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关键词： 铅底吹熔炼炉   熔池熔炼   数值模拟   多相流  

摘要： 底吹炼铅熔池熔炼工艺为我国自主知识产权的先进炼铅工艺。该工艺的关键设备铅底吹熔炼炉炉内熔体与富氧空气间的多相流动行为对于底吹炼铅熔池熔炼过程至关重要。因此,以铅底吹熔炼炉为原型,建立熔炼炉物理模型与炉内气-液两相流动的数学模型,进行铅底吹熔炼炉内基准工况的数值模拟与分析,得到炉内关键参数及其影响规律。结果表明:富氧空气在熔池中的平均停留时间为0.35 s;熔池内流体平均运动速度为0.18 m/s,平均湍动能为0.092 m2/s2,气相平均上升速度约为4 m/s;熔炼炉的活性反应区主要分布在氧枪附近、靠近熔池液面的区域,稳定后该区域的气含率为5.02%;氧枪区域上方炉顶的熔体喷溅现象较为严重。

关键词： 有限单元法   起伏地形   双二次插值   点源直流电场   正演  

摘要： 传统的有限单元数值模拟通常假定物性参数在单元内是常数。为了适应野外实际电导率连续变化的情况,提高数值模拟的精度,提出电导率在单元内连续双二次变化的2.5维直流电阻率测深有限单元数值模拟方法。首先,给出波数域点源直流电场的变分问题;然后,设计三角单元网格以模拟起伏地形,在单元内对电导率和电位进行双二次插值,推导出一组新的插值系数,生成系数矩阵,将第三类远边界条件简化为第二类齐次边界条件,从而简化计算过程;最后,采用Cholesky分解法求解线性方程组,得到波数域电位,根据最优化方法选取一组Fourier反变换的系数和加权系数,对波数域电位做Fourier反变换,得到空间域电位。通过对比两种边界条件下水平层状模型的模拟结果,简化的第二类边界条件既能保证计算精度又能提高计算效率。模型模拟结果验证了该方法的可靠性。

关键词： 水冷型烟道   两相流动   颗粒沉积   数值模拟   矿热炉   镍铁  

摘要： 通过数值模拟,研究了镍铁冶炼中矿热炉烟气回收过程中烟气颗粒沉积特性;利用Grant和Tabakoff提出的颗粒反弹模型及临界速度模型,建立颗粒沉积模型;利用RNG k-ε湍流模型,模拟了烟气流场;研究了水冷型烟道和保温型烟道颗粒沉积特性以及烟气流速对烟道颗粒沉积的影响。研究发现,水冷型烟道的沉积速率明显低于保温型烟道,采用水冷型烟道能有效减少烟道内颗粒沉积;随着烟气流速的增加,颗粒沉积速率降低,并且烟气的最佳流速为7 m/s。

关键词： 平武县   泥石流   运动特征   物理模型试验   数值模拟   致灾特性   桥墩冲击特性  

摘要： 双岔沟泥石流沟地处四川省绵阳市平武县,该沟于1982年爆发过大型泥石流,并在2011~2013年每年夏季爆发过泥石流,大量泥石流堆积物顺沟而下,堵塞道路及河道,对国道G247、沟口村民及九绵高速(九寨沟—绵阳高速)造成威胁。对此,基于现场调查资料及无人机航拍数据,笔者等通过物理模型试验及数值模拟方法,对该沟泥石流运动特征及致灾机理进行分析,并对治理措施防治效果进行评估。研究表明该沟泥石流容重为1.39~1.67 t/m^(3),洪峰流量为42.6~112.7 m^(3)/s,属于稀性泥石流。泥石流运动演化数值模拟表明,在10年一遇流量情况下,泥石流启动后于800~1000 s时段内将通过双岔沟大桥并可能对桥墩造成冲击,此时泥石流流速为4.15 m/s,1200 s后泥石流到达堆积区,对沟口建筑及河道造成威胁。物理模型试验表明在堆积区泥石流流速随运动距离增加而减小,对桥墩的冲击力在桥墩底部最大,并随高度及桥墩与沟口距离增加而下降,特别是前者下降幅度较大;泥石流遇到桥墩后被分成左右两股快速向桥墩侧后方扩张,泥石流冲出物不仅对桥墩形成冲击力还会堆积在桥墩附近对桥墩造成横向压力。流固耦合分析表明,泥石流洪峰通过桥墩过程中,泥石流流体将出现“爬高”现象,首先接触到泥石流龙头的桥墩基底将产生最大压强115.0 kPa,随后压强呈“半椭圆环”状分布顺桥墩竖直向上传递,桥墩最大主应力为0.75 MPa,受此影响在桥梁顶端将产生位移约0.21 mm。

关键词： 煤粉颗粒物   数值模拟   RNG-k-ε湍流模型   DPM模型   沉积特性  

摘要： 在锅炉燃烧过程中,煤粉颗粒物在烟道中的沉积影响换热效率和运行安全。通过构建具有速度入口和压力出口的三维梯度弯管模型,采用欧拉方法和RNG-k-ε湍流模型,结合增强壁面函数,对颗粒相采用拉格朗日法的DPM模型进行追踪,研究了颗粒粒径为2.0~9.5μm、密度为895 kg/m3时的流场和颗粒沉积情况,考虑了重力和阻力等的作用。研究结果表明,弯曲率为5.6的弯管,颗粒沉积特征随斯托克斯数(St)和渐变系数(n)的变化而变化;当n=0.75时,颗粒在弯曲内壁的沉积数量最多;当n在1.00~1.75时,随着n的增加,颗粒在弯曲内壁的沉积数量逐渐减少;弯曲外壁的颗粒沉积则随着n的增加逐渐减少,沉积富集区域向出口处移动。研究为锅炉烟道中颗粒物沉积问题提供了数值模拟依据,有助于优化设计和提高运行安全性。

关键词： 导叶式混流泵   数值模拟   反问题设计   参数分析   智能优化  

摘要： 为进一步研究混流泵的多工况优化,以一中比转数导叶式混流泵叶轮为研究对象,以反问题设计方法为基础,以轮毂及轮缘处载荷控制参数NC_(h),ND_(h),K_(h),NC_(s),ND_(s)和K_(s)为设计参数,以0.8 Q_(des)和1.1 Q_(des)(Q_(des)为设计流量)处效率为优化目标,以1.0 Q_(des)处扬程为约束条件,结合正交试验设计、最优拉丁超立方抽样法、径向基神经网络和非支配排序遗传算法,在参数分析的基础上对其开展多工况优化研究.结果表明:参数ND_(h),K_(h),NC_(s),ND_(s)和K_(s)对0.8 Q_(des)和1.1 Q_(des)工况处效率均具有显著影响,在优化设计中应该被重点考虑;轮毂及轮缘处后加载有利于小流量工况下效率的提升,而两者前加载则有利于大流量工况下效率的提升;优化后模型在0.8 Q_(des),1.0 Q_(des)和1.1 Q_(des)处效率分别为82.32%,88.13%和86.50%,较原始模型分别提升了0.73%,0.99%和1.55%.内流分析表明,叶轮进口处二次流的改善及导叶内湍动强度的降低是优化后模型效率提升的根本原因.

关键词： 斜坡前水平板   数值模拟   波浪反射   波浪爬高   流场特性  

摘要： 将水平板设置于斜坡前可有效降低波浪在斜坡上的爬高和越浪,减小波浪对斜坡及其后方基础设施的冲击破坏作用.为系统研究斜坡前水平板的波浪反射、流场、涡量场等水动力特性,基于OpenFOAM■开源软件包建立了数值模型,分析了斜坡坡度、水平板与斜坡坡脚水平距离、波高、波周期等因素对水平板波浪反射以及斜坡上波浪爬高的影响.研究结果表明:在斜坡前设置水平板可以降低波浪反射,背浪侧斜坡坡度存在一最优值4∶1使波浪反射系数达到最小值;斜坡坡度4∶1,水平板与斜坡坡脚水平距离为0.1倍波长时波浪反射系数达到最小值;波浪反射系数随波高的增加先增大后减小,但减小幅度较小;波浪反射系数随波长的增加先减小后增大,波长水深比为4.1时达到最小值.波浪相对爬高随水平板与斜坡坡脚水平距离的增加先减小后增大、随水平板长度的增加先增大后减小、随水平板淹没深度的增加先减小后增大,并分别在水平板与斜坡坡脚水平距离为0.25倍波长、水平板相对长度为0.25和水平板相对淹没深度为0.20时达到极值.

关键词： 红黏土路基   沉降特性   模型试验   数值模拟  

摘要： 为掌握车辆荷载作用下红黏土路基沉降变形规律,提升路基施工质量,保证公路运营安全,通过相关试验及数值模拟计算,系统分析了车辆荷载作用次数、路基埋深、含石量及行车速度等各项指标对红黏土路基沉降变形的影响。结果显示:车辆荷载作用次数越大,红黏土路基沉降变形越大,其中前期增幅较大,后期逐渐趋于平缓;路基埋深越大,红黏土路基沉降变形越小;红黏土路基含石量越大,其沉降变形越小,当含石量从32.5%增至45.5%时,路基沉降变形下降36.0%;红黏土路基沉降随行车速度增加呈现先增大后变小的变化规律。

关键词： 土石坝   非饱和   高斯过程回归模型   自学习策略   概率分析  

摘要： 针对目前非饱和土石坝渗流稳定概率分析研究中的不足,文章提出了一种结合自学习策略与高斯过程回归模型(GPR)的土石坝渗流稳定概率分析方法。通过考虑土石坝两种材料参数的变异性,利用GPR模型构建土石坝随机输入变量与最小安全系数(FSmin)之间的关系,并采用主动学习策略确定最优训练样本数量,从而有效提高计算效率。通过某土石坝验证可知,该方法与传统蒙特卡洛模拟(MCS)相比,计算效率提升约125倍。该方法为考虑不确定性因素的土石坝非饱和渗流稳定性分析提供了一种高效而准确的工具。

关键词： 小倾角斜井   反井钻机   CFD-DEM   扩挖出渣   数值模拟  

摘要： 反井法施工具有安全高效等优点,被广泛应用于竖井、斜井等地下工程。对于小倾角斜井,由于驱动力不足致使扩挖产生的岩渣不能自行从扩孔处滚动至斜井下方,从而易遇到出渣难的问题。基于CFD-DEM耦合方法,依托新疆哈密抽水蓄能电站出线洞斜井工程(倾角32.62°),建立水流辅助出渣计算模型,系统分析多种辅助水流流速条件下的岩渣运动情况,并探讨不同倾角斜井的携渣流速。结果表明:在辅助水流作用下,岩渣颗粒平均速度的时程曲线可分为快速增加和缓慢下降两个阶段;倾角相同时,岩渣颗粒的平均速度峰值和位移量均正比于水流速度;2 m/s的辅助水流可实现依托工程的出渣目标。相关研究成果可为类似工程出渣设计与施工提供技术指导和理论支持。