚀作用改变了岩土体的颗粒结构和胶结特性,降低了岩土体强度;冻融作用引起孔隙水发生相变,导致岩土体产生冻胀力,破坏其原有的结构,降低岩土体强度。数值模拟结果与试验结果吻合较好,验证了水文地质条件影响下岩土体力学特性演化规律的合理性,因此本文的研究成果可为岩土工程设计和施工提供理论依据和技术支撑。