自由汇流旋涡多相耦合输运演变机理

含自由液面的汇流旋涡抽吸演变中存在多相耦合、物质传输、能量剧烈交换等物理过程,其中所涉及的多相流体耦合输运机理是具有高度非线性特征的复杂动力学问题,多相黏滞耦合输运动力学建模与数值求解具有较高难度.针对上述问题,提出一种含自由液面的汇流旋涡多相耦合输运建模与求解方法.基于水平集-流体体积耦合(CLSVOF)计算方法,结合连续表面张力模型和可实现(k-ε)湍流模型,建立含自由液面的汇流旋涡多相耦合输运动力学模型;利用一种有效的体积修正方案来计算高速旋转多相流,保证流场质量守恒和无散度的速度场;结合相间耦合求解策略对多相流体分布与多相界面进行精确追踪.基于旋流场多特征物理变量,得到多相耦合界面动态演变与跨尺度涡团输运规律,揭示了多相耦合输运过程与压力脉动特性之间的相互作用机理.研究结果表明:多相耦合输运过程是流体介质过渡的关键状态,旋涡微团受到不同时空扰动模式在界面处形成层层螺纹波形;旋涡多相耦合输运过程随着水口尺度增大而增强,且耦合能量激波引起非线性压力脉动现象.研究结果可为旋涡输运机理、涡团跨尺度求解、流型追踪等方面的研究提供有益借鉴.

JMCT光子-电子耦合输运模拟计算研究

为满足光子-电子耦合输运应用模拟需求,自主研发了JMCT光子-电子耦合输运功能,并实现了多种光电耦合输运处理方式,以便满足不同的工程需求。利用光子-电子耦合输运典型算例验证了JMCT光子-电子耦合输运功能的正确性,并应用到了探测器响应函数模拟、闪光照相模拟计算中,表明JMCT在实验核物理、核分析技术应用等方面发挥着越来越重要的作用。

低能α粒子与中子耦合输运模拟

开发了低能α粒子与中子耦合输运程序,可以计算低能α粒子在各种介质中的输运、含氧介质中的(,αn)中子产额,跟踪次级中子。采用蒙特卡罗方法中带权重跟踪的技巧,通过大量小权重事件的模拟成功解决了低能(,αn)反应中子产额太低、无法直接模拟的困难。α粒子的射程与阻止本领用SR IM程序计算,(,αn)截面取自最新的JENDL带电粒子库,次级中子跟踪使用MCNP程序。

金属增感屏中光子与电子耦合输运特性研究

金属增感屏的优化在高能闪光照相系统设计中尤为重要,选择合适的金属增感屏可以提高增感效率。理论研究了金属增感屏中光子与电子耦合输运过程,采用蒙特卡罗方法分别数值模拟了在60Co同位素γ光子源和20M eV轫致辐射源辐照下的铜、银、钽金属增感屏中光子与电子耦合输运过程。得到了耦合输运效率、电子平均能量和电子能谱与入射光子能谱、金属屏材料原子序数和厚度之间的关系,从而为设计金属增感屏底片系统提供了依据。

NECP-X中基于改进泄漏项分割技术的二维/一维耦合输运方法

二维/一维耦合输运方法较好地平衡了效率与精度,因此被广泛应用于一步法全堆芯输运计算。二维/一维耦合输运方法中,由于泄漏项在方程右端,导致二维特征线法(MOC)计算时方程右端总源项在迭代过程中可能成为负值,造成迭代发散。本文针对二维/一维耦合输运计算中的负源项问题,提出了一种改进的泄漏项分割方法。新的泄漏项分割方法可在不造成计算精度损失和仅增加有限内存的条件下,显著提高二维/一维耦合输运方法的稳定性。通过强泄漏算例、C5G7基准题、VERA-3A基准题等进行测试,表明该方法对提高二维/一维耦合输运方法稳定性具有显著的效果。

土壤原位热传导修复水-汽-热耦合输运模拟

为了研究有机污染场地原位热传导热修复过程中地层温度的时空分布规律,基于典型场地建立水-汽-热耦合输运模型,通过COMSOL Multiphysics多物理场仿真平台对原位热传导修复过程中的土壤温升进行数值模拟研究,预测得到温度、水相及蒸汽相浓度分布随时间的变化规律.利用文献中的单根加热棒加热场地实测数据对模拟结果进行对比验证,通过参数化分析探究土壤孔隙度、水饱和度及毛细作用力对土壤温度时空分布的影响.结果表明,大孔隙度和水高饱和度将导致土壤温升减慢,这是由于大量热量用于液态水蒸发过程.毛细管力会强化液态水输运,增大蒸发速率.

多场耦合输运测试系统在本科生实践创新能力培养中的应用

依托科研实验室设备,指导本科生完成磁电耦合响应复合材料的制备、多场耦合输运测试系统整体框架的搭建、探针台的配置和LabVIEW图形用户界面的设计等实践过程,实现了复合材料磁电耦合性能的测试和分析。实践表明,该测试系统的开发和应用培养了学生的科研探索思维,动手动脑能力,从而在实践教学中,提高了本科生创新能力。

尾矿库区地下水中U(Ⅵ)的反应-输运耦合模拟及其参数分析

在综合分析核工业南方某矿①长期观测数据的基础上,对矿区实际情况进行概化,建立了溶质的反应-输运耦合模型,利用溶质反应-输运模拟软件PHREEQC-Ⅱ以U(Ⅵ)为目标对尾矿库区地下水中核素迁移进行了数值模拟。研究了在弥散度、扩散系数、pH值、混合比以及阻滞系数等参数不同取值时U(Ⅵ)在地下水中的迁移规律,并就参数对模拟的影响进行了分析。模拟结果与现场实际情况基本吻合,为矿区环境评价及退役环境治理提供科学依据,也可为类似模拟研究提供参考。

Godunov格式下高精度二维水流-输运耦合模型

针对复杂流体运动中物质输运方程的数值求解面临地形复杂、数值阻尼过大以及数值振荡等难题,建立了Godunov格式下求解二维水流-输运方程的高精度耦合数学模型,提出了集成输运对流项的HLLC(Harten-Lax-van Leer-Contact)型近似黎曼算子,可同时计算水流通量及输运通量,不仅有效模拟了复杂地形上水流运动,而且解决了输运方程中对流项产生的数值阻尼过大和不稳定振荡等难题。采用水深-水位加权重构技术和Minmod限制器,提高了模型处理复杂混合流态的能力,同时结合Hancock预测-校正方法,使模型具有时空二阶精度。算例结果表明,模型精度高、稳定性好,能有效抑制数值阻尼,适合模拟实际复杂流体运动中物质的输运过程,具有较好的推广应用价值。

一维双组分原子气体模型的输运性质

一维双组分原子气体模型是研究低维流体输运性质的关键模型之一,在低维输运理论及相关应用研究中发挥着重要且独特的作用.在最近10年间,厦门大学复杂系统研究组围绕该模型对低维输运理论开展了大量攻关研究,给出了热功转换效率达到热力学上限的普适条件,指出微观相互作用是达到热力学不确定性关系上限的必要条件,证明了一维系统中可存在自组织及非平衡态相变,发现耦合输运中可存在与所有热力学力都相反的反向流.本文将对这些突破性进展做一简要介绍.

成矿流体的流动-反应-输运耦合与金属成矿

中国著名的铜官山、冬瓜山、新桥等铜、金和硫化物矿床均赋存于上泥盆统五通组砂岩、石英砂岩和中、上石炭统的黄龙组碳酸盐岩不整合面或假整合面邻近。研究表明两个地质事件引发该区形成成因相同或相似的金属矿床。该区具有特定的岩性和地层组合 ;岩浆侵入到该地层组合的同时带进成矿物质和热能 ,热能又驱动成矿流体在岩体周边循环流动。文中对流体从含黄铁矿砂岩流到不整合面时产生的流体流动矿物溶解物质输运沉淀堆积的成矿过程进行了研究和分析 ,提出了一套用于描述热液成矿流动扩散反应过程耦合的偏微分方程组 。

构造-流体-成矿体系的反应-输运-力学耦合模型和动力学模拟

建立了一个综合的构造流体成矿体系的反应输运力学耦合动力学模型。利用有限元方法求解岩石变形、断裂作用和断裂网络统计动力学、流体流动、有机和无机地球化学反应及成岩成矿作用、压力溶液和其它压实力学、热迁移的方程组 ,可以对构造流体成矿体系的动力学演化过程进行 1～ 3维数值模拟。模拟的主要内容是在各种过程耦合作用下描述构造流体成矿体系的主要变量的时空演化 :( 1)与成矿流体的形成和性质有关的变量 ,如地层中矿物 (包括成矿物质 )的溶解速率、流体中各组分的浓度与饱和度、流体温度、压力、离子强度等 ;( 2 )与构造变形和流体运移有关的各变量 ,如应力与变形速率、岩石孔隙度、构造 (断裂 )渗透率等 ;( 3 )与沉淀成矿有关的变量 ,如矿物 (金属矿物和脉石矿物 )的成核速率、各矿物的沉淀量等 ;( 4 )上述各有关变量间的时空耦合关系 ,如断裂渗透率时空演化与流体流动、汇聚和成矿的耦合关系等。以湖南沃溪金锑钨矿床为例 ,应用该模型和方法对成矿动力学过程和动力学机制进行了初步的模拟与分析。

含水气溶胶颗粒蒸发及其耦合输运模拟

新冠病毒及其变种肆虐全球使人们对气溶胶的输运机制产生了浓厚的科学兴趣。本研究考虑盐分等固态成分提出了一种新的蒸发模型用于模拟人体呼吸、咳嗽和打喷嚏引起的唾液形成含水气溶胶扩散、蒸发行为。模型考虑了含水气溶胶表面蒸发过程,并耦合液滴动力学方程、加入流动阻力与重力、类液滴尺寸和初始速度等影响因子,研究了不同环境温度、相对湿度及相对风速等对含水气溶胶运动迁移行为的影响机制。对于单个液滴,结果不仅表明液滴尺寸越大,悬浮在空气中的时间越长;湿度越低、温度越高,液滴的蒸发速率越快。

6MV医用电子直线加速器轫致辐射谱研究

用衰减法对6MV医用电子直线加速器的轫致辐射X射线能谱进行测量,并利用模拟电子 光子耦合输运的Monte Carlo程序EGS4对已知的治疗头几何结构、靶材料和电子源等特征的医用电子直线加速器轫致辐射谱进行研究。实验测量结果和EGS4模拟计算结果符合较好。

EGSW IN计算系统的开发

针对 EGS4在用户接口方面存在的缺陷 ,利用 VC+ + 、VF开发了基于 Windows平台的EGSWIN计算程序包 ,实现了图形化输入、几何区域处理、并行计算、多记录方式输出、几何实体与粒子径迹显示等 ,极大地克服了原有 EGS4使用上的局限 ,体现了当前国际上 EGS的开发方向 ,并在一定程度上推动了 EGS系列的发展。

混合流动模式下开口腔内热与污染物输运的多态流动特性

对多种稳态流动结构及其相互转变特性的理解有利于在电子设备冷却、食品加工、建筑通风等许多实际应用中实现更有效的热量与物料移除。利用N-S方程建立了双开口腔室内混合通风模式的热与污染物输运模型,通过大量数值模拟结果揭示混合通风过程存在的多态流动行为,即相同边界条件下腔室内呈现不同的流动和热质输运结构。结果表明,热质源位置对多组稳态流动结构的出现起着决定性的作用。当该热质源位于左侧,上行解和下行解彼此重合,而静止状态解则与它们不同,可以用于确定多态流动结构的出现,此时全局Nusselt数和Sherwood数相对变化的最大值分别为30.4%和27.2%,由此可见多态流动的控制与实现对提高腔室内热质输运效率有着巨大的意义;若热质源向右移动,则无法观察到多态流动现象。在高雷诺数下,热量和物料输运速率随着该热质源右移而快速提高。

基于SARAX-LAVENDER的快堆光子释热行为分析

为填补LAVENDER程序在求解中子-光子耦合输运方程和精确计算堆内光子释热率分布2方面的不足,本文制作了适用于快堆的中子-光子数据库,利用中子通量密度分布,通过输运计算得到快堆内精细的光子通量密度分布,使用比释动能因子,计算了中子和光子的释热,开发了中子-光子耦合输运模块和释热率计算模块,并将其集成在LAVENDER程序中。利用BUGLE96数据库,对比了LAVENDER程序与HYDRA程序的中子-光子耦合输运结果,验证了LAVENDER程序的正确性。用LAVENDER程序计算了各组件的光子释热份额,结果表明,整个堆芯中光子的释热份额约为10%,反射层组件中光子的释热份额约为80%,控制棒组件中光子的释热份额约为20%,增殖组件和燃料组件中光子的释热份额较低,均约为10%,该结果与蒙特卡罗程序的计算结果符合较好。

铀尾矿库区浅层地下水中U(Ⅵ)迁移的模拟

在详细分析中国南部某大型铀水冶尾矿库的结构特点、运营情况和库区水文地质条件的基础上,对库区水文地质条件进行概述,运用溶质反应-运移模拟软件PHREEQC-Ⅱ,建立研究区U(Ⅵ)在浅层地下水中迁移的一维溶质反应-输运耦合模型,并分析在不同时间、距离、扩散系数、弥散度等条件下铀在铀尾矿库区浅层地下水中的迁移,即铀浓度随时间及距离的变化。模拟结果与现场观测资料基本吻合,表明该软件能较好地模拟U(Ⅵ)的迁移情况,证明了该模型的可行性。研究还表明,弥散作用对铀迁移有显著影响,弥散度的取值是模拟可靠与否的关键参数,而分子扩散对本模拟的影响可忽略不计。

山东半岛北部海洋动力环境的高频地波雷达观测

利用两台高频地波雷达(ground wave radar,WERA)站对山东半岛北部雷达覆盖海区的浪、流场进行了观测,并且利用海洋-大气-波浪耦合沉积输运模型(coupled-ocean-atmosphere-wave-sediment transport modeling system,COAWST)对该区域的一个强风暴过程进行了数值模拟,对雷达观测数据、现场声学多普勒流速剖面仪(acoustic Doppler current profilers,ADCP)调查数据和数值模拟结果进行比对分析发现,模型模拟的水位变化与ADCP测量结果一致,WERA所观测到的有效波高和ADCP结果比较吻合,模型模拟的ADCP站位的流速相位、大小与雷达观测结果比较接近,与ADCP的结果有一定偏差。雷达观测的海区流场结果与模型反映趋势基本一致,但是在近岸方向上变化较大,其原因可能与ADCP的投放位置、模型的分辨率设置等因素有关。高频地波雷达系统是海岸带动力环境观测的一个有效工具,在实际应用中有着广泛的前景。

海洋飞沫对热带气旋影响的数值模拟研究——以“鲇鱼”台风为例

本文在海-气-浪-沉积输运耦合模式COAWST(The Coupled-Ocean-Atmosphere-Wave-Sediment Transport Modeling System)中,添加包含海洋飞沫效应的拖曳系数CD和热焓交换系数CK参数化方案,探讨海洋飞沫的动力学和热力学效应对热带气旋的影响。数值实验结果表明,海洋飞沫效应可有效改进热带气旋的路径模拟结果;只考虑海洋飞沫动力学效应时,对海表动量通量的影响甚少,可使向上感热通量和潜热通量略有增加;同时考虑海洋飞沫动力学和热力学效应时,可使海表动量通量略有增加,并使向上感热通量和潜热通量显著增加,海洋飞沫主要通过热力学效应有效增加热带气旋强度,对热带气旋强度模拟的改进效果相比于仅考虑海洋飞沫动力学效应更显著。