差分电化学质谱方法（DEMS）的回顾 Ⅰ．DEMS原理和发展

差分电化学质谱（ＤＥＭＳ）是将电化学和质谱技术相结合而发展起来的一种现代电化学现场测试手段。它可现场检测电化学反应中的挥发性气体产物及动力学参数，中间体及其结构的性质等。当电极反应产物为共析出时，ＤＥＭＳ技术可同时确定每种产物的法拉第电流随电极电位或时间的变化．全文分两部分，第一部分回顾ＤＥＭＳ方法的原理与发展；第二部分介绍ＤＥＭＳ方法的应用．本文为其中之第一部分．

螺旋输送机卸料口流量脉动产生原因及降低方法研究

为探明螺旋输送机卸料口流量脉动产生的原因,基于离散单元法(DEM)模拟球形颗粒在螺旋输送机中的流动过程,对螺旋周期结构和颗粒周期流动进行分析,得出了流量脉动产生的原因并提出了降低流量脉动的方法。结果表明:料槽中颗粒的周期性不均匀分布和螺旋面对颗粒的周期性阻挡造成了流量脉动;不同结构形式的螺旋输送机卸料口流量脉动对比为:无轴螺旋输送小于有轴螺旋输送,双轴螺旋输送小于单轴螺旋输送,斜卸料口结构小于正常卸料口结构;所提斜卸料口双轴螺旋输送的脉动值(1.14)与普通螺旋输送(2.25)相比降低了49.33%,基本实现了螺旋输送机卸料口颗粒的稳定流出。

大颗粒气力输运的CFD与EDEM耦合计算方法

为掌握冰雹颗粒抛射运动过程规律,以支撑冰雹抛射装置设计,需进行冰雹颗粒气力输运过程计算。通过计算流体力学与离散单元法双向耦合进行冰雹等大颗粒气力输运问题的模拟仿真。通过进行不同气源压力、不同抛射管径、不同抛射管长、不同冰雹流量条件下的计算及对比,得到随着气源压力的增大,冰雹抛射速度逐渐增大,气流流量逐渐增大;随着抛射管径的增大,冰雹速度逐渐增大,气流流量平方级增长;随着抛射管长的增大,冰雹速度基本保持不变,气流流量略有减小;随着冰雹流量的增大,冰雹速度逐渐减小,气流流量逐渐减小。

基于DEM法的变电站工程土方量计算方法研究

土方工程是影响变电站土建项目成本的重要因素,基于DEM法的土方量计算方法是当前土方量计算的一种重要方法,利用DEM法基本原理对计算软件的二次开发及软件的适应性研究是DEM法广泛利用的重要途径。为了验证DEM法在变电站土方量计算方面的可行性,在HTCAD和Arc GIS软件技术平台上,利用DEM法计算不同地形条件下的变电站土方量并对比分析其计算结果。结果表明:两类软件技术平台在计算土方量方面均具有适用性;DEM法在山区计算的土方量结果相关系数为0.99,计算精度最高,但在平原地区仍具有适用性。

基于DEM和GPU加速的颗粒运动仿真方法研究

采用离散元素法(discrete element method, DEM)进行颗粒系统运动仿真时,其模拟计算量大、计算效率低下,所采用的传统中央处理器(central processing unit, CPU)并行计算模型难以实现较大规模模拟。文章提出了一种基于图形处理单元(graphics processing unit, GPU)和统一计算设备架构(compute unified device architecture, CUDA)的并行计算方法;以球磨机的介质运动仿真为例,利用DEM方法结合CUDA并行计算模型,充分利用GPU众核多线程的计算优势,同时将颗粒属性信息存入GPU的常量存储器,减少信息读取的时滞,将筒体和衬板视为圆柱面和平面,简化了筒体与颗粒的接触判断,实现每个线程处理1个颗粒的相关计算,大幅提高计算速度;对颗粒堆积、筒体内2种尺寸颗粒运动进行仿真,并与基于CPU并行计算的结果进行对比。研究结果表明:在同等价格的硬件条件下,该文的方法可以实现10倍以上的加速比;对于含有复杂几何模型的仿真,如多尺寸颗粒和带衬板筒体的仿真,加速比会减少,但仍然可以实现数倍的加速。

猴子岩水库色玉滑坡涌浪灾害链CFD–DEM耦合数值模拟

滑坡涌浪是一种常见的地质灾害现象,由于滑坡体与水体之间存在复杂的流固耦合作用,使得传统的单一介质模型无法进行准确求解。为此,介绍一种基于计算流体力学方法(CFD)与离散单元法(DEM)的流固耦合模型CFD–DEM,采用计算流体力学方法(CFD)求解水体流动,采用离散单元法(DEM)模拟散粒体滑坡运动,充分利用不同计算模型的优势,对滑坡及涌浪演进过程进行数值模拟分析。首先,利用该耦合模型对Robbe–Saule开展的颗粒堆积体坍塌–涌浪试验进行了相同工况下的数值计算,从颗粒坍塌运动过程、涌浪高度演化过程等方面进行对比,结果表明模拟结果与试验结果吻合很好,验证了CFD–DEM流固耦合模型的有效性。然后,将该方法应用于四川省猴子岩水库色玉滑坡–涌浪灾害的演进过程分析,重现了该事件滑坡失稳运动、涌浪产生及传播、涌浪爬升、涌浪回流的全过程,计算结果显示:计算得到的电站进水口处涌浪高度与实测数据较为接近;色玉滑坡从失稳运动至静止堆积的持续时间约为20 s,颗粒平均速度最大达到16.12 m/s;滑坡引起的涌浪约在滑坡失稳10 s后传播到对岸,之后开始沿坡面向上爬升,最大爬升高度达到27.32 m。研究表明CFD–DEM流固耦合模型能够很好地应用于模拟山区河谷大规模滑坡涌浪灾害,可为库区防灾减灾提供高效的技术支持。

2DEM-二维欧拉多流体计算方法

本文计算采用欧拉坐标系,在物质界面两侧布不同的标志点来描述界面的位置。每一个时间步长分解为拉氏计算、物质输运及扩散三步来完成。文中给出对平板凹槽问题及冲出波绕角问题的计算结果。

用DEM法预测复合滑动面岩体的稳定性

根据一档水条形山体测压管水位的原型观测资料，用确定性函数法和物理推断法建立测压管水位与库水位、降雨、时效等因素有关的统计模型和预报方程，由预报方程预测条形山体在高水位和不利降雨情况下的地下水位，从而计算出山体可能滑动面上的上举力，在岩体自重和上举力共同作用下，用分解平衡法（ＤｅｃｏｍｐｏｓｉｎｇＥｑｉｌｉｂｒｉｕｍＭｅｔｈｏｄ）求其可能滑动体的稳定安全系数，从而判断其稳定性．

基于数字模型的DEM法在疏浚工程中土石方工程量的计算分析

本文通过对疏浚工程中土方工程量常用的三种计算方法原理的分析阐述,通过工程实例,比较分析三种方法在土方工程量计算中的准确性,为在施工中科学准确的计算土方工程量提供合理的计算方法。

基于LBM-DEM耦合计算模型的含水层内悬浮颗粒运动特性

基于格子Boltzmann法(LBM)与离散单元法(DEM)的基本理论,通过对格子单松弛模型演化方程进行修正,建立LBM-DEM耦合计算模型。引入浸没移动边界方法(IMB)处理复杂的流-固边界问题,利用编程软件MATLAB开发LBM-IMB-DEM耦合求解程序,对悬浮颗粒在含水介质中的运动过程进行模拟计算。通过开展层析柱强制渗流试验,模拟DKT算例,验证了计算模型与求解方法的正确性;从孔隙尺度分析地下水动力、颗粒形貌和尺寸效应对含水层渗透性能的影响。结果表明:当进口流速为5×10^(-5) m/s,向含水介质注入球形硅微粉悬浮液时,含水层各区域的渗流速度均呈现下降、回升、稳定的3个连续阶段;随着渗流速度的降低,颗粒滞留率增加了47.4%,所选3个断面平均流速恢复率降低。将悬浮颗粒由球形硅微粉替换为非球形硅微粉后,所选3个断面的平均流速最大降幅分别提高了15.0%、11.4%、2.6%,恢复率依次降低了37.5%、69.6%、71.9%,含水介质的颗粒滞留率增加了47.9%。基于颗粒受力平衡分析可知,球形硅微粉转动惯量较低,易于滚动并脱离含水介质表面;同等效体积的非球形硅微粉比表面积更大,而且多絮凝成团,迁移过程中出现沉积或被孔喉捕获的机率提高,并且沉积后难以发生再释放过程。随着渗流速度的降低与含水介质计算区域的增加,悬浮颗粒形貌的变化对于含水层水动力场演化过程的影响程度增强。

工程建设中土方量的计算方法及精度分析

通过对四种常用的工程土方量的计算原理和方法以及各自优缺点进行分析,并结合工程实例,以实测数据为基础,对方格网法、DEM法和等高线法在不同条件下的土方量计算及精度进行了研究。研究结果表明:在复杂的山地地形条件下,DEM法计算土方量计算精度最高;在地势平坦条件下,方格网法计算土方量最合适。格网宽度是方格网法计算精度的主要影响因素,并与误差呈现线性的正相关关系,地形起伏越大计算结果相对误差增加越明显。DEM法计算土方量时,DEM采样间距对土方量计算精度影响较大,在DEM采样间距大于13 m时填挖方量相对误差增加明显。因此,为保证土方量的计算精度,在不同的工程应用中,应根据不同的现场条件选用适宜的土方量计算方法,以及合适格网宽度和DEM采样间隔。

基于GIS技术的工程土方计算方法优化研究

在水利工程前期规划与设计中,土方量的计算方法不仅影响到方案布置,而且其计算结果还会直接影响到工程成本预算与项目组织问题。基于GIS技术计算工程土方量的方法是利用DEM提供的高程信息,结合ArcGIS平台的分析工具实现土方量快速、高效的计算,尤其是对于数据量大的计算尤为明显。针对传统DEM法计算工程土方量过程中存在重复作业、自动化程度低等问题,该文在DEM法基础上,在ArcGIS平台中基于Python语言结合特定的ArcPy函数编写一种工作流模式的应用工具,实现工程土方量计算的自动化处理。通过优化后的计算方法对洪泽湖(泗洪县)退圩环湖工程中清退圩埂的土方量进行计算和分析,并得到可靠的计算结果,为水利工程提供一种全新的土方算量解决方案。

面向矿山环境修复治理项目的土石方量算法研究

在矿山环境修复治理项目中,土石方量的计算对项目成本预算和工期控制都起着至关重要的作用,本文是基于矿山环境修复治理项目,对待治理的矿山开展航空摄影测量、三维建模、高程点采集等工作,选择了两种土石方量算法(方格网法和DEM法)进行计算,通过与实际土石方量的对比分析,总结出几种方法的优缺点,为后期其他矿山修复项目的土石方量计算提供参考依据,提高工作效率,降低试错成本。

分布式水文模型子流域划分方法

子流域划分是构建分布式水文模型的重要工作之一,它关系到水文模拟和预报精度的好坏。通过综述分布式水文模型子流域划分方法的国内外研究进展,总结了现有子流域划分方法在不完整流域的子流域划分、无分叉长河段的子流域划分、水文站和水库控制范围确定以及子流域划分软件等方面存在的问题,提出了水文实践对子流域划分方法的需求,最后针对该问题从开发适用性更高的子流域划分算法、开发通用的子流域划分软件和加强子流域划分层次或水平的研究等三个方面对子流域划分研究方向进行了展望。

基于离散元法的斗轮堆取料机料斗磨损仿真研究

文中针对斗轮堆取料机中料斗在挖取料过程中的磨损问题,采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)描述颗粒物料运动,并通过Archard磨损模型预测料斗壁面磨损情况,分析了颗粒物料对料斗切向和法向累积的接触力,基于EDEM软件开展了料斗尺寸参数对磨损影响规律的仿真试验研究。结果表明,Relative Wear模型能够较好地反映斗轮堆取料机料斗的磨损规律;料斗的磨损量随斗壁倒角的减小呈上升趋势,在普通料斗上增加倒角,能够显著减小料斗的磨损量;料斗切向收缩角的最优选择要与实际工况相结合,选出最优切向收缩角为4°;在径向收缩角2°~10°范围内,料斗的磨损量随径向收缩角的增大呈减小趋势。

静库容计算方法的比较分析

库容计算常用的基本方法有数字高程模型(DEM)法、方格网法、断面法、等高线法等4种。在实际应用中,由于水下地形的多样性、复杂性,同一水域采用不同的计算方法其库容量均有不同程度的差异。基于此,对静库容计算的4种方法的基本原理、数学模型进行了讨论,并结合实例对4种方法的适用情况、所需条件及精度情况进行了比较分析,认为数字高程模型(DEM)法在静库容计算中更具有优势。

土方量计算的几种方法及精度分析

基于土方量计算中的断面法、方格网法、基于数字高程模型(DEM)法、三维建模法的基本原理,文中通过两个不同的案例来进行计算对比,比较了几种方法的计算结果精度,讨论了它们适用的地形条件、适用范围.

岩石类脆性材料的离散元建模方法研究

通过单轴压缩、拉伸及双轴压缩模拟试验,分析了岩石脆性材料离散单元法建模过程中各个参数的关系.模拟试验表明:通过建立杨氏模量E及泊松比v与颗粒接触刚度的关系可以反向确定接触刚度值;法向接触刚度与法向连接强度的比值对岩石离散单元模型分析的影响很小;法向与切向连接强度的比值影响裂纹的破坏方式;围压的大小控制双轴试验时裂纹的类型.基于此,建立了此类了材料基于现象的宏观参数与其微观参数之间的联系规律.

三种离散单元建模方法仿真脆性材料切削的比较研究

在传统离散单元法和刚性单元重叠(ORC)方法的基础上,提出了一种新的构建不规则颗粒形状的方法——改进ORC方法。用三种方法分别对Si3N4陶瓷进行了离散元建模和切削模拟分析,从加工后的材料表面质量、刀具前端切屑分布状态及主切削力大小三方面讨论了三种方法之间的关系,分析了改进ORC方法的先进性。在此基础上,对细晶类花岗石和粗晶类花岗石进行了不同参数下的弯曲和切削模拟实验,计算了弯曲强度和主切削力大小并进行了试验验证。试验结果与模拟结果表明:样本为均匀性较好的非连续性材料时,适宜用传统离散单元法进行建模;样本为细晶类花岗石时,适宜用传统离散单元法和改进ORC方法进行建模;样本为粗晶类花岗石时,只适合用改进ORC方法或ORC方法进行建模。

填海造地砂量的计算方法与比较

通过比较方格网法、断面法、等高线法和DEM法在填海造地砂量计算中的应用,得出DEM法不仅精确度较高,而且三维显示效果非常直观,较其他三种方法有明显的优势。同时,赋存于一定地质条件的砂层,其体积还与应力情况有关。根据不同密实状态下砂层的体积变化,对填海造地砂量进行更为合理的计算分析。