不同土质条件下土壤蓄热特性的数值模拟研究

选取严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区典型地源热泵作为研究对象,建立地埋管及周围土壤的物理模型,根据不同地域的地质条件,为土壤区域设置不同的热物性参数及分层数,对整个蓄热季的地埋管及周围土壤的换热情况进行数值模拟,探究地质条件对地源热泵换热特性及土壤蓄热量的影响。结果表明,由于所选各地区土壤热物性参数及分层数不同,整个蓄热季后土壤蓄热量差异较大,严寒地区、寒冷地区、夏热冬冷地区土壤蓄热量分别为949.251 MJ、1 031.122 MJ和709.225 MJ。受土壤各层热物性参数差异影响,同一地区各层土壤的热量传递半径及升温速率也存在较大不同。粉质粘土层热量传递半径大,中粗砂与淤泥质粘土层温度提升快。此外,在整个蓄热季中,受土壤热容增大影响,蓄热效率呈现出下降趋势,在实际运行过程中应采用间歇蓄热,提升蓄热效率。

中长周期波作用下的斜坡堤胸墙波浪力试验研究

在印度洋、大西洋沿岸,海岸工程设计波浪周期多在14 s以上,具有显著的中长周期波特征。通过以往工程项目的试验结果发现中长周期波下,规范计算的斜坡堤胸墙波浪力明显小于试验结果。因此,通过系列物理模型试验研究了中长周期波下的斜坡堤胸墙波浪力。分析斜坡坡度、肩台宽度和波浪条件对胸墙波浪力的影响。通过将试验结果与我国现有规范中的经验公式计算所得结果进行对比,发现规范更适用于胸墙底淹没的情况,而对于肩台出水情况,规范计算结果小于试验结果。由此提出了一种新的波浪力计算方法,计算准确度得到明显提高。

孤立综合能源系统的净零碳日前优化调度方法

在当前“碳达峰,碳中和”战略目标下,针对孤立能源系统的能源自给及低碳化需求,本文提出一种孤立综合能源系统的净零碳日前优化调度方法。该方法首先基于物质的量守恒和能量平衡原理,分析异质能量的转换和碳元素流转过程,并以氢能和碳为中心,提出面向孤立综合能源系统的净零碳运行机制;然后以孤立能源系统的日成本最优为目标,考虑净零碳运行机制、电力系统运行约束和天然气系统运行约束,建立了孤立综合能源系统的日前优化调度模型,并将该模型转化为混合整数线性规划问题;最后以IEEE 39-NGS20电-气互联系统作为测试系统进行仿真分析,仿真结果表明,本文所提方法可以实现综合能源系统的100%自给和净零碳运行,并明显提升孤立综合能源系统日前调度的经济性。

那曲市江河源头区生态补偿机制研究

以西藏那曲市为例,分析了那曲市江河源头区生态环境现状与生态功能定位,以国内外现有生态补偿研究成果为理论支撑,初步梳理总结那曲市江河源头区现有的生态补偿政策与措施,探讨了江河源头区现有生态补偿制度的成效及存在问题,从生态保护的实际需求与生态系统服务产品价值角度建立了江河源头区生态补偿思路与措施,为健全我国生态补偿机制提供依据,保证江河源头区生态保护与经济可持续发展。

电力系统定碳排运行域:概念与方法

该文首次提出电力系统定碳排运行域(committed carbon emissions operation regions,CCEOR)的概念,刻画电力系统低碳安全运行空间(low-carbon operation space,LCOS),为新型电力系统低碳、安全运行提供科学、全面的决策依据,进一步丰富现有的低碳分析理论。针对高维非线性时空耦合变量下,定碳排运行域边界求解的关键技术瓶颈,基于数据与模型混合驱动思想建立域边界的高效求解方法。该方法结合特征工程,基于注意力机制与深度卷积的神经网络架构,以及数据与模型混合驱动的训练机制,有效保障CCEOR边界求解的高效性和准确性。最后,通过IEEE-118测试系统进行仿真分析,验证CCEOR能够有效评估系统的低碳运行态势,并确定低碳安全的调控方向。同时,验证所提域边界求解方法的高效性和高维适用性。通过可视化分析CCEOR随关键约束的变化特性,剖析LCOS的边界特征并发现其存在的空间饱和现象,进一步揭示电力系统运行的电碳耦合机理。

微电网定碳排运行域:理论、构建与观测

构建以高比例新能源为主体的低碳型微电网,充分挖掘微电网低碳调控潜力是实现能源体系绿色低碳转型的重要发展方向。为明晰碳排放目标下微电网低碳运行空间,该文提出计及微电网低碳调控特性的微电网定碳排运行域(CCEOR)理论及刻画方法,基于CCEOR投影观测下的几何特征直观量化微电网低碳调控能力,为调度中心监测和感知微电网运行状态提供有效工具。为确保CCEOR具备可观测理论条件,首先,从CCEOR概念出发,针对非凸特性建立考虑二阶锥松弛的CCEOR转换模型,并揭示CCEOR边界数学性质。进而,针对CCEOR高维耦合复杂特征,结合碳排放流理论构建CCEOR降维观测模型,将微电网低碳运行空间投影至关键节点负荷空间,在此基础上提出可兼顾求解精度和效率的凸包收缩CCEOR边界拟合算法。然后,建立可描述微电网低碳运行能力和变量耦合关系的几何特征指标,以实现微电网低碳调控潜力量化评估。最后,结合典型微电网算例进行CCEOR降维观测与评估,验证了所提模型和方法的有效性。基于可视化分析,深入挖掘了CCEOR在指导微电网协同配电网低碳资源优化和电碳市场交易等方面的潜在应用。

基于氢能设备多状态模型的电氢区域综合能源系统可靠性评估

针对现有电氢区域综合能源系统(EH-RIESs)可靠性评估方法未能充分考虑氢能设备故障机理及其多状态运行特性、缺乏供氢可靠性水平量化评估指标及方法等问题,该文提出基于氢能设备多状态模型的EH-RIESs可靠性评估方法。首先,剖析了氢能设备运行特性与故障机理,建立了考虑降额运行状态的碱性电解槽多状态可靠性评估模型、计及热电联产模式的燃料电池多状态可靠性评估模型及加氢机组的多状态可靠性评估模型,为准确模拟EH-RIESs运行状态奠定了坚实基础;其次,以弃风光成本和异质能源负荷削减成本之和最小为目标,建立考虑电氢异质能量系统耦合的最优负荷削减模型;然后,从供氢可靠性水平、设备对氢负荷缺供能量的贡献程度及系统经济损失等方面,构建了供氢可靠性评估指标体系;最后,结合氢能设备多状态模型和马尔科夫链蒙特卡洛法,建立了EH-RIESs可靠性评估方法,实现了对EH-RIESs内氢能等异质能源供给可靠性水平的准确量化。采用两个不同规模的EH-RIESs进行仿真分析,验证了该文所提模型及评估方法的有效性和适应性。

长江口北支围垦对其水动力影响的数值模拟分析

20世纪50年代以来,上海市和江苏省两地对长江口北支实施了大规模围垦,使北支河宽大幅度缩窄,地形边界显著改变。在利用MIKE21_FM构建长江口—杭州湾二维垂向平均潮流数学模型,并用实测数据对模型进行验证的基础上,对北支大规模围垦前后的潮流场进行了模拟分析。研究结果表明:大规模围垦后,北支全河段平均高潮潮位抬升,平均低潮潮位降低;中上游河段涨、落潮流速增大,下游入海河段涨、落潮流速减小;南北支涨潮流汇流点上提至南北支交汇的崇头,涨潮动力增强。

波浪作用下船舶系缆力的计算方法

基于波浪作用下船舶系缆力的试验资料,分析了船舶特性、波浪参数对系泊船舶波浪力的影响规律,提出了作用于船舶上的波浪总力计算公式.参照《港口工程荷载规范》(JTJ215—98)由风和水流产生的船舶系缆力的计算方法,提出了由波浪产生的船舶系缆力的计算方法.算例表明,船舶系缆力的计算值与试验结果吻合较好.本方法可为工程设计中船舶系缆力的确定提供参考,填补了《港口工程荷载规范》(JTJ215—98)缺少波浪作用下船舶系缆力计算的空白.

大跨度泵站多人字型前池导流墩整流分析

针对浙石化4×10^7t/年炼化取水口北区循环水泵房大跨度前池存在的主流集中、流速大、出现回流区、流道进水不均等问题,提出“多人字型”组合前池导流墩方案,并基于N-S方程、标准κ-ε湍流模型、重力相似准则,对“多人字型”组合导流墩方案进行数值模拟和物理模型试验研究。结果表明,“多人字型”组合导流墩方案起到了分散水流、降低主流流速、减少前池回流区域和回流流速大小的作用,为同类型大跨度直角进水前池的整治提供了依据。

纳米SiO_2/PVA复合超滤膜的制备及性能研究

用 Stober法制备纳米级分散的 Si O2 颗粒 ,使其均匀地分散在 PVA水溶液中 ,并通过相转化法制得纳米 Si O2 / PVA复合超滤膜。对所得膜进行了 DSC分析和力学性能测试。结果表明 ,膜的玻璃化转变温度 (Tg)和力学性能都有明显的提高。初步探讨了纳米 Si O2 对所得膜增强机理 ;通过超滤实验对所得膜的性能进行了评价。

复合材料层合板开口翻边补强试验和数值研究

对复合材料开口补强层合板进行压缩试验研究。对复合材料开口非补强和开口补强层合板建立有限元模型,采用三维8节点厚壳单元(S8R),分别利用非线性分析和线性分析方法对复合材料的应力-应变响应进行模拟。通过试验数据与数值结果对比发现,几何非线性分析方法较线弹性分析方法能更好地符合试验结果。通过编制材料子程序(UMAT)来预测材料的损伤萌生和扩展,预测的应力-应变响应、损伤扩展、失效强度基本与试验结果一致。

SiO_2纳米干凝胶的合成和表征

以水玻璃和盐酸为原料 ,通过添加表面活性剂的方法制备SiO2 纳米干凝胶 ,并对其制备条件进行了研究 ;用BET ,DTA TGA ,IR ,XRD ,TEM等手段对样品的结构和性能进行了表征。结果表明 ,合成SiO2 纳米干凝胶的最佳工艺条件为 :水玻璃质量浓度 ,4 0 g/L ;盐酸浓度 ,5mol/L ;表面活性剂质量浓度 ,50 g/L ;老化时间 ,1h ;煅烧温度 ,6 0 0℃。该样品的比表面积可达 998m2 / g ,对锆的静态吸附容量为 0 344mmol/

复合材料层合板螺栓连接失效的数值模拟

基于二维有限元模型,对复合材料层合板螺栓连接的破坏失效问题利用刚度降低的方法来模拟损伤演化过程。在ABAQUS有限元软件中加入损伤子程序对螺栓连接强度和失效模式进行数值计算。计算结果表明,该方法能够较好地反映和符合实验结果。对计算结果分析发现,对于正交铺层,剪切非线性不明显,非线性和线性分析得到的计算结果差别比较小;而对于角铺层,剪切效应比较显著,非线性和线性分析两种计算结果差别很大,而且非线性分析比较适合于角铺层层合板的计算。配合间隙的大小对挤压强度会产生很大的影响,随着配合间隙的增大,连接强度大大降低。对于不同的配合间隙,出现严重损伤的位置不同。间隙小时,在远离螺栓孔中心线处损伤最大;间隙大时,损伤在靠近螺栓孔中心线位置最为严重;间隙越大,损伤峰值越高。

海口湾海洋水动力自然灾害评估分析

开展海洋水动力自然灾害评价分析是涉海工程海洋灾害风险评估的重要组成部分,其重在水动力风险因素的识别与风险强度的预估,是有效提高灾害防御能力、控制风险和减少灾害损失的关键技术方法之一。海口湾水域位于海南岛北岸,琼州海峡内、濒临南海,由于其特殊地理位置,对海口湾水域影响最为显著的海洋动力灾害主要包括:风暴潮、海浪和海啸。本文针对上述问题,基于数值模拟方法以及实测数据统计和经验分析等方法,研究确定了该海域所面临的上述各风险因素的成因,并确定了其对应强度大小和危害破坏情况,给出了极端条件下的数值结果,为相关工程的海域使用论证提供参考依据。其中,风暴潮增水主要基于实测台风资料通过随机统计与水动力模型相结合的方法,推求出重现期为50、100以及500a的极端高水位值。极端大浪主要基于30a的台风过程与疾风资料,结合后报风场数据,采用SWAN模拟海域波浪场,分别计算给出重现期100、50a波浪要素,并验证了海域内人工岛护面稳定性情况。海啸波主要依托Nguyenetal(2014)在USGS震源参数基础上导出的震源参数,采用浅水波模型分别对7.0和8.0级地震形成的海啸进行数值模拟,估算对海口湾水域影响情况,还考虑了整个断裂带发生破裂形成的特大地震(9.3级)海啸时极端情况。

纳米二氧化硅-聚乙烯醇复合超滤膜的制备与表征

通过相转化法制备了纳米SiO2 聚乙烯醇 (PVA)复合膜。铸膜液由PVA、纳米SiO2 、水、聚乙二醇 (PEG)构成。水为溶剂 ,PEG为添加剂。凝固浴为Na2 SO4 KOH H2 O溶液。所得膜有良好的弹性和机械强度 ,膜孔径对压力是敏感的 ,可以通过控制操作压力来控制膜的截留相对分子质量。考察了SiO2 含量和PEG含量对膜性能的影响 ,并对膜的机械性能进行了测试。

由拉伸试样确定材料真实应力应变关系

提出一种借助有限元分析由光滑和切口圆棒试验数据确定应力应变关系的方法。首先分析光滑和切口圆棒 ,得到其各自的应力应变分布。研究在颈部应力应变随变形位移和材料的分布变化 ,得到其间关系的曲线图 ,同时对圆棒颈缩变形进行模拟。对工程上常用的硬化指数差别较大的两种钢材制成的光滑试样及切口试样进行初步的计算与分析 ,对影响拉伸试样颈缩形成的因素进行研究 ,指出试样夹持端状态与外廓直径的细微减少及加载约束方式三者对颈缩有重要影响 ;对工程上常用的bridgeman估算公式进行分析 ,指出其在工程上的适用性。

圆棒拉伸试样蠕变过程中的应力应变分布分析

对光滑及切口圆棒试样进行有限元蠕变分析,得到了蠕变过程时的应力应变分布。在相同的平均净拉伸蠕变应力下,切口的存在使得最小截面上的平均Mises应力和平均轴向应力小于光滑试样。切口还导致蠕变时的应力松弛并使得试样的最大应力不再发生在切口根部。这可以用来简单解释切口对试样断裂寿命的影响。

压缩载荷作用下复合材料层合板结构开口翻边补强试验及数值模拟

对复合材料开口补强层合板进行压缩试验研究,分析损伤和破坏部位,然后建立补强后层合板有限元模型,分别利用非线性分析和线性分析两种方法对应力应变响应、失效强度、损伤扩展进行模拟,通过试验数据对数值结果进行考核,结果发现非线性分析较线性分析方法能更好地符合试验结果。

基于对应分析法的地下水水质监测点优化

应用对应分析法对阜新新邱露天煤矿排土场附近于家沟地下水污染区的水质监测点和污染物进行了优化。首先,将监测点和污染物反映到同一因子轴的图形上,并且分类;然后,找出了监测点和污染物间的内在联系和分布特征,并从中选择;最后完成了监测点和监测项目的优化。