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关键词： 灌水器   多流道   数值模拟   对冲消能   水力性能   抗堵性能   三向流道   分水角  

摘要： 以一种三向流道灌水器为研究对象,通过分析流场、颗粒运动轨迹等方式来研究三向流道灌水器消能机理及抗堵性能,为后续改良优化提供参考。采用室内试验与数值模拟相结合的方法,发现灌水器的流态指数为0.4832~0.5182,当分水角为55°时,流态指数最优,随着分水角的增大,流道内为分为2种不同的流态分布,消能方式主要为低速区的漩涡消能和高速区的对冲消能。通过调整流道结构尺寸能够使汇流段流道内对冲流量比趋近1,提升对冲效果,提高水力性能。随着灌水器工作压力增大分水角大于45°的流道内对冲流量比没有受到影响,而分水角小于45°的流道内对冲流量比愈发偏离1。通过观察泥沙颗粒运动轨迹,发现流道内的大部分泥沙颗粒都随着高速区流动,分水角较小的流道内的泥沙颗粒运动轨迹会随着工作压力的改变而变化,可以通过这种方式使高速水流冲洗流道内各个角落,提升灌水器抗堵性能。研究结果可为灌水器多流道结构优化、消能机理分析等方面提供理论依据。

关键词： 爆破拆除   钢筋混凝土   钻孔爆破   破坏失效   数值模拟  

摘要： 在房屋类建筑物爆破拆除工程中,钢筋混凝土立柱是主要承载构件,也是拆除爆破工程中面临最多的爆破对象。钢筋混凝土立柱的爆破破坏效果,直接影响承载构件的可靠失稳,进而影响结构的整体倒塌。近年来,钢筋混凝土立柱呈现出尺寸大、配筋多、强度高等特征,对爆破参数设计和飞石防护提出了巨大的挑战。采用粒子爆破法耦合有限元算法(PBM-FEM),通过粒子的高速运动碰撞模拟爆炸冲击荷载和爆生气体逸出炮孔的过程;通过1∶1原尺寸物理模型爆破试验,采用工业电子雷管真实还原了高层楼房承重构件爆破拆除过程,揭示了钢筋混凝土立柱的钻孔爆破破坏过程及其爆破破坏失效机理。研究结果表明:因炮孔侧堵塞材料的约束作用有限,爆生气体会从孔口逸出,降低了炸药能量的利用率。立柱表面混凝土的剥落情况严重程度依次为:左、右两侧>前侧>后侧,最小抵抗线的方向是诱导混凝土发生破坏和抛掷的主要方向。

关键词： 地球系统数值模拟装置   地球系统模式   国家重大科技基础设施   气候环境预测  

摘要： 地球系统数值模拟装置(简称“寰”)是国家“十二五”重大科技基础设施,于2022年在怀柔综合性国家科学中心建设完成。项目的建设目标是深入认识地球环境复杂系统基本规律,探究地球系统相互作用对地球系统整体和中国区域环境的影响;融合模拟与观测数据以提高气候环境预测的准确性,为国家防灾减灾、应对气候变化、大气环境治理等重大问题提供科学支撑;推动地球系统科学不同学科之间的交叉和融合,促进中国地球系统科学整体向国际一流水平跨越。在综述地球系统模拟设施国际发展态势的基础上,重点介绍中国“地球系统数值模拟装置”的构成和功能、取得的主要成果以及未来展望。

关键词： 湿陷性黄土   桩-坡体系   降雨入渗   流固耦合   最大信息系数MIC   数值模拟  

摘要： 针对降雨对湿陷性黄土邻坡风电塔基桩-坡体系影响问题,运用ABAQUS有限元软件,建立邻坡风电塔基桩-坡体系数值模型,系统分析了不同降雨强度下桩基摩阻力与沉降的变化规律;针对最不利的暴雨工况,深入分析了边坡的孔隙水压力、饱和度、等效应力和变形的变化规律,并基于最大信息系数(MIC)方法,定量评估了边坡力学与变形特征对桩基沉降的影响。结果表明:降雨强度增大,桩基负摩阻力随之增大,正摩阻力则相应减小,桩基最大沉降量随降雨强度增大呈递增趋势,暴雨工况下的桩1最大沉降量达到了1.358 mm;降雨入渗导致边坡孔隙水压力、饱和度、等效应力、沉降、水平位移及桩基沉降均增大,降雨停止后呈现不同程度回弹。坡高越大,孔隙水压力、沉降和水平位移增幅越大,但饱和度增幅越小;MIC相关性分析显示,暴雨工况下桩基沉降受边坡多种因素的综合影响。其中,坡脚孔隙水压力MIC值达到了最大0.828,表明其对桩基沉降的影响最为关键。研究结果为湿陷性黄土地区风电塔机基础设计与施工提供理论依据,以保障风电塔机在复杂地质环境下的安全稳定运行。

关键词： 淮河流域   水闸调度   智能调度   防洪减灾   水资源管理  

摘要： 淮河流域作为中国重要的农业生产基地和人口密集区,其水闸调度对于防洪减灾、水资源优化配置和生态环境保护具有重要意义。通过分析淮河流域水闸调度现状及存在的问题,阐述智能调度的概念、特点及关键技术,并提出淮河流域水闸智能调度系统的总体框架、功能模块和实施策略。

关键词： 氨   喷雾   数值模拟   雾化特性   可视化试验  

摘要： 通过试验与数值模拟相结合的方法,系统探究了液氨在高温(690~1100 K)和高压(1.0~4.0 MPa)条件下的喷雾特性,旨在构建精准的液氨喷雾预测模型。试验采用高速阴影摄影技术,捕捉喷雾的动态过程;数值模拟则基于拉格朗日–欧拉耦合方法,重点分析了喷雾的速度场、索特平均直径(Sauter mean diameter,SMD)和概率密度分布函数(probability density function,PDF)等关键参数。研究结果表明,随着环境压力升高,喷雾的轴向扩展减弱,径向扩展增强,喷雾贯穿距缩短,尖端速度降低,锥角增大(最大增幅达86.13%);环境温度升高可显著促进喷雾的蒸发和扩散效果,但对喷雾贯穿距和锥角的影响不显著。试验发现,在环境温度690 K、环境压力1.0 MPa的情况下,由于氨处于闪沸状态,喷雾显著膨胀,锥角变大。此外,喷雾的速度场和液滴分布对压力变化高度敏感,随着压力增加,SMD显著减小(最大降幅达42.83%),PDF向小液滴偏移,提升了雾化效果。研究验证了所建立模型在液氨喷雾预测中的可靠性。

关键词： 天津港   群桩概化   FVCOM三维模型   高桩码头   泥沙回淤  

摘要： 高桩码头附近的泥沙淤积问题是港口建设和维护的关键所在,码头下方的群桩对其周围潮流和悬沙运动产生影响,易造成泥沙淤积。桩基的精细模拟对网格尺度要求严格,不适用于大范围水域中考虑大量群桩的模拟。采用群桩概化的方法,改进FVCOM三维水沙模型,对天津港泊位桩下泥沙淤积资料进行验证。在此基础上,分别模拟考虑群桩和不考虑群桩时天津港泊位附近的潮流场、悬沙场以及冲淤演变。模拟结果表明,改进后三维水沙模型验证结果良好;考虑群桩影响后,码头下方会形成较为明显的阻流区,影响周围流场分布和流速大小;涨急时码头前方及下方的含沙量增大为不考虑群桩时的2倍,而落急时码头下方含沙量稍有减少,泥沙淤积主要集中在码头前方。

关键词： 齿条钢   硼   淬透性   数值模拟   组织演变  

摘要： 随着海洋石油工业的深入开展和钻采难度的加大,齿条钢的厚度不断增大,对其淬透性提出了更高要求。B是提高淬透性的关键元素,以典型的ASTM A514Gr. Q齿条钢为研究对象,采用有限元模拟和端淬实验研究了B对其淬透性的影响。模拟结果表明:3种B含量齿条钢端淬试样的显微组织均由马氏体和贝氏体组成,添加0.0005 mass%B可显著提高齿条钢的淬透性,但当B含量提高至0.005 mass%时这种作用不再增强;不加B钢、0.0005 mass%B钢和0.005 mass%B钢的半马氏体点分别距淬火端约12、30和29 mm。端淬实验结果表明:对于不加B钢,淬火端的显微组织为板条马氏体+少量粒状贝氏体,远离淬火端时逐渐向全粒状贝氏体转变,洛氏硬度先迅速下降,后缓慢降低;添加0.0005 mass%B和0.005 mass%B均使齿条钢的淬透性明显增大,而它们的淬透性曲线特征和组织演变规律十分相近;这两种添加B钢的淬火端显微组织均为全板条马氏体,远离淬火端马氏体不断减少,转变为板条马氏体+粒状贝氏体的混合组织,洛氏硬度先小幅下降,后显著降低。3种B含量齿条钢端淬试样中的半马氏体点位置均与模拟结果吻合良好。总之,端淬实验结果验证了模拟结果的准确性。

关键词： 谱元法   地震波传播   强地面运动   基于物理的数值模拟   地震层析成像  

摘要： 基于谱元法的地震波动数值模拟已被广泛用于地震震源破裂、大规模地震波传播、区域复杂场地及工程结构(群)地震反应、地震层析成像等重要问题的研究及应用当中,是目前地震工程学、地震学和地球物理学等地震科技领域共同关注的前沿热点技术。早期发展的切比雪夫谱元法(CSEM)和勒让德谱元法(LSEM)更接近谱方法的域分解思路,其形式相对复杂且计算效率较低。目前广泛使用的是一种形式简洁的LSEM,其实施步骤和主要公式已经与有限元法完全一致,仅通过内置的高斯-洛巴托-勒让德(GLL)高精度数值积分保留着与谱方法之间的联系。谱元法的巨大成功不仅源于算法本身的高精度、规整性和灵活性,更是得益于以SPECFEM2D/3D,SPECFEM_GLOBE,SPEED等为代表的开源软件集成了复杂模拟所需的各项关键技术,包括三维复杂介质建模、震源模型数值实现、平面地震波输入、大规模并行计算、全球地震波模拟、伴随方法以及多尺度或不连续方法等。本文全面介绍了CSEM、LSEM、间断伽辽金谱元法(DG-SEM或DGM)、三角形单元谱元法、谱元法精度和稳定性方面的研究或应用进展,并详细阐述了谱元法在我国的发展历程以及我国学者关于谱元法研究与工程应用的学术贡献。谱元法可归属于有限元法范畴,其高阶单元具有优良的精度和稳定性,并能从理论上严格地导出集中质量矩阵。在地震波动领域各种形式的有限差分法和有限元法中,地震学和地球物理学的速度结构反演或震源参数反演对地震波到时、波形等细节比较敏感,通常需采用谱元法或高阶交错网格有限差分法等高精度方法。而地震工程领域主要关注不同工程结构、非线性岩土介质或者流体-固体多场耦合等情形下的力和变形,此时具有丰富单元库的有限元法常常更为有效。最后,考虑到二阶及以上谱单元的性能显著优于一阶有限单元,进一步研究不同地震工程问题的谱元解法具有重要意义,而且随着震源-路径-场地-结构(群)的地震灾害全过程模拟的日益发展,谱元法这种具有灵活单元阶次变化、宽频带模拟精度和高效并行能力的特殊高阶有限元法将会受到越来越多关注。

关键词： 四川盆地   采卤型盐腔   密闭性   三维地质模型   数值模拟  

摘要： 中国在数千年采盐历史过程中形成了大量采卤型盐腔,与地下盐腔储气库相比,采卤型盐腔具有地质条件复杂、腔体形态极不规则、密闭性及稳定性差等特点。为了研究采卤型盐腔的封闭性能,以薄层不规则采卤型盐腔为研究对象,基于地质、测井和各种室内岩芯实验结果,建立了四川盆地Y盐腔三维精细地质模型和井筒三维动态地质力学模型,并对固井界面微环空和裂缝扩展进行了数值模拟。结果表明:1)在明确模型渗透率及压力分布的基础上,模拟显示四川盆地Y盐腔具有良好的封闭性;2)循环荷载作用下的疲劳损伤和塑性应变会局部集中,主要集中在水泥环与套管的界面处;3)适当降低水泥环弹性模量和纤维含量,会增强井筒处的封闭能力;4)在评价盐腔封闭能力时,围岩渗透率是主要因素。盐腔储气库建设过程中,应根据区域内岩石封闭能力的强弱,合理预留一部分盐岩顶板厚度,保障腔体密闭性。