基于顶点中心有限元算法的重力场矢量和重力梯度张量高精度模拟

密度非均质性引起的重力异常由三维泊松方程控制,而目前大多数正演模拟方法都依赖于其积分解和以单元为中心的数值方法。当利用重力位计算重力场时,这些数值策略将不可避免地失去准确性。为了缓解这一问题,本文提出了一种高效、准确的高阶顶点中心有限元方法来模拟三维重力异常。首先,通过具有六面体网格的顶点中心有限元来建立正演算法,并选用ILU-BICGSTAB迭代方法求解大型对称稀疏线性方程组。其次,为了获得重力位的一阶导数和二阶导数,采用了高阶拉格朗日插值技术。最后,采用三维立方体密度模型测试了顶点中心有限元算法的准确性,并利用薄垂直矩形棱镜模型和实测模型测试了算法的灵活性。数值结果表明,高阶顶点中心有限元算法能获得高精度的重力场矢量和重力梯度张量。与精确积分解和顶点中心算法相比,高阶顶点中心有限元格式在模拟三维重力异常方面表现出更高的效率和准确性。同时,相较于单元中心数值解,高阶顶点中心有限元算法在模拟三维重力异常表现出更高的效率和准确性。

电磁法在有色金属矿产勘查中的研究进展

电磁法勘探以电磁感应原理为基础,主要通过观测到的电磁场响应推断地下电阻率的空间分布特征,在此基础上结合地质解释,从而实现金属矿产勘查的目的。目前,电磁法按照接收信号组成分为频率域与时间域两大类,勘探深度从浅部几米到深部几十公里,应用领域从陆地、高空到海洋均有涉及。本文简要综述了主要电磁勘探方法理论、应用场景及观测系统,从数据解释角度回顾了电磁法正演模拟与反演计算研究工作,介绍了不同种类电磁法在金属矿勘查中的典型应用案例,最后对电磁法勘探金属矿的发展提出了作者的看法和建议。

基于格点型有限体积法的大地电磁二维正演

伴随着大地电磁勘探方法的广泛应用,发展精确和快速的正反演算法成为应用地球物理学者和工程师们的研究重点。考虑到在大多数二维地电模型中,大地电磁响应不存在解析解,本文建立了格点型有限体积正演模拟算法。首先,从大地电磁场满足的变系数亥姆霍兹方程边值问题出发,导出了格点型有限体积法控制方程的离散表达式,对边界条件进行近似处理后求解线性方程组,得到大地电磁场数值解。其次,通过对均匀半空间模型和一维介质模型的模拟计算,与解析法计算结果对比,验证了有限体积正演算法的正确性和稳定性,并分析了纵向单元剖分间距对大地电磁响应的影响。然后,利用格点型有限体积算法精确地计算了COMMEMI 2D-1模型的大地电磁响应值,该方法的计算消耗和精度都优于有限差分法。最后,通过对典型二维地电模型的大地电磁响应模拟,总结了异常响应规律,可为实测数据的定性解释提供指导。

Regularized inversion for coseismic slip distribution with active constraint balancing

Estimating the spatial distribution of coseismic slip is an ill-posed inverse problem, and solutions may be extremely oscillatory due to measurement errors without any constraints on the coseismic slip distribution. In order to obtain stable solution for coseismic slip inversion, regularization method with smoothness-constrained was imposed. Trade-off parameter in regularized inversion, which balances the minimization of the data misfit and model roughness, should be a critical procedure to achieve both resolution and stability. Then, the active constraint balancing approach is adopted, in which the trade-off parameter is regarded as a spatial variable at each model parameter and automatically determined via the model resolution matrix and the spread function. Numerical experiments for a synthetical model indicate that regularized inversion using active constraint balancing approach can provides stable inversion results and have low sensitivity to the knowledge of the exact character of the Gaussian noise. Regularized inversion combined with active constraint balancing approach is conducted on the 2005 Nias earthquake. The released moment based on the estimated coseismic slip distribution is 9.91×1021 N·m, which is equivalent to a moment magnitude of 8.6 and almost identical to the value determined by USGS. The inversion results for synthetic coseismic uniform-slip model and the 2005 earthquake show that smoothness-constrained regularized inversion method combined with active constraint balancing approach is effective, and can be reasonable to reconstruct coseismic slip distribution on fault.

Three-dimensional land FD-CSEM forward modeling using edge finite-element method

A modeling tool for simulating three-dimensional land frequency-domain controlled-source electromagnetic surveys,based on a finite-element discretization of the Helmholtz equation for the electric fields,has been developed.The main difference between our modeling method and those previous works is edge finite-element approach applied to solving the three-dimensional land frequency-domain electromagnetic responses generated by horizontal electric dipole source.Firstly,the edge finite-element equation is formulated through the Galerkin method based on Helmholtz equation of the electric fields.Secondly,in order to check the validity of the modeling code,the numerical results are compared with the analytical solutions for a homogeneous half-space model.Finally,other three models are simulated with three-dimensional electromagnetic responses.The results indicate that the method can be applied for solving three-dimensional electromagnetic responses.The algorithm has been demonstrated,which can be effective to modeling the complex geo-electrical structures.This efficient algorithm will help to study the distribution laws of3-D land frequency-domain controlled-source electromagnetic responses and to setup basis for research of three-dimensional inversion.

汽轮机双低压缸末级叶片的差异化配置方法

以双低压缸的600MW汽轮机为例,提出了一种低压缸末级叶片的差异化配置方法:根据汽轮机实际各个低压缸的排汽压力值和预设机组负荷,推算各低压缸的排汽容积流量值和运行效率,进而选取合适、匹配的末级叶片型号,使得实际各低压缸均能达到高效的能量转换工作状态。实际10余台600MW机组改造效果表明:该方法可以有效提升汽轮机运行效率,带来显著的优化改造经济效益。这不仅对已投产运行的同类型机组的通流改造工程具有重要的借鉴意义,而且还对配置多低压缸的大功率汽轮机的优化设计与加工制造工作具有极大的参考价值。

低压缸切缸改造后转子渐变式弯曲故障诊断

低压缸切缸改造是提高机组热电效率、降低热电耦合的典型方法。然而火电机组在参与调峰过程中工况的大范围变化、设计制造时未考虑切缸改造等因素,可能导致机组轴振的爬升。针对某厂切缸改造后的实际轴振超限案例,分析认为振动异常的原因为新低压转子运行中随着残余应力释放而发生渐变式弯曲故障,通过现场动平衡方法实现了降低振动幅度的目标。实践证明该方法有效解决了振动异常问题,为供热改造机组故障诊断与处理提供有益参考,具有重要的实际意义。

基于MFOA-GRNN的汽轮机热耗率预测模型

为提高机组热耗率在线计算的精度与鲁棒性,提出多种群果蝇优化算法(Multi-population fruit fly optimization algorithm,MFOA)和广义回归神经网络(Generalized regression neural network,GRNN)相结合的汽轮机热耗率预测模型。以影响机组热耗率的主要运行参数为输入参数,建立基于GRNN的机组热耗率计算模型,并进一步采用改进的多种群果蝇优化算法优化GRNN模型中的光滑因子。将所建MFOA-GRNN热耗率预测模型应用到某1000 MW机组中,结果表明该模型具有很好的计算精度,在测量数据发生方差增大、定值偏移等异常情况时该模型也能给出可靠的计算结果,具有较强的泛化能力和鲁棒性,满足实际工程需要。

折流板除雾器内液滴运动和分离特性的数值研究

采用欧拉-拉格朗日方法,建立了湿法烟气脱硫系统折流板除雾器内气液两相流动模型。通过三维数值模拟,得到了不同进口气速和叶片间距下液滴的运动和捕集特性,分析了液滴间的碰撞作用、气流对液滴的破碎作用以及液滴与壁面间的相互作用对分离效率的影响规律。结果表明:进口气速和液滴粒径是影响分离效率的主要因素,小粒径液滴对气流的跟随性较强,大粒径液滴的运动主要由惯性主导;模拟中考虑液滴的碰撞作用时整体的除雾效率增大,气流对液滴的破碎作用对分离效率的影响甚微,考虑了液滴与壁面间相互作用的模型可更加准确地描述分离过程中出现的二次夹带现象。