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关键词： 鼓泡塔多气泡上升   VOF   直接数值模拟   Basilisk   自适应网格细化技术  

摘要： 回顾了直接数值模拟方法模拟鼓泡塔内气泡上升运动的研究进展，介绍了开源程序Basilisk在网格密度上的优化与传统孤立气泡假设不足以准确描述多气泡行为的问题。阐述了Basilisk在气液界面重建与网格加密上的具体设定，达到了网格密度30+/气泡直径的实时网格。在已有孤立气泡模型基础上构建了多气泡模型，采用该模型研究了单孔鼓泡、多孔鼓泡多气泡上升动力学行为的三维直接数值模拟。结果表明：孔口气速增加后，气泡上升方向的稳定性上升，气泡运动轨迹的振荡幅度减小，气泡间合并频率上升且有部分尚未充分加速的气泡被新生成的气泡追上并发生了纵向合并。多孔鼓泡相互影响的临界孔间距约为3倍气泡直径。孔口布置方式对气泡相互作用的影响不明显，多孔均匀布置与单孔鼓泡相比，前者气泡上升轨迹更加稳定、振荡幅度小。气泡上升速度主要受气泡直径大小控制，孔间距和孔口布置等因素的影响并不显著。受液相湍流影响，多气泡上升阻力系数大于孤立气泡上升。

关键词： 水泥回转窑   四通道煤粉燃烧器   煤燃烧   数值模拟  

摘要： 水泥回转窑燃烧器作为水泥烧成系统的核心装备，其性能对水泥生产效率和质量具有重要影响。由于回转窑内部的高温复杂反应过程难以全面测量，燃烧器性能的评估往往依赖于经验，缺乏理论指导。为此，本研究通过计算流体力学(CFD)对煤粉燃烧过程进行模拟以实现水泥回转窑燃烧器的优化。模拟结果表明，随着轴流风速在合理范围内增加，气相温度显著升高，高温区域扩大，氧气消耗速率增大，二氧化碳生成速率增大，一氧化碳质量分数降低，燃烧效率提高。旋流风速增加对温度场影响相对较小，但能显著改善煤粉与空气的混合效果，促进燃烧。以此为基础，通过增大轴流风速和旋流风速对燃烧器性能进行优化，优化结果改善了窑内的温度场和组分场分布，影响了熟料矿物成分，其中C3S和C4AF含量增加，C2S和C3A含量减少，对水泥性能产生积极影响。本工作通过数值模拟方法深入分析了轴流风速、旋流风速对水泥回转窑燃烧器性能的影响，为燃烧器的优化设计提供了理论支持，提出的燃烧器优化方案有效改善了窑内温度场和组分场的分布，提高了燃料的燃烧效率和熟料质量。

关键词： 微通道   凹槽   凸肋   声波   数值模拟  

摘要： 微通道散热器是高功率密度器件热管理的有效解决方案，本研究基于凹腔结构与凸肋特征耦合排布的优化策略，设计了三种二维微通道构型。研究在维持可接受压降损失的前提下，通过增强流动扰动实现综合换热效能的提升，并与传统二维光滑直通道开展对比分析。采用数值模拟方法，系统研究了不同微通道的流场特性、传热机制及热力学综合性能。研究结果表明：错列式半圆肋腔微通道（MC-SCSR）展现出最优换热效能，其综合性能评价因子最高可达1.102 4。进一步结合声场主动散热策略的耦合研究表明：当声波激励与MC-SCSR协同作用时，系统综合性能因子获得显著提升，较未调控工况最大增幅达14.7%。

关键词： 桩基础   承载力   静载试验   工作原理   数值模拟  

摘要： 桩基础是桥梁最常用的基础形式。采用桩基础时，根据规范要求，时常要通过试验确定或验证其基桩（单桩）的承载力，当在软土地基且单桩承载力设计值很大时，传统静载试验方法存在不足。鉴于此，开发了利用承台和工程桩联合提供反力的单桩静载试验新方法，阐述了新方法的工作原理、特点与关键实施工艺，并着重比较了传统静载试验方法相对于新方法的缺点。为了论证新方法的可靠性，建立了承台-群桩（含试验桩和工程桩）-地基土共同作用数值模型，开展了系统的仿真计算，并与传统锚桩法进行对比分析。依托国家重大工程建设，利用新方法在现场开展了2根超长桩的应用性试验研究。研究结果表明：新方法融合了传统堆载法、锚桩法和自平衡法各自的主要优点，不但兼具试桩的工作机理与实际工程桩受力状态一致、工作环境友好、安全等优势，还克服了传统方法工程量大、成本高的不足。在试验完成后，承台和群桩可继续充当桥墩的基础使用。研究结果为桥梁基桩承载力现场试验提供了新的可靠方法，具有重要推广价值。

关键词： 建筑集群   地铁穿越   风险   对策   数值模拟  

摘要： 为研究复杂建筑集群条件下地铁穿越时的风险应对措施，通过建立科学合理的风险评价指标，对地铁穿越建筑集群的多种相互作用关系（下穿、侧穿等）建立整体三维空间模型，全面分析地铁结构与建筑集群的空间相互影响。结果表明：采取合理控制地铁结构与邻近建筑物距离、施工参数控制、合理安排施工时序等针对性的技术和管理措施，可以有效管控风险，确保工程安全。本文结果可为类似工程应用提供一定的参考。

关键词： J-C本构模型   超声强化   螺纹根部   数值模拟   残余应力场  

摘要： 目的 建立外螺纹根部超声滚压仿真模型，结合试验和仿真，研究超声滚压静压力、超声振幅和滚压遍数对34CrNiMo6钢外螺纹根部表层残余应力的影响。方法 在MTS809.25型250 kN拉扭疲劳试验系统及分离式霍普金森压杆试验系统上对34CrNiMo6钢的Johnson-Cook（J-C）本构模型参数进行标定，通过Hypermesh和Matlab联合建立带螺纹升角的螺纹有限元模型，基于赫兹接触理论给出静态力压下深度，从而建立外螺纹根部超声滚压仿真模型，通过试验对该模型进行有效性验证，并研究不同工艺参数对强化后螺纹根部残余应力的影响。结果 所建仿真模型残余应力计算结果与试验结果趋势相吻合，平均误差为11.4%。对外螺纹根部进行超声滚压仿真，发现最大残余压应力随着静压力、超声振幅的增大而增大，随滚压遍数的增加先增大后减小。当其他参数相同时，残余压应力分别在静压力1000 N，振幅10 μm，滚压4遍时达到最大，为-719.54 MPa，-723.61 MPa和-691.03 MPa。结论 超声滚压强化可以显著提高34CrNiMo6钢外螺纹根部的残余压应力，所建仿真模型能够有效预测强化后螺纹根部的应力分布，对于因根部圆角半径较小无法通过试验准确测量残余应力的螺纹，提供了一种仿真分析获取残余应力的方法。

关键词： 三流式雾化喷嘴   雾化特性   数值模拟   流速   气液比  

摘要： 通过实验与数值模拟相结合，研究了不同一次风流速、二次风流速、一次风气液比和二次风气液比对三流式雾化喷嘴的雾化锥角、粒径分布、均匀度以及液滴流速的影响。结果表明：喷雾的空间均匀度随二次风流速增大而增大，一次风流速改变对于喷雾空间分布影响较小；雾化锥角和液滴流速随一、二次风流速与一、二次风气液比的增加先上升后下降，雾化锥角受二次风气液比影响较大，液滴速度的变化呈“下降—上升—下降”趋势。喷雾粒径随一次风气液比增大先上升后下降，随二次风气液比增大持续上升，一次风气液比对喷雾粒径影响较大。最佳喷雾工况为一次风气液比为0.06，二次风气液比为0.225，一次风间隙和二次风间隙同时为2mm。

关键词： 自修复沥青材料   市政道路   裂缝扩展   抗裂性能   数值模拟  

摘要： 市政道路长期受交通荷载和环境因素影响,裂缝问题严重影响路面使用寿命和行车安全。传统沥青材料在抗裂性能方面存在一定的局限性,自修复沥青材料因具备自动愈合微裂纹的能力,在延缓裂缝扩展、提升道路耐久性方面具有广泛的应用前景。本文围绕市政道路裂缝的类型及成因展开分析,探讨自修复沥青材料的分类、修复机理及其对抗裂性能的作用,并基于试验研究与数值模拟,评估自修复材料的抗裂效果,量化其对疲劳裂缝、温缩裂缝及反射裂缝的修复能力,为优化市政道路抗裂结构提供技术支撑。

关键词： 气室阵列   数值模拟   磁浮列车   初始波前   微气压波  

摘要： 高速磁浮列车作为新兴的交通运输工具，凭借着更高车速的优势有效填补了铁路与航空之间的速度空白，但列车高速运行时严重加剧了车隧耦合空气动力效应，尤其是隧道入口产生的高幅值、大梯度初始波前极易发生激化，进而在隧道出口产生显著的微气压波。隧道入口修建缓冲结构是常见的微气压波抑制方法，但缓冲结构通常需随车速的增加而延长，且因其无法直接作用于波前演化而在长大隧道中抑制效果减弱。针对此类问题，采用三维、SST k-ω雷诺时均方程和重叠网格方法，研究600 km/h磁浮列车通过横截面积为92 m2的单线隧道时壁面的瞬变压力和初始波前特征；在此基础上使用一维特征线数值方法研究了分布式气室阵列关键特征参数对初始压缩波演化的影响。研究结果表明：磁浮列车高速驶入隧道时，隧道内压缩波与膨胀波传播反射形成正/负压交替现象，初始压缩波在隧道入口附近形成，距入口100 m后逐渐趋于稳定。隧道内设置气室阵列可有效抑制波前陡化，当气室体积比VR（气室体积与隧道空间之比）提升至0.1时，结合优化的连接阻力(如K1=1000 s-1)，波前最大梯度可控制在20 kPa/s以下。气室阻尼系数ζ降低可能诱发波前振荡并影响气室缓解性能，未来需深入解析气室连接处惯性-阻力耦合机制对压力梯度演化的动态调控机理。本文研究可为高速磁浮隧道波前激化抑制及微气压波气室阵列控制技术提供理论依据和技术参考。

关键词： 深部地质条件   岩土工程   大变形数值模拟   技术要点  

摘要： 随着我国深部资源的开采与重大工程的不断发展,深部地质环境中的岩土工程大变形问题日趋严重。本文针对复杂地质条件下的大变形问题,开展了大变形数值模拟技术研究,重点解决高精度数学模型构建、高效数值算法应用、复杂地质条件处理、模拟结果验证与后处理以及模型优化与不确定性分析等关键科学问题,并以实例说明所提出的方法是有效的,将极大提高深部岩土工程大变形数值模拟的准确性与可靠性,并为其在工程中的应用提供理论支持,促进我国岩土工程学科的发展。