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关键词： 层状非均质   土壤水分分布   数值模拟  

摘要： 【目的】包气带作为连接植被与地下水的重要纽带，其岩性结构是影响地下水生态功能的主要因子之一，而包气带结构中的弱透水夹层对来自地面的入渗水流具有延迟滞后、局部蓄水作用（上层滞水），尽管该部分水量很小，但对于极端干旱区植被生态的维持具有一定供水意义。为了探究包气带岩性结构如何影响土壤含水量分布，【方法】设计了均质土柱（O），单薄夹层土柱（A），单厚夹层土柱（B）以及双夹层土柱（C）四个土柱，开展了室内层状非均质土柱释水实验和入渗实验；依据物理实验开展了变饱和水流数值模拟。【结果】实验过程中，细粒土夹层结构导致水分在夹层内部和夹层上下界面处滞留，形成了水分聚集区；相较于O柱，A柱、B柱和C柱释水过程持续时长分别增加了290h、500h和780h，持水量分别增加了6.20cm，7.90cm和7.83cm；数值模拟结果表明采用修正后的van Genuchten模型能更好地模拟层状土含水量剖面。【结论】细粒土夹层对入渗水下移特征会产生明显阻滞效应，水分主要滞留在夹层内部和夹层上下界面处，夹层厚度、层数增多会导致夹层内和夹层界面处均滞留更多水分，通过引入虚拟变量和毛细高度修正van Genuchten模型，并将其对应的相对渗透率方程分为三段式，可有效提升层状土壤含水量剖面模拟精度。

关键词： 变量选择   Oracle性质   SCAD惩罚   数值模拟  

摘要： 高阶空间自回归模型可以刻画各个单元之间基于不同类型关系（如：地理距离、经济距离、社会关系等）的空间相互依赖性。本文研究了高阶空间自回归模型的变量选择问题，通过SCAD方法惩罚压缩相关参数，达到对空间效应、估计参数和变量选择同时识别的目的。此外，提出了一种可行的迭代算法，并在一定正则条件下，证明了所得到的惩罚估计量具有相合性和渐近正态性。最后，通过蒙特卡洛数值模拟和波士顿房价实证分析验证了该方法的优良表现。

关键词： 直流电弧等离子体   数值模拟   射流特性   层流模型  

摘要： 数值模拟由于低成本的特点成为研究等离子直流电弧内部射流特性的有效工具。本文通过数值模拟的方法研究了等离子发生器在不同气体工况下电弧的射流特性。研究显示层流等离子内部的温度分布以及速度分布与工作气体物性参数有着极大的的关系，在电流为75A，工作气体流量为3g/s的条件下弧室内氩气的温度最高，氢气的温度最低；而在阳极以外的大部分区域氧气的温度最大、氮气次之、然后是氩气，氮气和氢气在阳极以外区域出现电弧未充分形成现象；几种的气体温度分布在弧室内均呈现U型分布，轴线上速度都是在弧室内增加，弧室外减小。本文从气体物性参数的角度分析了直流电弧等离子体的射流特性，为直流电弧等离子体发生器的研究以及在不同场景下的实际应用提供了极其重要的指导作用。

关键词： 空泡斗   PPTC桨   Sauer空化模型   数值模拟   试验  

摘要： 本文基于SVA（德国波茨坦水池）水池PPTC桨空泡斗试验数据，首先，通过CFD仿真建立了一套螺旋桨空泡斗计算设置方法，摸索出了空化起始时涡核径向网格最佳分辨率，建立单独空化起始区域，实现了对单一类型空化起始的独立监测和精准捕捉。使用Schnerr-Sauer空化模型，通过欧拉空化模拟法对空化起始进行了多相流计算，并使用全湿流计算方法进行了对比计算。然后，根据PPTC桨仿真计算设置及计算方法对DTMB4381桨进行了仿真计算，与4381桨试验数据对比发现，计算结果基本涵盖空泡斗试验值范围，其趋势与试验数据基本一致。验证了仿真计算方法及计算设置的准确性和适用性，具有一定的工程应用价值。

关键词： 多仿生超材料   中空点阵   数值模拟   力学性能   能量吸收  

摘要： 为开发出具有增强力学性能和卓越能量吸收能力的轻质结构，提出了一种具备高平台应力、高刚度、高强度、高比吸能等特性的新型多仿生中空曲边(Multi-bionic hollow curve，MHC)点阵结构。利用Ls-Dyna软件建立了体心立方(Body centered cubic，BCC)点阵结构在准静态压缩下的有限元数值模型，并通过试验与数值模拟结果的对比验证了模型的准确性。此外，对BCC、曲边体心立方(Curve body centered cubic，CBCC)、中空体心立方(Hollow body centered cubic，HBCC)以及MHC点阵结构开展准静态单轴压缩下的力学及吸能特性研究。研究结果表明：MHC点阵结构通过将中空与曲边的结合设计，显著提高了该结构的截面惯性矩，并呈现出支杆弯曲与薄壁压溃两种变形模式，增加了压缩过程中的塑性铰的数量，使其获得更强的力学性能。通过研究结构参数对MHC点阵结构力学及吸能特性的影响，发现当振幅为0.8 mm、壁厚为0.5 mm、外径为7.2 mm时的MHC点阵结构相较于BCC点阵结构在平台应力、比吸能、比强度以及比刚度方面分别提升了176.3%、231.3%、424.0%和716.8%。该多仿生特征集成方法为轻质高性能点阵结构的设计提供了创新策略，具有重要的应用前景。

关键词： Q355B   对接接头   气孔缺陷   疲劳寿命   Franc3D   断裂力学  

摘要： 焊接过程常伴随着气孔、夹渣、咬边等缺陷的产生，这些缺陷在疲劳荷载作用下容易导致疲劳裂纹的产生和扩展。使用有限元软件ABAQUS结合断裂力学分析软件Franc3D，建立含气孔缺陷的对接接头有限元模型，并在应力集中最大值处植入裂纹，依据断裂力学M积分对含裂纹的模型进行数值模拟，得到了不同初始裂纹长度和焊缝宽度下裂纹尖端的应力强度因子。分析结果显示，裂纹尖端的应力强度因子对初始裂纹长度变化敏感，随长度增加而增加，而裂纹两端的应力强度因子则呈相反趋势；增加焊缝宽度可以显著降低应力强度因子，随着焊缝宽度的增加，这种趋势逐渐变缓。在此基础上，采用断裂力学Paris公式建立了含气孔缺陷对接接头疲劳寿命预测模型，通过试验验证了模型的准确性，结果显示：除个别试件外，模型预测结果与试验误差低于20%，可以较为准确地预测含气孔缺陷对接接头的疲劳寿命。

关键词： 瞬变流   CFD   数值模拟   有压输水管道   滞留气团   流型  

摘要： 【目的】水气耦合作用及其模拟方法一直都是长距离有压输水管道水力学领域的科学难题，对比不同水气二相流模型对水气耦合作用的模拟效果，对长距离有压输水管道滞留气团演变与迁移过程研究具有重要意义。【方法】采取VOF、CLSVOF、CFD-PBM三种水气二相流模型对水流冲击管道盲端滞留气团的瞬变流案例展开模拟，从气团瞬变压力、气团形态变化等方面展开对比分析。【结果】结果显示：三种模型模拟第一波峰处最大压力的误差范围为0.78m～1.45m，第一波谷处最小压力误差范围为-0.55m～-0.03m，对于瞬变压力的模拟误差均在可接受范围内；CLSVOF模型模拟气团的破碎和聚并效果优于VOF和CFD-PBM模型，更适用于长输管道滞留气团的迁移问题分析。【结论】结果表明：采用CLSVOF模型，模拟了长输管道滞留气团在水流冲击下的迁移过程，发现滞留气团与水流之间存在明显的流速差，在水流拖曳作用下，气团以段塞流形式向下游输移，并通过流型图验证了模拟结果的正确性，证明了CLSVOF模型在长距离输水管道滞留气团迁移演变模拟方面的适用性。

关键词： 燃煤机组   火电机组   八角切圆锅炉   深度调峰   低负荷稳燃   数值模拟   低热值褐煤   燃烧特性  

摘要： 【目的】随着电网中高比例的新能源发电机组接入，对传统火电机组深度调峰能力提出更高要求，而低热值褐煤锅炉在低负荷下难以实现稳燃，因此，需要根据实际情况对其进行优化调整。【方法】通过改变燃烧组织方式来压缩火焰中心的高度并提高火焰的充满度，结合运行参数优化，实现锅炉在低负荷条件下的稳燃。为了预测稳燃效果，建立了综合流动、传热、传质和燃烧的模型，对600 MW超临界低热值褐煤八角切圆锅炉在不同负荷(从100%降至35%)下的燃烧特性开展了研究。【结果】通过局部集中给粉和采用1、3、4、5、7号磨煤机的运行方式，使得燃用水分为50%、热值为8.85 MJ/kg的600 MW超临界八角切圆锅炉的最低稳燃负荷可达到35%，且在各个负荷下炉膛出口的NOx浓度变化不大。【结论】采用局部集中给粉和磨煤机运行方式的优化，可以解决低热值褐煤锅炉在低负荷工况下难以实现稳燃的难题，提高了电厂深度调峰的能力。

关键词： 爆炸焊接   数值模拟   过渡层厚度   碰撞速度   碰撞压力  

摘要： 研究过渡层对爆炸焊接质量的影响。采用ANSYS LS-DYNA有限元软件结合SPH方法对2A14Al/Nb和2A14Al/1060Al/Nb爆炸焊接过程进行三维数值模拟。本文采用厚度为5 mm的2A14Al为复板、厚度为3 mm的2A14Nb为基板和厚度为1 mm的1060Al为过渡层，对试验模型的碰撞速度、碰撞压力、位移、进行对比分析。在基复板之间添加过渡层1060Al，可以使基复板的碰撞速度和碰撞压力减小，让基复板在碰撞过程结合得更加平稳，两组数值模拟中复板的位移量均接近6 mm，表明焊接质量良好。