半封闭自由表面式静电纺喷头尖端参数对电场强度及其均匀性的影响

在实验过程中设计的半封闭自由表面式静电纺丝喷头,由于内外2层尖端电场不均匀,导致在纺丝初期外层开始形成泰勒锥时内层依旧是液滴,针对该问题,对此喷头的尖端进行电场分析和优化。利用COMSOL对喷头初始模型进行电场模拟,其尖端平均电场强度为2710 kV/m,CV值为18%。将初始模型的叶片排布优化为对齐镊合和错位镊合并改变其尖端角度,根据实际模型测得外层尖端角度的变化范围为63.90°~160.78°,内层尖端角度变化范围为43.66°~170.22°,利用COMSOL对2种排列从内外层均为70°到内外层均为160°的模型进行电场模拟,将得到的仿真数据拟合成方程,当对喷头施加30 kV电压且接收极接地时,得到对齐镊合且外层为71°、内层为45°时尖端电场强度平均值为5643 kV/m,CV值为11%;错位镊合且外层为117°、内层为45°时尖端电场强度平均值为4773 kV/m,CV值为10%。再经过均匀电场的理论计算得出对齐镊合时喷头中轴线上2个点受到的电场力比错位镊合时分别小8.65%和14.96%,根据仿真模拟和理论计算结果得出,喷头采用对齐镊合且外层为71°、内层为45°时为最优,其尖端电场强度相对于优化前的模型提高了108%,,CV值降低了38.89%,故在同等条件下该模型不会因为内外电场不均匀而导致多射流不同步。实验过程中,改进的2种喷头在30 kV电压下均无液滴。对齐镊合喷头在20 kV电压下可以实现稳定纺丝,错位镊合喷头在24 kV下可以实现稳定纺丝。

应用非线性KNN数据搜索的三维叠前自由表面多次波预测

自由表面多次波预测(SRMP)是自由表面多次波消除(SRME)以及成像的重要环节。SRME技术尽管有效,但理论上需要规则而密集的地震数据采集方式。然而实际炮点、检波点空间分布稀疏,地震数据不能满足SRME理论要求,常规的做法是在SRME之前将地震数据规则化。为了避免数据规则化环节,首先建立索引数据树管理三维叠前地震数据,并采用基于树形数据结构的非线性K近邻算法(KNN)从地震数据中实时搜索两道近似地震数据;然后利用动校—反动校消除实时搜索得到的近似地震道与实际地震道之间的旅行时误差;由以上两步获得单道孔径内任意向下反射点(DRP)所需要的两道地震数据用于SRMP。单道孔径内任意DRP均可由SRMP预测对应的多次波模型道,叠加所有DRP对应的预测结果可获得该道稳定的多次波模型数据。将该方法用于扩展的三维Pluto模型数据,结果表明该方法能有效预测三维自由表面多次波,从而保证高质量的自由表面多次波衰减结果。实际地震数据的应用证明了方法的实用性。

动校正域CNN法压制自由表面多次波

【目的】自由表面多次波的存在影响了地震资料的解释精度,有效压制多次波是地震处理的重要环节。多次波是具有与有效信号相似特征的相干噪声,传统的卷积神经网络(convolution neural network, CNN)方法难以从全波场数据中分辨出多次波信号。此外,不同工区的自由表面多次波差异较大,导致CNN方法在迁移时面临更严重的问题。【方法】为此,引入物理先验,提出一种基于动校正(normal moveout correction,NMO)域的CNN方法。利用NMO域上一次波与多次波呈现出的曲率特征差异训练CNN,以实现对多次波的有效识别和压制。通过仿真和真实数据测试了方法的性能。【结果和结论】实验结果表明:动校正域上训练的CNN能够有效识别并压制多次波信号,同时保护一次波反射信号。与传统Radon算法相比,提出的方法减少了人为调整参数并降低了计算复杂度,且有效信号泄漏更少;与直接端到端基于CNN的自由表面多次波压制方法相比,新方法面向新数据的适应能力更好。研究成果可为提高地震资料解释精度和降低计算成本方面提供新思路。

上浮气泡与自由表面相互作用的ISPH-FVM耦合方法模拟

上浮气泡与自由表面相互作用的过程涉及复杂的界面拓扑演化,该过程一直是气泡流研究领域广为关注的问题之一.为探究上浮气泡与自由表面相互作用动力学行为,将不可压缩光滑粒子流体动力学(incompressible smooth particle hydrodynamics,ISPH)方法与有限体积法(finite volume method,FVM)相结合提出了一种ISPH-FVM耦合方法.在ISPH-FVM耦合方法中,粒子和网格之间的信息交互是通过核近似插值技术实现,并将连续表面应力模型(continuous surface stress,CSS)引入当前耦合框架中以评估相界面处表面张力效应.此外,CSS模型通过FVM网格上定义的体积分数进行离散和计算,并且网格上的体积分数是通过网格支持域内ISPH粒子的核近似插值获得的.随后,利用ISPH-FVM耦合方法模拟了平衡状态下圆形气泡振荡以及单气泡上升,并将模拟结果与其他数值方法结果进行比较,验证了当前耦合方法中表面张力模型的收敛性以及界面追踪的准确性.为测试ISPH-FVM耦合方法模拟涉及复杂拓扑变化气泡流的性能,对上浮气泡与自由表面相互作用的动力学行为进行了分析,并且研究了不同韦伯数(We)以及雷诺数(Re)对气泡与自由表面相互作用的影响.研究发现,随着We数增加上浮气泡与自由表面相互作用时界面将发生大的畸变并且产生的夹带液滴数量也相应增加,然而上浮气泡与自由表面相互作用的过程并没有随Re数的增加而发生明显差别.

应力集中部位裂纹自由表面处应力强度因子的计算与分析

针对采用最小二乘法拟合的三次多项式计算应力集中部位裂纹自由表面处应力强度因子,结果往往存在较大偏差的问题,基于椭圆形表面裂纹的通用权函数,提出了将应力分布数据进行离散化分段插值的思路,并具体给出了基于常数插值、线性插值、二次插值的计算公式。结合工程实例,将分段插值与常规最小二乘法的计算结果进行对比与分析,发现两者的计算结果有较大偏差;采用线性插值方法能够较好地表征应力分布,计算出的应力强度因子值也能较快趋于收敛,更适合于工程计算。此外,将有限元法与线性插值、最小二乘法的计算结果进行对比,结果表明运用最小二乘法拟合计算出的结果偏冒进,而运用分段线性插值法的结果则偏安全,从而验证了基于线性插值法计算的可靠性。

基于逆散射级数的自由表面多次波压制方法及其应用

由于海平面的存在,海洋勘探中自由表面多次波非常发育且能量强,掩盖了有效信号,严重影响速度的准确拾取及地层成像质量。多次波的压制一直是海洋地震资料处理的重点和难点,也是海洋地震勘探成功的关键因素之一。因此针对自由表面多次波发育特点,这里推导了逆散射级数法自由表面多次波压制方法,并改进了原有的自由表面多次波压制流程,在逆散射级数法预测自由表面多次波前后消除子波的影响,来提高多次波的预测精度,从而降低对自适应相减的依赖,实现多次波的精确压制。模型和实际资料应用效果表明了方法的有效性和适用性。

基于逆时偏移的浅水自由表面多次波成像技术

浅水环境中,多次波广泛发育且很难压制。与一次有效波相比,多次波具有反射角小、传播路径长、照明范围广等优点,如何较好地处理浅水自由表面多次波是海洋地震资料处理的重要环节。本文改变将多次波当作噪音进行压制的做法,实现对其有效利用。首先基于确定性水层多次波压制(DWD)技术加自由表面多次波压制(SRME)技术联合实现对于浅水自由表面多次波与有效反射波的良好分离;然后利用分离的有效波通过反馈环理论实现不同阶次多次波的预测;最后基于成像精度更高的逆时偏移成像技术,实现不同阶次多次波的分阶成像。模型资料和实际资料的试处理结果表明,组合分离方法实现了对浅水自由表面多次波与反射波的良好分离,而分阶成像既避免了成像过程中串扰噪音的影响,又通过利用不同阶次多次波进行成像,扩大了成像照明范围,提升了浅水发育区域地震资料的成像质量,实现了对浅水自由表面多次波的有效利用。

自由表面流人工湿地处理超稠油废水

采用自由表面流芦苇湿地处理超稠油废水 .当芦苇床的水力负荷为 3 3 3cm/d时 ,对于年平均进水COD4 59.1 6mg/L ,石油类 2 7 65mg/L ,BOD53 3 52mg/L ,TN 1 3 74mg/L的超稠油废水 ,该系统的出水指标为COD77 2 1mg/L ,石油类 1 4 2mg/L ,BOD53 90mg/L ,TN 1 60mg/L .去除率分别为 :COD 83 1 8% ,石油类 94 86% ,BOD588 3 7% ,TN 88 3 6% ,pH值由 7 87降至 7.77.处理后的超稠油废水对土壤的污染并不明显 ,对芦苇的生长和材质指标几乎没有影响 .可见 ,自由表面流芦苇湿地深度处理超稠油废水的出水水质稳定 ,耐冲击负荷强 。

基于数据一致性预测与压制自由表面多次波——理论研究与试处理

从声波波场理论出发 ,首先在不考虑自由表面反射的情况下研究了有效波波场传播及反射规律 ,继而考虑自由表面反射的情况 ,并详尽推导了压制自由表面多次波的正演和反演数学模型 .从物理本质上对自由表面多次波的产生、预测及压制做了深入的剖析 ,讨论了基于数据一致性时空域褶积的多次波预测方法原理 ,实现了自由表面相关多次波自适应压制的迭代方法过程 .复杂起伏海底的理论模型试算实例表明 :在多次波产生系统非常复杂的情况下 ,本方法仍能非常有效地压制各种与自由表面相关的多次波 ,同时还能很好地保持有效波的能量 ,取得了很好的压制多次波效果 .

基于LBM的自由表面流体真实感绘制

针对自由表面流体的模拟,提出一种基于Lattice Boltzmann(LBM)的高效建模和绘制的方法.首先基于浅水方程的LBM模型进行流体建模及表面高度场计算,并提出一种基于Marching Cubes和自由表面算法结合的方法来抽取流体的表面,随后采用考虑移动障碍物的外力叠加机制和自适应加密算法来进行流体交互及表面的网格重构.最后采用硬件加速技术实现了不同自由表面流体的绘制,如溪流、水池浅水流、洪水水淹等真实感效果.

自由表面人工湿地脱氮效果中试研究

对自由表面人工湿地去除农业面源污水中氮的效果及途径进行了研究 ,结果表明 ,脱氮效率随水力停留时间(HRT)延长而增加 ,HRT为 0 5、1、2和 3d时 ,系统总氮去除率分别为 18 3 %、3 8 9%、84 9%和 85 6%。HRT <2d ,出水水质波动较大 ,2d以上 ,系统即可高效稳定运行。硝化 /反硝化是湿地脱氮的主要途径 ,挥发和填料吸附脱氮量可以忽略 ,依靠植物吸收可以去除一部分氮 ,茭草 (Zizaniacaduciflora)和芦苇 (Phragmitascommunis)的氮吸收量每年分别为 44 0和70 0kgN/hm2 。

基于数据一致性原理预测与压制自由表面多次波的效果分析

本文基于数据一致性预测与压制自由表面多次波方法原理,研制了迭代自适应压制多次波方法,用于模型数据和海洋实际地震数据的多次波压制处理。模型试算和实际海洋地震数据处理结果表明,与现有的常规多次波消除方法相比,此方法收敛速度快,并能很好地保持有效波能量。在应用此法时,要特别注意以下几点:①基于数据一致性原理,通过时间—空间域褶积预测自由表面多次波,多次波预测算子可以是含多次波的原始数据,也可利用已部分消除多次波的数据(如抛物线拉东变换滤波方法压制多次波后的数据),这样能更快地获得较好的多次波压制效果;②在一定简化条件下,预测与压制自由表面多次波可表达为一个线性最小平方反演的过程,实现过程是一个迭代自适应过程,只需要很少的几次迭代就能获得较好的多次波压制效果;③对于地下地层结构非常复杂时的多次波压制,文中方法在更有效地压制各种自由表面相关多次波的同时,还可以压制部分层间多次波,同时也能更好地保持一次波有效能量。

基于激光点阵的TIG焊熔池自由表面三维形貌测量方法

测量弧焊熔池自由表面三维形貌对研究电弧与熔池耦合作用机理,控制焊缝成形及全熔透等有着重要意义。针对现有的三维测量方法难以应用于强弧光、熔池表面镜面反射情况,提出一种点阵激光测量熔池自由表面三维形貌的新方法。通过分析建立熔池自由表面反射成像激光点与投射激光点之间的映射模型,提出基于投射激光点更新的熔池自由表面三维恢复算法。重建连续钨级惰性气体保护焊(Tungsten inert gas arc welding,TIG)熔池自由表面三维形貌,提取其宽度和高度尺寸,并与实际测量结果进行对比。结果表明,点阵激光测量法不仅有效避免弧光干扰实现了熔池自由表面的动态测量,而且重建的熔池自由表面三维形貌几何尺寸变化与实测结果吻合较好,宽度和高度误差分别为1.73%,2.32%,为更好地研究TIG焊熔池自由表面行为演化规律提供一种新方法。

SPH方法在自由表面流体研究中的应用

对光滑粒子流体动力学法(SPH方法)的发展背景、理论基础等进行介绍,总结了SPH方法在溃坝、海冰和河冰模拟、船舶流体力学等具有自由表面的流体研究中的应用现状,认为作为一种无网格的纯Lagrange方法,SPH方法较传统的基于网格的模拟方法具有不可比拟的优势。最后分析了SPH方法的缺陷及目前研究中的不足,并就今后的研究方向和发展趋势提出自己的看法。

自由表面流动数值模拟方法的探讨

本文建立和开发了一个用于求解具有自由表面的二维不可压缩粘性流体流动的Navier- Stokes方程组的数值模型。这个模型采用 AL E方法描述流体的运动 ,基本方程组中的流速和压力利用 Projection2方法来解耦 ,空间离散采用有限单元法 ,而时间离散则采用 semi-implicit方法。自由表面位置则通过求解相应的偏微分方程来确定 ,而计算过程中网格的调整则采用了新的方法。算例结果令人满意 ,表明方法可行。

三棱柱形网格下自由表面流的三维数值模拟

为了模拟自由表面流动问题,建立了基于三棱柱形网格的三维Navier-Stokes方程的半隐式动压离散模型。出流边界采用在动量方程右端附加线性衰减项的海绵层处理方式来消减波能。引入k-ε双方程紊流模型求解涡黏性系数,使方程达到封闭。用规则周期波通过淹没障碍物的传播变形和复合明渠流动算例,验证了当遇到短波高频问题时,所述模型模拟结果与测量值吻合良好,体现了模型的精确性和有效性。

圆形自由表面水射流冲击换热特性

对圆形自由表面水射流冲击换热特性进行了系统的实验研究 ,总结了喷距、射流出口速度以及相变等因素对换热的影响 ,并对其形成机理进行了分析 。

考虑靶体自由表面和开裂区影响的可变形弹体斜侵彻脆性材料的终点弹道分析

将靶体视为不可压缩Mohr-Coulomb材料,假定空腔膨胀产生塑性-开裂-弹性响应分区,构造了自由表面效应的衰减函数,并将衰减函数乘以脆性材料的半经验阻力函数,得到了用于斜侵彻的脆性材料半经验阻力函数。基于文献[2]的弹靶分离方法,将靶体对弹体的作用用阻力函数代替,避免了靶体网格划分和复杂的接触算法,提高了计算效率。在此基础上,对4340(RC44.5)高强钢斜侵彻石灰岩靶体进行了数值模拟,并通过与实验测得弹体最终形态和弹尖最终位置对比,验证了本文提出方法的正确性和优越性。

型腔充填过程三维自由表面的数值模拟

开发了铸件充型过程三维数值模拟软件 ,采用了一种改进的 VOF方法处理三维自由表面 ,包括自由表面网格中流体方位的确定、自由表面的推进及边界条件施加等 ,并利用一个方形板腔的压铸水模拟实验结果对程序进行了验证 ,表明了程序具有处理复杂自由表面的能力。

带自由表面三维非恒定紊流场的全场数值模拟

本文基于Ｌａｇｒａｎｇｅ法与ＡＥＬ方法的思想推出了一种颇具实用价值的轨迹Ｅｕｌｅｒｉａｎ－Ｌａｇｒａｎｇｉａｎ（ＴＥＬ）型非恒定坐标变换系统，包括边界轨迹ＴＥＬ型非恒定变换与网格轨迹ＴＥＬ型非恒定变换；应用ＴＥＬ型非恒定坐标变换系统推出了带自由表面三维非恒定紊流场的全场数学模型，并通过以孤立波的爬坡计算与带自由表面强弯曲渠道紊流场计算作为实例验证了模型的可行性和有效性。