功能涂层在多场多尺度仿真下的设计理论及研究进展

功能涂层设计需要考虑从纳米级到米级的多场多尺度效应,这对于功能涂层的设计理论和仿真计算仍是一项巨大挑战。梳理当前功能涂层的多尺度仿真方面存在一些问题,如多场耦合理论有待加强、多尺度数值方法计算效率有待提高、大尺度湍流数值仿真仍存在较大模型误差等。综述了功能涂层设计理论与仿真的现状与趋势,重点讨论了多场多尺度设计理论、动力学设计理论、数据驱动仿真方法以及强度与寿命评价方法等方面的最新进展。在此基础上,提出功能涂层设计理论与仿真的未来重点发展方向。指出面向工业应用的多场多尺度设计技术、动载荷性能设计、数据驱动仿真和搭建仿真软件平台是功能涂层仿真设计所面临的技术难点,并给出面向关键技术难点的研究建议,为后续多场多尺度仿真在功能涂层设计领域中的应用提供参考。

复合材料构件设计理论及仿真研究进展

复合材料构件设计及仿真是复合材料性能与应用研究的重要组成部分,在复合材料产业国际竞争中发挥着关键作用;我国在此领域的系统性研究起步较晚,理论水平滞后、自主标准受制、仿真软件基础薄弱、设计与制造分离等诸多风险共存,相比支撑复合材料构件在重要装备上大规模、高水平应用的长远目标差距明显。本文针对复合材料构件在重要装备应用方面的难题与挑战,剖析了复合材料构件设计理论及仿真的共性需求,梳理了国内外发展现状与主要趋势,提出了我国复合材料构件设计理论及仿真的重点方向:极端和多场环境下复合材料构件的设计理论、复合材料构件动力学分析与设计理论、数据驱动的复合材料构件仿真方法、复合材料构件强度与寿命仿真评价方法。为此建议,开展面向装备工程应用的复合材料构件多场多尺度设计技术、动载荷下的复合材料构件性能设计技术、数据驱动的复合材料构件设计与仿真技术、复合材料构件强度与寿命仿真软件平台等研究,全面提升我国复合材料构件的设计及工程应用水平。

增强型地热系统关键技术研究现状及发展趋势

增强型地热系统(EGS)是开发干热岩型地热资源的主要手段,但其目前存在高温作用下人工压裂缝网不合理、多尺度多场耦合规律不明、井内闪蒸流动造成采热效率低下、地热流体热电转换效率低等关键问题,不利于地热资源的大规模商业化开发。围绕上述重大瓶颈问题,针对EGS开采干热岩型地热资源涉及的4大关键技术,系统梳理和分析了各项技术的研究进展及发展趋势。主要内容包括:①在干热岩储层人工压裂技术方面,详述了储层改造方法、人工缝网形成机制和裂缝扩展预测模型等方面的研究进展;②在干热岩开采数值模拟技术方面,分别从岩心尺度多场耦合模型、储层尺度多场耦合模型和尺度升级方法3个角度,阐述了裂缝表征方法、数学模型及求解方法的研究进展;③在井筒热流体高效提取技术方面,讨论了井筒内流体闪蒸的原理、闪蒸流动特性研究的实验和数值模拟方法;④在干热岩地热发电技术方面,介绍了地热发电原理、发电系统类型和主要的应用市场。结论认为,EGS是一个技术密集型系统,但由于地下储层工况的复杂性和地面设备的不稳定性,机理研究往往与实际脱节,需与先导试验项目密切结合、互相指导,开展产—研结合模式,在不断往复中提高认知、突破关键点,从而大幅提升EGS的应用价值。

弥散核燃料燃烧演化过程中的关键力学问题

为了实现核能的可持续发展,需要研发第四代先进核能系统,其同时具有高安全性、高经济性、核废料最小化和防核扩散的特点.加速器驱动的次临界系统(Accelerator-Driven Subcritical System,简称ADS)是具有上述特点的一种先进核能系统,弥散核燃料在其中具有良好的应用前景.弥散核燃料是一种非均质核燃料,在结构上类似于颗粒复合材料,也称为惰性基体燃料.本文主要针对ADS用弥散核燃料,给出其在反应堆高温、高压和辐照环境中的关键力学问题,阐述其所具有的多尺度和多场耦合特征,介绍其在理论建模和数值求解等方面的相关研究进展,并提出研究展望.