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关键词： 导模法   氧化镓   辐射模型   热场   数值模拟   应力  

摘要： 采用导模法(EFG法)生长高质量的氧化镓单晶时,炉内的辐射传热对晶体生长过程中的温场分布、应力分布等具有显著的影响。本文采用Rosseland方法、P1近似方法、离散坐标法(DOM)等3种不同辐射模型,对生长氧化镓单晶的三维热场分布进行有限元分析,采用热弹性应力模型分析求解晶体在不同热通量下的应力分布情况。数值模拟结果表明,采用不同辐射模型计算的热场存在明显差异:在相同的加热功率下,Rosseland辐射模型的固液界面温度梯度最小,DOM方法具有最大的温度梯度;在相同热通量下,DOM辐射模型在冷却初期表现出最高的热应力,而Rosseland模型在冷却的最后阶段热应力最高;在不同的热通量条件下,Rosseland辐射模型的应力和温度变化最显著。该研究工作为氧化镓和其他相关单晶材料的生长热场设计提供一定的理论指导。

关键词： 深部开采   掘进巷道   矿井热源   热害控制   理论计算   数值模拟  

摘要： 随着矿井开采深度的增加,井下高温热害逐渐成为制约矿山可持续发展的难题。独头巷道掘进因难以形成贯穿风流,使得高温问题尤为突出。以独头掘进巷道为对象,建立数学计算模型,运用热力学与传热学基本原理,建立了掘进巷道内风流能量方程,求解得到独头掘进巷道内关键点的风流温度预测公式;运用VisualBasic语言编程技术,编制了高温矿井独头掘进巷道风流温度预测计算程序,有效解决了风温预测的计算工作量大和参数选取循环的问题;运用FLUENT对独头掘进巷道进行巷道内温度场分布模拟,为制冷降温热负荷计算提供依据。以某金矿掘进巷道为实例,计算温度平均误差在0.88~1.77℃,与施工现场实际情况基本吻合,验证了该预测模型的可靠性。

关键词： 安全工程   地下封闭空间   变压器火灾   燃烧面积   数值模拟   风险  

摘要： 为了研究燃烧面积对地下封闭空间变压器火灾风险的影响,结合北京市某地下变电站真实场景,采用FDS数值模拟方法,建立了全尺寸地下变压器室模型,对比了不同燃烧面积下地下变压器室内烟气、温度、气体体积分数等数据,并开展了相应的风险分析。结果表明,地下封闭空间变压器火灾可分为初始阶段、下降至火源位置阶段、全遮挡火焰阶段和充满空间阶段。烟气层的下降速度与燃烧面积存在正相关关系。当燃烧面积达到2 m^(2)时,烟气层的下降速度加快。当烟气层下降至2 m高度以后,下降速度明显减缓,这是由燃烧转为通风控制造成的。随着燃烧面积的增大,空间内的最高温度可达900℃。且燃烧面积越大,顶棚与油枕附近的高温区域面积越大,油枕受到高温威胁的风险越高。按照温度阈值划分,油枕附近的温度超过阈值的时间随燃烧面积增大而不断缩短。利用1.6 m处的CO体积分数和辐射热流数据,分别给出了人员风险和装置风险。当燃烧面积大于2 m^(2)时,1.6 m处的CO体积分数会在2 min内达到危险阈值。当燃烧面积达到12 m^(2)时,事故升级概率最大(1.24×10^(-3)),1.6 m处的CO体积分数在1 min内达到危险阈值,救援人员需加强个人防护。

关键词： 气体流量测量   音速喷嘴   流出系数   湍流强度   数值模拟  

摘要： 流出系数是表征音速喷嘴计量特性的关键参数,一般通过实流检定得到,但音速喷嘴检定条件和使用条件下的上游湍流强度存在差异,上游湍流强度对流出系数的影响机制及水平长期以来并不明确。采用Fluent软件对喉径为46.62、43.09、30.46、21.54、15.26 mm等5个音速喷嘴进行数值模拟。根据不同上游湍流强度下音速喷嘴喉部的流动参数分布,定量研究了上游湍流强度对音速喷嘴流动状态及流出系数的影响。结果表明:上游湍流强度对音速喷嘴喉部速度和密度分布产生影响。当上游湍流强度从1%上升至30%,音速喷嘴喉部的平均速度和密度均减小,流出系数最大下降0.013%。此外,不同喉径的音速喷嘴受上游湍流强度影响存在差异。音速喷嘴喉径越大,随上游湍流强度上升,其喉部靠近边界层区域的速度和密度下降越快,导致流出系数受上游湍流强度影响更为显著。

关键词： 铝合金   热膨胀系数   水下机器人   Ansys  

摘要： 铝合金因其轻质、耐腐蚀和良好的导热性等优点,在水下机器人行业中得到了广泛应用,尤其在制造外壳、框架等关键部件时具有显著优势。然而,铝合金的热膨胀系数相对较高,这在存放或加热过程中容易导致筒体产生较大的变形,进而影响其尺寸精度和机械性能,甚至可能引发结构失效,给水下机器人的正常运行带来安全隐患。为了解决这一问题,本文基于Ansys分析软件,以内径Φ520 mm、壁厚12 mm的铝合金筒体为例,通过模拟分析,对其在不同结构形态下的热膨胀行为进行了深入研究。在此基础上,结合实体测试验证了模拟结果的准确性,并进一步优化了铝合金筒体的存放及加热方法。

关键词： 碳纤维增强树脂基复合材料   湿热老化   力学性能   数值模拟  

摘要： 为了深入研究湿热老化环境下碳纤维增强树脂基复合材料(Carbon fiber reinforced polymers,CFRP)力学性能退化行为,开展了30℃和50℃两种水温下CFRP材料的浸水老化试验,随后进行老化0、6、12、18、24、30 d后样件的拉伸和压缩性能测试,并结合SEM分析老化前后CFRP试件破坏形貌。基于有限元软件ABAQUS二次开发功能,构建了考虑湿热老化效应的层内断裂和层间分层失效的二维本构模型,并对老化前和饱和吸水状态下CFRP力学性能进行计算。结果表明:30℃和50℃两种温度下,CFRP吸湿行为均符合菲克定律;随温度提升和老化时间的延长,CFRP力学性能呈现出下降趋势。此外,相比拉伸性能,CFRP压缩性能受湿热环境影响更大,在50℃老化30 d后,CFRP压缩强度和模量降幅分别为39.3%和10.8%,远高于拉伸强度和模量的降幅(8.11%和7.08%)。分析原因是CFRP浸水老化过程中,水分子扩散会导致纤维-基体界面与基体性能恶化,而CFRP压缩性能对以上变化更敏感。

关键词： 土石坝   渗流场   渗流状态   数值模拟  

摘要： 为研究不同渗流状态下土石坝渗流场的变化规律,以某水库土石坝为研究对象,基于有限元软件,分析稳定渗流、非稳定渗流两种状态下不同位置总水头、孔隙水压力、水力梯度等的变化规律。结果表明:(1)在稳定渗流条件下,总水头和孔隙水压力的变化趋势为先稳定,后骤降,最后保持稳定;水力梯度的变化呈现出上游先稳定后骤升、刺墙上端测点呈“U”形变化、下游侧先骤降后保持稳定的特点。(2)非稳定渗流条件下,总水头和孔隙水压力表现出先缓慢增大、后骤降、最后保持稳定的变化趋势;水力梯度的变化范围较大。(3)稳定渗流状态下,上游水头的增大导致总水头和孔隙水压力的下降量增加,水力梯度的变化对坝体稳定性影响显著;非稳定渗流状态下,快速水位下降引起的孔隙水压力和水力梯度变化更为显著,对坝体的安全稳定性影响尤为关键。

关键词： 台风浪   数值模拟   Holland风场   模型构建   四阶Runge-Kutta法   卫星高度计  

摘要： 台风浪场的快速模拟是海浪灾害预警的核心工作,本文基于二维波射线理论构建了一种快速的台风浪场预报模型。该模型采用Holland风场模型驱动,在极坐标网格下,使用四阶Runge-Kutta法求解微分方程,得到海浪能量、主波方向和谱峰频率的时空分布。以台风“莲花”(2009)为例运行模型,分析了台风浪场的空间结构和演化过程。模拟结果显示了由群速度共振引起的浪场非对称性,体现了台风下风浪的发展和涌浪的传播,台风高风速区域生成的高能量、高群速的风浪向外传播,在台风低风速区形成涌浪,并作为主导波是该区域混合浪场的主要组分。使用Jason-1高度计数据对模型进行了验证,结果与高度计数据较为吻合,相关系数R=0.79。证明了该模型可以快速有效的对台风浪场进行模拟。

关键词： 钙钛矿   Cs_(3)Bi_(2)I_(9)   分层交替蒸镀   薄膜太阳能电池   SCAPS-1D  

摘要： 近年来,人们致力于探索新型无铅无机钙钛矿材料,旨在追赶铅基钙钛矿太阳能电池的性能。在本工作中,首次使用分层交替蒸镀BiI_(3)和CsI薄膜的方式成功制备了质量较好的无铅无机Cs_(3)Bi_(2)I_(9)薄膜,并通过真空蒸镀将KI掺杂到Cs_(3)Bi_(2)I_(9)薄膜中,获得的薄膜带隙减小、激子寿命增加。将上述两种薄膜作为活性层,制备了结构为氧化铟锡导电玻璃(ITO)/酞菁铜(CuPc)/活性层/C60/Al的太阳能电池。为了提高这类太阳能电池的性能,使用SCAPS-1D太阳能电池模拟软件对上述结构的器件进行数值模拟,以获得最佳器件的参数。模拟器件各功能层的厚度经过优化且增加活性层供体掺杂浓度后,最大功率转换效率只有8.62%。然后,选取其他合适的空穴传输材料以及电子传输材料以优化器件结构,模拟出的最佳器件表现出25.66%的功率转换效率。这项工作为后续实验制备Cs_(3)Bi_(2)I_(9)薄膜太阳能电池提供了理论指导。

关键词： 双向流道   灌水器   水力性能   数值模拟  

摘要： 为探究分水角与阻水角对三向分叉型流道灌水器水力性能的影响,通过数值模拟的方法,借助Fluent软件进行数值模拟,再通过Tecplot软件对流场进行可视化处理,以10个流道单元的三向分叉流道灌水器为研究对象,分水角与阻水角为研究的2个结构影响因素,通过制作不同流道参数的15组模型来进行模拟研究,并通过调整分水角和阻水角来优化迷宫流道水力性能。结果表明:1)随着分水角的增大,迷宫流道的流量系数显著减小,流态指数也减小,且分水角的改变会使水流分配随之改变。2)随着阻水角的增大,迷宫流道的流量系数增大,且呈现线性变化,流态指数也随着阻水角的增大逐步增大。3)在不同分水角和不同阻水角的迷宫流道中,泥沙颗粒都较易排出,但不同分水角的迷宫流道中泥沙颗粒的最大流速却不一样,分水角越大的迷宫流道内泥沙颗粒的最大流速越大。