采用多元颗粒模型对圆柱形颗粒在移动床中流动的离散单元法直接数值模拟

为了研究活性焦颗粒在移动床内的流动特性,通过离散单元法直接数值模拟方法对活性焦即圆柱形颗粒在移动床内的流动进行了数值模拟。采用多元颗粒模型来描述圆柱形颗粒,即圆柱形颗粒通过几个叠加在一起的球元构成。建立了圆柱形颗粒的碰撞机制,分析了圆柱形颗粒在流动时的受力情况,并通过实验验证多元颗粒模型的可靠性。从宏观和微观2个方面,比较圆柱形颗粒2种构建方式(2球元和3球元)下的模拟结果。结果表明:2球元和3球元构建的圆柱形颗粒在动能、转动动能、变形量、碰撞力、碰撞次数等微观方面的差别较大。且通过比较颗粒位置图和下料率可以看出,3球元圆柱形颗粒的模拟结果与实际结果更加相符,因此,选择3球元作为圆柱形颗粒的构建方式。

有限单元法数值计算在水库渗漏及渗流区浸没预测中的应用

水库渗漏一方面会造成水量损失,直接影响工程效益,另一方面渗流区下游农田、居民点被浸没,沼泽化,引起地质环境恶化,甚至下游有边坡区域土层含水量增高,边坡失稳,产生地质灾害。根据水库渗流区上下游的水文地质特征及渗流区各段地层透水性,建立了渗流区地下水运动的二维流水平运动模型,提出了根据渗流区上下游水位边界条件与区域内有限个单元的水头相互关系来求解模型的一种方法。最后在计算机的辅助下,应用上述模型分析渗流区域地下水的上升状况,为库水的渗漏量及河间地块浸没的定量评价提供了理论基础。

矿用提升钢丝绳数值建模及有限元分析

矿井提升钢丝绳在煤矿生产中具有十分重要的地位,其力学特性对于研究其磨损、失效具有重要意义。通过对6×7IWS同向捻钢丝绳在有限元分析软件中建立空间结构和尺寸均与实际相符的模型,选择现场常见的工况设定相应的边界条件进行仿真计算,得到钢丝绳的数值计算结果,计算结果对指导钢丝绳的应用提供了数值参考。

复合地层TBM滚刀破岩性能离散元数值试验

全断面岩石掘进机(TBM)因其安全性好、掘进速度快、机械化程度高等优点,已被引入煤矿岩石巷道掘进施工中。煤矿地质条件复杂,复合地层对全断面岩石掘进机掘进效率的影响不容忽视。为了探究煤系复合地层对滚刀破岩效率的影响,建立了滚刀和岩石的颗粒流离散单元模型,开展TBM滚刀的贯入度数值实验。研究结果表明:在相同破岩情况下复合地层破坏的范围小,在滚刀破岩的过程中不易形成贯通区。两种地层裂纹数目随着贯入度变化的规律大致相同。滚刀在相同破岩情况下复合地层所需要的滚刀法向力要大于单一地层硬岩所需要的。单一地层滚刀破岩最优贯入度约为4mm,复合地层滚刀破岩最优贯入度约为9mm。

数值切割单元法在河流数值模型中的应用前景展望

天然地表水边界复杂,且处于不断的冲淤变化中。数值切割单元法可任意追踪拟合复杂动边界,且网格生成简单,在计算流体中具有重要的研究和应用价值。本文对数值切割单元法常用的直接插值法、虚源反射法和直接源项法的基本原理、适用条件及关键难点解决方面等进行了系统总结。结合地表水流的动力特性,给出数值切割法在复杂边界地表水模拟中的具体应用方法,提出在二维模拟中,可直接采用基于有限体积法的直接插值法进行数值切割,而在三维模拟中,联合采用sigma-网格及直接源项法可同时实现模型的准确性及高效性。最后,通过对比目前数值切割法在其它领域典型算例,提出数值切割单元法在崩岸、河工建筑和植物绕流模拟、高精度紊流模拟等地表水模型难题方面的应用前景。

σ-数值切割单元法(σ-SIBM)——解决σ-坐标在海洋陡坡区域数值模拟中压强梯度误差的新方法

σ-坐标是地表水三维水动力及物质输运模型使用最多的垂向坐标,但陡坡区域水平压力梯度误差长期制约着σ-坐标在海洋模拟中的发展,现有解决方法如z-平面法、相对密度法、提高精度法和地形光滑法等都未取得满意的结果.本文提出σ-数值切割单元法,在陡坡区域引入伪床面,降低H/x,消除了长期存在的区域水平压力梯度问题,将问题转化为陡坡位置的非贴体网格问题,进一步采用数值切割单元法解决边界拟合问题.对数值切割单元法的关键步骤,如床面数值识别、网格单元或节点分类、数值源项的半隐式求解以及切割速度的插值计算,提出适合于地表水地形分布特性的具体解决方法.模型既利用了传统σ-网格的简单高效性,又克服了σ-坐标在陡坡或复杂地形中应用的局限性,实现了σ-坐标和数值切割单元法的联合优势.理想海山试验表明,σ-数值切割单元法所产生的最大速度误差相对z-平面法减小近一倍,全域动能误差减小两个量级左右.海沟、海山、大陆架及河口区域存在下的复杂地形数值试验表明,模型对复合陡坡地形同样具有很好的适应性.

陶瓷微球填充型隔热涂料的有效导热系数

利用SEM对一种陶瓷微球填充型隔热涂料进行了分析,在此基础上运用数值单元体法建立了计算其有效导热系数的模型.分别讨论了球壁厚度、球壁有效导热系数及陶瓷微球填充率等3个主要因素对该涂料有效导热系数的影响.为验证计算结果,利用稳态平板法测试了几种隔热涂料的导热系数.研究发现:选用壁面薄的陶瓷微球可制成性能较好的隔热涂料;陶瓷球壁的有效导热系数对涂料的有效导热系数影响很大,前者必须很低,比如小于0.05 W/(m.K),才可显著降低涂料有效导热系数;增加填充率可明显降低涂料有效导热系数;填充陶瓷微球确可改善涂料隔热性能,但程度有限.

华北地区三维构造应力场

根据最新的地质构造、地球物理、原地应力测量以及震源机制解资料，建立了华北地区三维构造应力场模型；对华北地区构造应力场的三维图象进行了模拟计算；分析研究了区域构造应力场的总体特征和局部分区特性；并讨论了华北构造块体的动力边界条件、活动断裂构造和地壳物性分区等因素对华北构造应力场的控制和影响．

不同物性对椭球形颗粒在移动床中流动特性影响的模拟研究

采用多元颗粒模型对椭球形颗粒在移动床内的流动进行了离散单元法直接数值模拟。椭球形颗粒由3个叠加在一起的球元构成,建立了椭球形颗粒的碰撞机制,详细分析了其运动过程中的受力情况,主要是碰撞力和重力,并通过实验验证了模型的正确性。探讨不同物性颗粒在移动床内的流动特性,分析颗粒物性对流型、空隙率分布以及颗粒分离情况的影响。结果表明,滑动摩擦系数越小,颗粒流动越接近整体流,滑动摩擦系数越大,颗粒流动越接近漏斗流,且滑动摩擦系数越大,空隙率的波动范围越大,滑动摩擦系数越小,空隙率分布越均匀。滚动摩擦系数和弹性恢复系数对流型和空隙率的影响都很小。在二元混合物中,颗粒直径比越大,空隙率越小。不同尺寸颗粒混合物会导致颗粒分离,在下料时,颗粒直径比越大,细颗粒含量越少,但在物料卸出90%以后,细颗粒含量反而变大。滑动摩擦系数增大,在下料初始和最终阶段,细颗粒含量变大,而在下料中间阶段,细颗粒含量变少。

断裂端部应力场的离散元模拟分析

应用Kulatilake等提出的使用起到完整岩石作用的侧节事(fictitious joints）的方法模拟分析了断层端部的应力状态。在断层两端出现最大主应力和最大剪应力的集中，应力集中区的位置在断层两侧是不对称的。应力集中的程度受边界应力比值Kb的断层内摩擦角ψ及断层与边界最大主应力方向的夹角α的影响。

二维电阻率倾斜各向异性对海洋可控源电磁场响应的影响

地下介质的电阻率常常表现为各向异性,海底褶皱带、逆冲断层带和倾斜层状沉积序列等地质构造可能形成宏观电阻率倾斜各向异性。这里采用规则矩形网格剖分有限元法,实现了二维电阻率倾斜各向异性海洋可控源电磁(CSEM)正演算法,模拟了二维电阻率倾斜各向异性模型海洋可控源电磁场响应。模型计算结果表明,电阻率倾斜各向异性围岩对含有海底高阻薄层的海洋可控源电磁响应产生严重畸变影响。因此,在海洋电磁资料解释中,电阻率倾斜各向异性的影响应该得到重视,忽略该影响将可能会导致数据解释错误。

尼洋河八一镇城区段水景观与水环境整治工程橡胶坝坝基渗流稳定分析及工程影响研究

为改善尼洋河八一镇城区段水景观及水环境,提升城市内涵和品位,拟在八一一桥和八一二桥间修建6座挡水橡胶坝。文章采用有限元数值分析法对坝基在最不利工况下进行渗流稳定分析,得出该防渗排水设计满足设计规范要求的结论。并分析了该工程对河道行洪、防洪;对堤防稳定;对河道演变和河势稳定;对两岸地下水;以及对过江水管等五个方面的综合影响。工程实施后,将更有利于河道行洪和防洪,更有利于河床、河势的稳定,对两岸地下水位的影响也很少且不形成限制性影响。所得结论对于工程后续设计、工程决策等具有指导意义。