Numerical Study on Microbial Depolymerization Process of Xenobiotic Polymer

This study demonstrates mathematical analysis of biodegradation processes of xenobiotic polymers. A model for microbial population is based on the fact that growth rate of microorganisms is proportional to the microbial population and consumption rate of parts of carbon sources. The model is paired with a model for weight distribution. Those models lead to inverse problems for a molecular factor and a time factor of degradation rate. Solution of the inverse problems allows us to simulate the biodegra-dation process.

低渗透平面非均质油藏注采井布井方式对CO_(2)驱开发效果的影响

中国陆相沉积低渗透油藏在平面上因受到不同沉积微相分布的影响,储层有效厚度、渗透率平面非均质性较强,实施CO_(2)驱的效果受注采井平面相对位置的影响较大。为探索合理的布井方式,改善开发效果,采用数值模拟方法,以大庆榆树林油田某注CO_(2)试验区的典型地质油藏参数和注采参数为依据建立理论模型,得到了不同平面非均质性、不同注采井布井方式下的CO_(2)驱开发规律。结果表明:CO_(2)驱注采井布井方式为“高渗注低渗采”和“厚注薄采”时的整体开发效果优于“低渗注高渗采”和“薄注厚采”;储层平面非均质性越强,不同布井方式下的开发效果差异越明显。研究成果可为低渗透平面非均质油藏CO_(2)驱注采井位的优化设计与调整提供重要参考。

普朗铜矿区土壤水分运移动态监测与数值模拟研究

揭示矿区土壤水分特性对生态环境保护具有重要意义。本文基于2023年普朗铜矿草地未采区、草地裂缝区、林地未采区、林地裂缝区不同深度土壤水分监测数据,构建了4个地块的Hydrus-1d土壤水分运移模型,模拟典型降雨事件下矿区不同地块水分通量演变特征及包气带水分入渗深度。结果表明:土壤水分模拟决定系数R2均大于0.6,平均绝对误差RMSE和均方根误差MAE均小于1,建立的普朗铜矿区土壤水分运移模型具有较高的准确度。埋深20 cm处土壤水分通量最大,随着土层深度的加深,各地块土层土壤水分通量均呈明显下降趋势;埋深0~120 cm范围内草地裂隙区、林地裂隙区的土壤水分通量比草地未采区和林地未采区相应提高了3.52%和5.79%;草地平均水分通量(4.07%)大于林地(2.86%)。相同降雨条件下,草地裂缝区入渗深度最大,林地未采区入渗深度最小;单次降雨量达35 mm才能对深层地下含水层进行补给。

内壁扩张角度对冲压旋转爆轰燃烧室工作特性影响的数值研究

为研究内壁扩张角度对冲压旋转爆轰燃烧室工作特性的影响,构建了内壁扩张角度从0°~6°变化的5种扩张型燃烧室,基于乙烯-空气对带有凹腔结构的冲压旋转爆轰燃烧室进行三维数值模拟,分析了不同扩张角度下燃烧室的流场特征。计算结果表明:采用扩张型流道可有效减弱新鲜燃料层内的提前燃烧现象,随着扩张角度增大,爆轰波波头高度增加,爆轰波传播稳定性增强;扩张型流道对爆轰波后燃烧产物起到整体加速作用,并未起到整流作用;凹腔结构中涡核中心随着扩张角度的增大逐渐向凹腔后缘壁面移动,回流进入凹腔底部的新鲜燃料增多,凹腔对主流区新鲜燃料卷吸作用增强;采用扩张型流道后,燃烧室凹腔段总压增益和燃烧室出口总压均随扩张角度的增大而降低。

π形山脉主山脊线风速加速效应研究

为研究真实地形的加速效应,提取真实地形的几何特征建立理想简化地形,提出一种π形山脉模型.采用CFD数值模拟研究顺子山脉风向下子山脉间距、长度及坡度对主山脊线加速效应的影响,结合地形特征比较π形山脉与三维余弦山脉的主山脊线加速比差异,在后者基础上获得π形山脉主山脊线特征点的风速加速比简化计算公式,并通过一处真实π形山脉加以验证.结果表明:π形山脉主山脊线中点的加速比受子山脉间距、长度影响较大,而山脊线交点的加速比受子山脉长度、坡度影响较大;与三维余弦山脉相比,π形山脉主山脊线加速比在山脊线端部相同,但整体偏小,尤其受子山脉遮挡的部分显著偏小,超过离地70 m高度后差异基本消失;通过与真实π形山脉的风场比较,发现简化地形和简化计算公式能较好反映真实地形主山脊线特征点的加速效应.

高超声速飞行器减阻杆-双盘-槽道组合构型减阻防热特性研究

针对高超声速飞行器减阻防热问题,提出了一种减阻杆头部开槽进气、中部侧向排气的减阻杆-双盘-槽道组合构型。在飞行高度30 km、来流马赫数6条件下,基于SST k-ω湍流模型,采用有限体积法求解了二维轴对称雷诺平均N-S方程,对组合构型的流场进行了数值模拟,并分析了其减阻防热特性。相比减阻杆-单盘构型,减阻杆-双盘构型减阻防热效果更好,而减阻杆-双盘-槽道构型可以进一步提高减阻防热效果。进行了组合构型的影响因素分析,数值仿真结果表明,在研究参数范围内,侧向排气孔靠近两个气动盘中间位置、第二个气动盘直径较大的构型减阻防热总体效果较好。相比减阻杆-单盘构型,较优构型的总阻力系数降低了24.70%,钝体壁面斯坦顿数峰值降低了53.63%。

养殖工船作业型水下机器人结构设计与研究

水质检测是深远海集约化养殖的重要环节,水质好坏直接影响着鱼类的生长。目前,水质检测的主要方式是构建水质监测网络系统和人力采集水样检测,这些检测方式存在操作复杂且效率低、作业区域受限、监测周期长等问题。为此,研发设计了一款用于养殖工船水质检测的作业型水下机器人。首先提出水质检测系统和水下机器人系统的总体设计方案。然后利用Solidworks建模软件对水下机器人机械结构进行整体设计,外壳采用流线型结构,其上搭载抽水管口,采用水平2个和垂直4个推进器布局设计,保证水下机器人能够自由运动;基于Ansys软件对机器人的外壳、固定结构和耐压舱等进行应力数值模拟,并结合理论计算对机器人的设计进行完善。最后完成机器人样机软件调试以及性能、自由度和水质检测等水下试验测试。结果表明:水下机器人的密封性、自由度、抽水检测等性能试验均满足工作要求,可以达到对指定位置进行分层和定点水质采样,所获得的水质检测数据可为水产养殖提供数据参考。

交叠隧道引起地表及既有隧道变形规律分析

为了研究新建盾构隧道上穿既有隧道引起的地表沉降和隧道变形规律,以武汉轨道交通5号线一期工程施工为背景,利用FLAC3D软件进行了数值模拟,分析了新建左线隧道上跨施工对下卧左线和上跨右线隧道及地表土体变形的影响,并与现场实测结果进行了对比分析。结果表明:新建盾构隧道上穿对既有隧道水平变形的影响较小,需重点关注既有隧道竖向变形和盾构区变形监控工作;随着新建隧道掌子面推进,既有隧道距离掌子面越近处变形速率越大;开挖引起的隧道外地表沉降符合正常开挖沉降规律,即离隧道中心点越近,地表沉降量越大,开挖至中部时地表变形速率较快,接近稳定阶段开挖时地表变形速率较慢;交叠段开挖完成后地表沉降数值模拟结果与实际盾构施工现场地表监测数据之间的误差最大仅为4.32 mm,在误差允许范围内。研究结果对同类工程应用具有一定的指导价值,能为类似工况下的工程施工提供参考。

超低渗致密砂岩和页岩储层渗流能力瞬态法评价进展

致密砂岩和页岩储层已逐渐成为全球油气产量增长的主要来源。准确的储层评价是实现油气田高效开发的关键,其中实验测量油气储层渗流能力是评价工作的重要内容之一。传统的渗透率测量方法基于稳态方法,即在岩心进出口压降达到平衡时,根据达西定律计算渗透率。然而,对于超低渗和页岩储层,稳态方法难以应用。因此,采用瞬态法替代稳态法,压力脉冲衰减实验成为研究超低渗透率的常用手段。本文全面分析了近50年来压力脉冲衰减实验的发展历程,重点评述了具有代表性的论文成果,针对现有技术手段的不足,提出了需要加强的超低渗透多孔介质渗流基础研究方向。目前,一维近似解析解和数值模型已能进行高精度超低渗透率计算,二维和三维模型也在快速发展中。然而,将复杂形态裂缝及多尺度裂缝高效地嵌入压力脉冲衰减模型仍是亟待解决的关键问题。对于页岩气等吸附性气体,明确静态吸附与动态吸附的区别以及将吸附曲线有效地纳入流动模型是需要深入探讨的基础科学问题。基于此,可通过压力脉冲衰减实验评估多物理作用下的岩石物理特性。此外,系统研究相对低压状态下的非达西渗流行为也是促进压力脉冲衰减实验科学计算的重要途径。总的来说,几十年来,超低渗岩心储渗能力评价的实验和模拟取得了显著进展,进一步深入理论研究和先进实验装置研发具有重要应用需求,相关研究进展对我国致密和页岩油气藏的高效勘探开发以及保障国家能源安全具有重要战略意义。

U形渠道机翼形量水槽水跃数值模拟与试验研究

量水槽是灌区常见的特设量水设备,而槽后水力特性是判断其选型是否合理的重要指标之一。以某小型灌区末级灌溉渠系改造工程为原型,针对两种不同工况,采用基于TruVOF方法跟踪自由液面、Favor技术实现网格优化的湍流数学模型,对U形渠道机翼形量水槽水跃问题进行三维数值模拟,分析了水跃的时均流场、共轭水深、发生位置、跃长、断面流速分布以及水跃段能量损失等相关水力特性。采用与原型1∶1比尺的水工模型试验资料对模拟结果进行验证,结果表明,二者吻合较好。通过对实测与数值仿真的共轭水深数据进行统计分析,得到了适用于U形渠道机翼形量水槽水跃共轭水深的近似计算公式。研究结果对机翼形量水槽在平原缓坡灌区末级渠系的应用研究提供了一定的参考和建议。

雷电研究的回顾和进展

该文从雷电定位技术的研发、北京地区闪电特征和时空分布、闪电活动与强对流天气过程、雷电预警预报研究、雷电物理过程研究和雷暴起电放电数值模式研究6个方面综述了雷电研究的一些结果和近期的研究进展。通过对雷电多方面的研究,对雷电放电特征有了较系统地了解,特别是对北京地区的雷电时空分布特征有了较清晰地认识;在雷电预警预报技术和方法、雷电物理过程等方面也取得了一些重要进展。但由于雷电发生的时空随机性和瞬时性,对闪电放电物理过程的观测试验和理论研究十分困难,目前对我国闪电活动规律的认识也仍然不够全面。因此需要对雷暴内动力、微物理和起电放电过程及它们之间的相关性开展深入和长期的基础研究,加深对雷电发生发展特征的认识和理解,这将为雷电预警预报以及雷电监测资料在强对流天气过程的监测预警中发挥更重要的作用提供理论基础;而在雷电激发和传输研究的基础上,开展地闪连接过程和不同频段雷电电磁辐射对电子设备的破坏效应等雷电成灾机理研究,将为雷电防护技术的提高提供科技支撑。

变壁厚球缺罩爆炸成型弹丸成型性能的数值模拟

为了研究变壁厚球缺罩EFP的成型规律,通过对不同罩壁厚梯度、罩壁厚和装药长度条件下EFP成型的数值模拟,得到了药型罩顶口壁厚差ξ/δ、罩顶厚δ/Dk和装药长径比N等无量纲参数与EFP密实度M、长径比L/D、速度v和动能E性能之间的关系。对优化的EFP(explosively formed penenator)进行了X光试验,弹丸速度和形状的仿真计算与试验结果较为吻合。

三轴承旋转喷管矢量偏转规律及流场特性研究

基于短距/垂直起降战斗机用三轴承旋转喷管的特殊设计要求,通过几何约束条件开展了三轴承旋转喷管型面设计方法及运动规律推导与研究,研究了非线性和线性两种喷管矢量角控制规律下的三段筒体随时间的旋转规律。根据小型涡轮喷气发动机的几何尺寸,利用发展的型面设计方法和喷管筒体旋转规律,设计了小尺寸三轴承旋转喷管,并利用CFD数值模拟技术对该喷管的流场特性进行了计算与分析。通过CFD数值模拟技术得到了不同矢量角下喷管的三维流动特性及不同落压比下的气动特性。结果表明:采用喷管矢量角非线性控制规律可以减少非线性控制变量,保证喷管机动性的前提下减小了喷管的设计难度和控制复杂度;基于小型涡轮喷气发动机设计的三轴承旋转喷管0°的推力系数较理想喷管低,90°的推力系数较理想喷管高,喷管在地面最大落压比下0°比90°推力系数高约1%。

兰渝铁路木寨岭隧道岭脊段衬砌-围岩结构体系变形受力特征分析

木寨岭隧道实测最大水平地应力达到27.16 MPa,岩石强度应力比为0.49,处于极高地应力状态。针对木寨岭隧道施工过程中发生的初期支护大变形、二次衬砌开裂等情况,文章通过实测和数值模拟等方法,分析了衬砌-围岩结构体系的变形受力特征。首先,通过对比衬砌-围岩结构体系中有、无应力松弛区两种工况条件下衬砌应力集中系数的变化,分析应力松弛区的作用;然后,研究了应力松弛区弹性模量Er、应力松弛区厚度La、侧压力系数λ和隧道断面形状等因素对衬砌-围岩结构体系中应力分布的影响作用;进而简单分析了木寨岭隧道岭脊段衬砌开裂的原因。

车辆荷载下路基变形特性分析

采用光纤布拉格光栅(FBG)技术监测路基动态变形,并结合数值模拟手段可以有效分析车辆荷载下路基的变形特性。本文对埋设FBG传感器的试验路段进行车辆荷载作用下路基动态加载—卸载试验,监测其动态变形响应。结合现场实测数据,通过FLAC3D软件对路基在车辆荷载下动态变形响应进行了模拟。结果表明:在1.4 t车辆荷载作用下,弹性变形均是塑性变形的8倍左右,数值模拟与现场监测获得的路基动态变形趋势一致,均以弹性变形为主、塑性变形较小;表明建模方法、参数选取及计算过程合理。在此基础上,利用经过校验的计算方法对不同车辆荷载下路基动态变形进行了多工况计算分析,分析中发现:路基弹性变形、塑性变形同车辆荷载非线性关系显著:荷载增加4倍时,弹性变形增加约4倍、塑性变形增加4倍;车辆荷载增加9倍时,弹性变形增加约11倍、塑性变形增加约13倍。因此,应对重载车辆对路基的破坏作用给予足够关注。采用现场测试与数值模拟相结合的方法,可较为高效合理地分析路基动态变形响应,为道路工程防灾减灾及安全评价提供了技术手段。

基于气动性能优化的涡轮叶顶新型密封构型研究

针对涡轮叶顶密封性能的提高,对带圆形凹槽迷宫密封进行了构型优化研究。分析了不同压比时圆形凹槽数量、尺寸及分布对密封性能以及对涡轮做功效率的影响,初步探索了圆形凹槽降低损失的机理,给出了最佳的凹槽排列方案。结果表明,圆形凹槽的容积效应使泄漏流发生小角度偏转,降低了泄漏损失;压比增大,凹槽的节流能力减弱;所得凹槽最佳排列方案在压比为1.2时,泄漏系数降低了7.14%,效率提高了0.59%;单个凹槽半径由1mm增大到5mm,泄漏系数相对于光滑密封减小5.8%,效率增加0.35%。

氢燃料燃烧加热风洞中水蒸气相变效应的数值研究

为明晰氢燃料燃烧加热风洞中的水蒸气相变效应,采用同时考虑凝结和蒸发相变模型的多组分输运可压缩流动数值模拟方法,研究了超声速喷管内的水蒸气凝结过程以及凝结气流再蒸发对典型压缩构型(二维斜劈、三维斜劈和圆锥)流场参数及气动力的影响。结果表明:氢燃料燃烧加热风洞喷管气流中,水蒸气在较低总温条件下确实存在较大程度的凝结相变,但同时在斜劈激波压缩后也存在较强的蒸发相变;凝结会使喷管流场参数发生较大偏离,但再蒸发效应又会使气流经过斜劈压缩后趋近理想状态,趋近的程度受到压缩程度的影响。本文计算条件下,喷管内水蒸气相变导致出口参数偏差大于10%,但经过12°斜劈压缩后,流场参数以及表面气动力可恢复到理想状态的95%以上,此时相变的影响基本可以忽略。

超临界锅炉劣质无烟煤燃烧NO_x释放特性的数值模拟

针对600 MW超临界W火焰锅炉,通过数值模拟的方法研究了煤粉浓度和燃烬风对劣质无烟煤燃烧NOx释放特性的影响。结果表明,NOx主要在煤粉燃烧前期距一次风喷口2～4 m处大量生成,选择合适的煤粉浓度,炉内NOx最大值可下降16.5%;与常规浓度相比,高浓度煤粉燃烧可有效降低炉膛出口NOx排放;燃烬风对炉内各物质含量及NOx的生成影响显著,燃烬风率由6%增加到15%,炉膛出口NOx排放量由756.0 mg/m3下降到502.9 mg/m3。

激波诱导推力矢量喷管不同气体喷注时的性能分析

针对激波诱导推力矢量控制研究仅限于主流和次流气体为同种气体的研究现状,开展了不同次流气体分子质量对推力矢量性能的影响规律研究。首先采用二阶精度AUSM+格式和k-ωSST两方程湍流模型求解三维Favre平均Navier-Stokes方程,模拟了喷管复杂干扰内流场。然后计算了He、N2和CO2等次流气体在不同注气角度、注气压力和主流落压比下的矢量偏转角度和推力系数。计算结果表明:平均分子质量越小的次流气体矢量偏转角度越大,推力损失越小。因此可选用平均分子质量小的气体作为次流气源,或者将从燃烧室引出的高温燃气与分子质量小的气体混合。

十导洞CRD工法地铁风道结构流固耦合数值分析

依托长春地铁解放大路站十导洞CRD工法地铁风道工程,为有效预测并合理控制施工风险,采用数值模拟与现场实测相结合的方法,建立数值模型,通过流固耦合方法模拟整个施工过程。得到的主要结论有:1)针对2种不同的导洞开挖顺序进行优化分析,通过对比地表沉降、侧壁水平收敛、初期支护应力、土体塑性区分布等指标的计算结果,找出了合理的导洞开挖顺序;2)针对整个施工过程的模拟结果,选择竖向位移和水平收敛2个指标进行分析,得知拆除底部临时支撑及临时仰拱为施工中的薄弱环节,并结合工程实际提出了具体的改进措施。