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关键词： K418高温合金   真空离心铸造   微观组织   力学性能   数值模拟  

摘要： 采用真空离心铸造技术制备了K418高温合金细晶铸环，并对其微观结构、力学性能及断裂行为进行了研究。该离心铸坯晶粒度达4级，并均匀分布着尺寸为200～300 nm的γ'相。结合数值模拟结果，分析了高速旋转产生的梯度流场和快速冷却条件对充型凝固过程和晶粒组织的影响。等轴晶区表现出优异的力学性能，抗拉强度达1 115.5 MPa，伸长率为12.4%。断口分析揭示了以微孔聚合为主的断裂机制，裂纹沿晶界、γ/γ'界面、碳化物周围及γ/γ'共晶相传播。

关键词： 四叶螺旋燃料   19棒束通道   体粒子图像测速   可视化实验   流场分布   数值模拟  

摘要： 本文利用体视粒子图像测速（SPIV）技术，对四叶螺旋燃料19棒束通道内的流场分布进行了可视化实验研究，主要获取了不同截面上整体的速度场分布，分析了螺旋燃料棒束在不同流速下不同高度截面通道内的轴向和横向速度分布规律；基于可视化实验棒束测试段，建立了相同结构的数值计算模型，开展了相同工况下螺旋燃料棒束通道内流场分布的数值模拟和对比分析。实验和数值分析结果表明：整体上，四叶螺旋燃料棒束通道内的轴流和横流流场整体上沿着高度方向呈周期性分布。对于轴向速度，不同流量下的流场具有相似的带状分布特点，通道中心区域速度相对较高；对于横向速度，不同流量下的流场具有相似的星状分布特点，且随着流速增加呈线性增大趋势，燃料凹槽附近通道区域横流速度较高；数值分析结果表明：SST k-ω湍流模型在流场分布方面的数值计算结果与实验测量数据具有较好的一致性，该模型对螺旋燃料棒束流场分析具有较好的适用性；流场具有明显周期性分布规律，不同流量下不同高度截面平均横流份额约为1.6%。

关键词： 水泵水轮机   无叶区   压力脉动   弱可压缩性   数值模拟  

摘要： 水泵水轮机在带部分负荷运行过程中，导叶与转轮流道间的无叶区压力脉动幅值相当高，且具有丰富的频率成分，包括动静干涉作用下的高频脉动和尾水管涡带形成的低频脉动。这种在水轮机部分负荷运行工况下的高幅值压力脉动严重影响了机组的稳定运行。为探究无叶区内部流场变化及压力脉动幅频特性、形成机理和传播规律，本文以水体的弱可压缩性角度出发，研究了不同单位转速下水泵水轮机无叶区在50%负荷发电工况的内流特性及压力脉动，并结合模型试验数据对比了可压缩模拟与不可压缩模拟在水泵水轮机压力脉动特性研究时的差异性，通过分析由水流可压缩性引起的压力波传播效应对水泵水轮机压力脉动数值模拟的影响，发现考虑水体的弱可压缩性对于无叶区中低频压力脉动成分的捕捉更为准确。

关键词： 空中爆炸   近水面   触水   水中爆炸   冲击波   实验   数值模拟  

摘要： 靠近水面的空中爆炸是舰船的重要威胁之一。为了研究水面传播冲击波的载荷特性，采用TNT/RDX（40/60）炸药开展了触水、近水和空中3种典型比高条件下的爆炸实验，测量得到了冲击波超压和爆炸的高速摄影图像。采用数值模拟方法进一步研究了爆炸现象和水面冲击波的载荷规律。结果表明：触水、近水和空中爆炸现象存在显著差异。触水爆炸时爆轰产物直接驱动水面形成半球形空腔，水坑边缘的水被挤压向上飞溅形成空心水柱；近水爆炸时爆轰产物对水面的碰撞作用相对较弱，水面上的冲击波主要以马赫波沿着水面向外传播；空中爆炸时冲击波在水面存在明显的规则和非规则反射区；在同等当量条件下，触水爆炸时的水面冲击波超压较近水爆炸的低，但水中冲击波压力更高，因此水面不能再看成刚性平面。通过数据拟合得到了触水和典型近水爆炸条件下，水面上水平距离0.5～4.0 m/kg1/3范围内的冲击波超压和正压持续时间计算公式，可为冲击波载荷计算和分析提供参考。

关键词： 盾构隧道   管片错台   现场监测   数值模拟   曲线段  

摘要： 为了揭示施工期曲线段盾构隧道管片错台的发展规律，考虑盾构隧道施工作业时间，设计可实时监测、高精度的玻璃容栅位移传感实时监测系统，依托合肥市轨道交通6号线某粉质黏土、最小转弯半径为355m的盾构区间隧道工程，考虑施工作业时间和不同施工阶段，采用现场监测和数值模拟方法，研究曲线段盾构隧道施工期管片错台的变化规律。研究结果表明，在卵石地层、黏土地层和硬岩地层条件下，圆曲线段隧道管片平均错台率分别为直线段隧道管片平均错台率的4.5倍、2.5倍和3.5倍。施工期管片错台的发展主要分为缓慢增加、快速增加、频繁波动和趋于稳定4个阶段。分析发现，隧道拱顶的管片错台量略大于曲线内侧，曲线内侧最终错台量是曲线外侧的8.7倍。管片错台量的增大主要发生在后续第二环管片施工中，此时浆液尚未凝固，受浆液浮力影响显著。施工期管片最终错台量的95%以上出现在前四环管片的施工过程中，盾构机推进阶段影响最为显著，几乎不受盾构机待机阶段影响。推进阶段中，油缸推力不均是导致曲线内侧和外侧拱腰错台值呈现差异的原因。曲线段隧道施工应注意对16点位和12点位管片错台量的控制。研究结果可为控制曲线段盾构隧道施工参数和提升曲线段盾构隧道施工质量提供参考。

关键词： 输水渠道   倒虹吸   流态优化   数值模拟   试验研究  

摘要： 倒虹吸流态紊乱对其过流能力以及结构安全有直接影响，对于大流量输水渠道，研究倒虹吸流态优化改善措施对于提升过流能力以及保障工程安全具有重要意义，以南水北调中线工程枯河倒虹吸为例，首先通过三维数值模拟还原倒虹吸现状流态，分析形成“卡门涡街”等现状流态产生根源，结合原型观测数据，验证了数值模拟的准确性，然后通过出口多方案流态优化措施的对比分析，确定倒虹吸流态优化的工程措施，解决了倒虹吸流态紊乱问题，最后根据工程优化措施实施后的原型观测数据以及加大流量数值模拟，进一步验证了流态优化工程措施的可靠性，并提出了针对有压倒虹吸流态紊乱问题的推荐措施方案，即在倒虹吸出口安装导流墩，且导流墩长度宜采用4倍或5倍墩宽尺寸，研究结果可为类似倒虹吸的工程设计和后续运行管理提供宝贵借鉴。

关键词： 爆炸冲击波   头部有限元模型   颅脑损伤   水下爆炸  

摘要： 在军事行动、工业事故等爆炸事件中，爆炸冲击波引起的头部损伤已成为主要致伤形式之一，而爆炸载荷下头部的损伤机理及损伤阈值仍不明确。本文采用数值模拟研究了爆炸载荷下头部的动态响应过程，分析了TNT药量、空气和水两种介质对颅脑的变形、压力和加速度的影响。首先，基于欧拉-拉格朗日耦合的方法建立了空气-头部流固耦合模型。在验证其有效性的基础上，从前额颅骨与脑组织的压力、加速度和频率等方面对头部动态响应过程进行了分析。研究发现，爆炸冲击波正面作用于头部时，前额颅骨的超压峰值达到613kPa，脑组织的超压峰值达到508kPa，并且颅骨会发生高频振动，振动频率可达7kHz。前额颅骨和脑组织受到的冲击加速度呈现先大后小的变化，同时颅内压呈周期性变化。在水下环境中，额叶、顶叶和颞叶脑组织压力出现高频的周期性超压波动，前额颅骨产生的超压峰值达到3.64MPa，远超过重度脑损伤的阈值235kPa。在水中，脑组织受到的压力峰值是空气中的5倍，加速度比空气中增加了5倍，频率则提高了2倍。该研究成果为理解爆炸冲击波对人体损伤的机制提供了新的视角，并为未来防护措施的制定提供了重要的参考依据。

关键词： 吸力桶基础   局部冲刷   波流耦合作用  

摘要： 为了探究波流耦合作用下不同工况时大直径吸力桶基础的冲刷坑形态及最大冲刷坑深度，基于福建省某海域项目典型海域水文地质资料，采用Flow-3D软件开展大直径吸力桶基础冲刷数值模拟研究。结合理论分析与数值模拟，系统研究吸力桶基础的冲刷特性，基于国外学者提出的简化模型，提出了满足实际工程安全要求的冲刷坑简化计算模型。结果表明:（1）吸力桶基础冲刷坑深度与水流、波高、露出土体高度、桶径、尺寸比成正比；（2）实际工程中吸力桶基础均采用变截面形式，使吸力桶基础具有一定的抗冲刷能力；（3）波流耦合作用下引起的吸力桶基础冲刷深度和冲刷宽度更大，冲刷发展更为迅速，最大冲刷深度大于仅波浪或水流作用下的深度，但发展到冲刷平衡稳定的时间要略慢于水流作用工况；（4）波流耦合作用下不同工况的吸力桶基础冲刷深度与时间具有较强的指数型函数关系。研究结果可为海上风电大直径吸力桶基础的安全评估提供参考。

关键词： 轴流泵   进口导叶   数值模拟   模型试验  

摘要： 为探究不同进口导叶叶片数对轴流泵装置小流量工况不稳定运行的抑制规律，采用雷诺时均N-S方程和SST k-ω湍流模型进行三维定常计算，选择不同叶片数的进口导叶方案进行对比分析。结果表明：大流量和设计流量工况下，进口导叶会小幅度增加轴流泵进水流道段的水力损失，对轴流泵的扬程和效率影响较小；小流量工况下，无进口导叶的轴流泵装置，进水流道段会出现流动回流和大范围回流漩涡，造成进水流道堵塞，产生能量损失。进口导叶会使泵进水流道的水力损失显著降低，同时泵的扬程和效率均有较大提高，其中5张进口导叶叶片数对轴流泵的扬程和效率提升效果最明显；随着流量的减小，进口导叶的设置使轴流泵进口流场的回流被抑制，预旋作用被削弱，同时泵进水流道内的流态紊乱程度得到改善，能够有效改善小流量工况下的流动不稳定现象。

关键词： 风能   青藏高原   数值模式   声雷达   中微尺度耦合   冰川风  

摘要： 藏南高原谷地具有丰富和非常丰富等级的风能资源，且地理环境和电网条件都有利于风能开发利用。为此，重点研究藏南高原宽谷地形风能资源形成机制。通过开展中尺度模式与CFD耦合的数值模拟研究，并采用气象站和声雷达测风数据进行分析验证，得到结论：山谷风环流是藏南谷地风能资源形成的主要因素；日出后，雪山顶部升温慢，山谷中荒漠地表升温迅速，显著的温差产生气压梯度力，从而形成冰川风，导致青藏高原普遍存在的午后大风现象；中尺度与CFD耦合的数值模拟方法能够有效地将局地大气环流背景风场传递到CFD模拟计算中，提高对风电场风资源特性的认识；高原河谷地形存在风向的日变化，在布设测风点之前最好通过中尺度数值模拟认清风电场区的局地大气环流背景风场的变化特征。