海洋平台泄放系统与FLARENET模拟应用

在石油钻完井等开发过程中,普遍会释放大量的伴生气体,这些气体多为烃类,易燃且含有毒性与腐蚀性。应当安全及时地将其泄放,避免直接排放到大气中,以杜绝可能造成的火灾、环境污染等生产事故。海洋平台的生产地点与工艺流程与陆地油田不同,有其特殊性,因而在设计海洋平台泄放系统时需有不同的思路。

低温低压下活性炭吸附氢气的分子模拟

低温吸附法处理激光尾气中的H_(2)相较于传统尾气处理方法具有体积小、质量轻、运行成本低、无振动噪声等特点,其关键问题是开发低温低压条件下高性能的H_(2)吸附剂.以石墨片微元构建多孔活性炭模型,使用巨正则蒙特卡罗(GCMC)模拟探究H_(2)在多孔活性炭中的吸附行为,通过考察多种因素的影响,期望获得更高的H_(2)吸附量.计算使用pcff力场,范德华相互作用采用Lennard-Jones 12-6形式,将计算得到的H_(2)吸附等温线以及模型的BET参数与实验值对比,验证了模型和力场的准确性.之后探究了石墨片微元尺度、多孔活性炭密度和吸附温度对H_(2)吸附的影响.结果显示:石墨片微元尺度对H_(2)的吸附有较大影响,由1环构建的模型性能最差,由19环构建的模型性能最好,从吸附性能来看,在单一石墨微元模型和混合石墨微元模型中均满足19环>37环>7环>1环;在所建立的0.5~1.3 g/cm^(3)模型密度范围内,存在最优密度1.1 g/cm3,此时能够获得最大H_(2)吸附量,比表面积和孔径分布二者共同作用影响吸附性能;温度对H_(2)低温吸附有较大影响,当吸附温度升高5 K和10 K时,吸附量分别下降了19.1%和36.8%,因此加强吸附过程中的散热和优化吸附床结构可以提高氢气的吸附量.

天然气水合物实验模拟装置和数值模拟器的研究进展

中国的天然气水合物资源丰富,若实现商业化开采,有助于中国的能源结构调整。天然气水合物开采的实验模拟和数值模拟是指导其安全高效开采的重要手段。首先简要介绍了天然气水合物的开采方法、国内外野外试验性开采案例,然后系统总结了天然气水合物实验模拟装置及全球具有代表性的天然气水合物数值模拟器的开发和应用,最后对未来天然气水合物实验模拟和数值模拟的研究方向进行了展望。未来,在实验模拟装置方面,应重点研发适用于开采过程中测量和监测热学、渗流、力学和相变参数的实验模拟装置;在数值模拟器方面,应实现天然气水合物数值模拟过程的精确化,并不断优化数值模拟器算法,从而建立可服务于中国天然气水合物产业化开发的高精度数值模拟器。

振动混合器内上浮颗粒悬浮特性数值模拟

对振动混合器内颗粒悬浮特性的深入了解,可为该类混合器的结构设计和优化提供依据.借助计算流体力学技术(computational fluid dynamics,CFD),应用欧拉-欧拉双流体模型对上浮颗粒在振动混合器内的悬浮特性进行了数值模拟研究.振动盘的往复运动采用动网格技术进行处理.通过模拟得到了混合器内的流场和颗粒的动态悬浮特性,并将模拟结果与文献试验数据对比验证模型准确性.结果表明,振动混合器内流场的典型特征为在振动盘的上方和下方各形成一循环涡流,涡流强弱随振动盘往复运动周期变化,但涡流方向保持不变,颗粒在混合器内悬浮分别经历均匀性快速变好、略微变好和动态稳定悬浮3个阶段.提高频率和增大振幅均可以使颗粒更快达到稳定悬浮,且悬浮的均匀性更好,但增大振幅会使悬浮的均匀波动性有所变大.增大固含量可使颗粒悬浮的均匀性增加,波动性减小.

风向对路堑周围风沙流场影响的数值模拟

为认识风沙环境下风向对路堑沙害的影响,利用计算流体力学中的欧拉双流体非稳态模型,分析不同风向角(风向与路堑走向的夹角)场景下风沙流对路堑的响应规律,并研究其响应机理。数值模拟结果与现场监测结果相吻合,但由于数值模型中存在阻塞效应致使前者略微高估了路堑周围的风速。路堑内部沉沙区面积、路堑对气流的扰动能力和路堑内部的积沙量与风向角呈正相关。风向角β≤30°,路堑内部未观察到循环泡,风向角β>30°,路堑内部可观察到明显的循环泡,且随着风向角的增大其面积呈递增趋势。本质上,风向角的减小相当于减缓路堑边坡坡率,进而减少其内部的积沙量。路堑内部沙害程度与风向角呈正相关,为减轻风积沙对线路的危害,路堑应以小风向角穿越风沙地区,有条件时风向角宜控制在30°以内。

基于响应面法的端面齿轮精压成形模拟及优化研究

为了提高新能源汽车用端面齿轮的成形质量,提高锻件综合性能,减少模具磨损,以端面精压成形工艺代替传统闭式模锻,利用有限元模拟技术和BBD响应面法对其成形过程进行数值模拟和工艺优化。选取摩擦因数、成形速度和坯料温度作为优化参数,以最大成形载荷和变形均匀系数作为优化目标,利用响应面模型进行多目标优化,结果表明:坯料温度和摩擦因数对成形载荷的影响最显著,而变形均匀系数主要受坯料温度的影响;最佳工艺参数组合方案为摩擦因数0.11,成形速度1.38 mm·s^(-1),坯料温度400℃。在最优工艺参数下进行锻件成形过程的多物理场分析,结果表明:坯料流动方向有序,齿根部位优先发生塑性变形,齿形端面的等效应力和等效应变分布均匀性在成形过程中不断提高,试验得到的锻件成形质量良好,未发现明显成形缺陷,齿形端面的显微硬度较初始态提升了8.1%。

三七治疗骨关节炎机制:基于UHPLC-QE-MS、网络药理学及分子动力学模拟

背景:课题组前期研究发现三七能够修复骨细胞的形态结构,对于治疗骨关节炎具有良好的应用前景,但目前对于三七的具体作用机制尚不清楚。目的:采用超高效液相色谱-四极杆-静电场轨道阱串联质谱(ultra-high performance liquid chromatography-Q exactive-mass spectrometry,UHPLC-QE-MS)技术鉴定三七的主要成分,并结合网络药理学、分子对接和分子动力学模拟探究三七治疗骨关节炎的作用机制。方法:利用UHPLC-QE-MS技术鉴定三七的主要成分后,运用TCMSP数据库筛选活性成分,通过TCMSP和Uniprot数据库查找活性成分靶点,通过疾病数据库筛选骨关节炎靶点。在药物靶点与疾病靶点取交集后,导入STRING数据库和Cytoscape软件构建蛋白互作网络筛选关键靶点,通过“活性成分-作用靶点”网络筛选关键活性成分。再对关键靶点进行富集分析,并对关键活性成分和关键靶点进行分子对接验证,最后选取结合能最低的结果进行分子动力学模拟。结果与结论:①在三七溶液中共鉴定出57种活性成分,成分靶点与疾病靶点交集50个,关键活性成分5个(槲皮素、熊脱氧胆酸、山奈酚、柚皮素和红藻氨酸),关键靶点5个(白细胞介素6、基质金属蛋白酶9、白细胞介素1β、白蛋白和趋化因子配体2);②基因本体功能富集642个条目,其中620个条目代表生物过程,21个条目代表分子功能,1个条目代表细胞成分;京都基因与基因组百科全书通路分析63条通路,主要涉及雌激素信号通路、白细胞介素17信号通路和高糖基化终末产物-高糖基化终末产物受体信号通路;③分子对接显示关键活性成分和关键靶点结合活性良好,分子动力学模拟提示槲皮素和基质金属蛋白酶9间的相互作用稳定;④对三七成分进行了较全面研究,初步阐明了其药效物质基础,预测三七可通过多组分、多靶点、多途径和多通路发挥抗炎、软骨保护和免疫调节作用来治疗骨关节炎。

新型多通道扭带强化传热性能的数值模拟

采用数值模拟的方法,研究了内插具有交替顺、逆时针扭转方向(C-CC)结构的多通道扭带的换热管在Re=6000~12000范围内的流动传热特性。模拟结果表明,插有C-CC结构多通道扭带的换热管的Nu与通道数量(N)和Re呈正相关,与扭转比(T_(R))负相关,相对于经典扭带(N=2)最高提升了30.7%;摩擦系数与N呈正相关,与Re和T_(R)负相关,相对于经典扭带最高增加了304%;综合换热因子与Re和N呈负相关,随T_(R)的增加先增加后减小,最高为0.887。较小T_(R)时,所研究的新型C-CC结构多通道扭带有着比常规多通道扭带更好的强化传热性能。

聚酯降膜增黏反应过程模拟

为促进对降膜熔融缩聚制备高分子量聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)增黏反应过程的理论认识,指导降膜反应器的设计与缩聚工艺优化,建立了降膜反应器串联五釜的连续聚合过程数学模型,以与工业生产数据匹配的五釜流程模拟结果为降膜反应釜入口物料参数,考察了PET分子量与端基量等品质指标随降膜增黏反应进程的变化,讨论了降膜反应器内温度和压力对聚合产物分子量与端基量的影响规律。结果表明:随着增黏反应的进行,可顺利得到特性黏度为1.0 dL/g以上、端羧基量为16 mmol/kg的产品;所建立的降膜反应器模型能够对增黏效果进行灵敏分析,高温低压有利于提升增黏反应效率,但过低的压力导致高黏熔体变得难处理和转移,且会增加设备成本和提高工艺精确控制的难度,温度过高则会显著增加副产物的生成;对降膜反应器选择压力为0.1 kPa左右、温度区间为285~290℃进行工艺参数调优,采用优化后的连续生产工艺流程最终反应器出口PET的分子量在39000 g/mol左右;模拟结果与工业生产值吻合,可运用于分析降膜增黏反应技术应用实践。

基于动网格技术的CMT-WAAM熔池温度场与流场数值模拟

针对基于冷金属过渡(CMT)技术的镁合金摆动电弧增材制造(WAAM)过程,采用流体体积(VOF)法和动网格(DM)技术建立了分别考虑熔滴和熔池受力情况的三维瞬态数值模型,研究了熔滴过渡和熔池流动过程中的温度场和速度场变化.结果表明,相应试验结果验证了所建立数值模型的有效性,熔池和熔滴尺寸参数模拟的误差均在10%之内.在CMT-WAAM开始阶段,基板表面和焊丝在电弧热作用下熔化分别形成熔池和熔滴.在焊丝向熔池送进过程中,熔滴不断长大,并在表面张力作用下长成球形.熔滴金属的热量主要通过热传导的形式向熔池传递,熔池最高温度随着熔滴金属的过渡而升高,熔池最高温度可达2100.0K;随着焊丝的回抽,熔池最高温度降低至1763.6K.随着焊丝向熔池送进,熔滴的最大速度从1.87 m/s逐渐减小到1.07 m/s,而熔池的最大速度仅为0.87 m/s.当熔滴金属前端与熔池发生接触后,液态金属的最大速度可达到4.21 m/s;随着焊丝的机械回抽,液态金属的最大速度在1.69~4.90 m/s范围内波动.当熔滴与熔池接触发生短路时,熔滴金属从熔池表面流向熔池底部和熔池两侧,增强了对熔池底部和熔池两侧的搅拌作用,使得熔池体积增加;当熔滴从焊丝端部脱离后,熔池中液态金属从熔池底部流向熔池表面和熔池两侧,熔池温度和流体速度随之降低,从而减缓了熔池体积的增加.此外,熔池自由表面在摆动电弧作用下呈现波浪式变形.

PVA纤维增强砖骨料再生混凝土数值模拟及尺寸效应研究

与刚性纤维相比,聚乙烯醇(PVA)纤维具有更细的直径和在混凝土中更加复杂的分布。采用两种建模方法分别建立了PVA纤维增强再生混凝土(FFF-BAC)的细观模型。其中,细观模型1(M1):水泥砂浆基质和PVA纤维结合视为一种特殊的工程水泥基复合材料(S-ECC),并与砖粗骨料(BA)、界面过渡区(ITZ)组合成FFF-BAC。细观模型2(M2):FFF-BAC为水泥砂浆、PVA、BA、ITZ组合成的四相材料。结合文献中S-ECC的试验结果,计算S-ECC的应力-应变关系。分别建立M1、M2,并与FFF-BAC单轴压缩试验结果进行比较,结果表明,M1与测试结果更加一致,各项参数的最大误差为11.0%。基于M1研究了FFF-BAC截面的损伤破坏过程,预测了BA掺量对抗压强度的影响,探究了不同尺寸的FFF-BAC的破坏模式,建立了可预测不同BA掺量的FFF-BAC抗压强度的尺寸效应公式。

面向原位建造技术的月壤模拟与制备

原位开发月壤建材是实现中国探月和登月计划的基础和前提.针对模拟精度要求最高的碱激发混凝土技术,厘清模拟月壤的关键控制组分及敏感参数,区分胶凝材料和骨料2种粒径范围,建立了高等代模拟月壤制备流程.模拟月壤胶凝材料依据无定形物含量及其化学组成来保障化学性质高等代性,模拟月壤骨料通过颗粒形态精确模拟以实现湿拌工作性能高等代性.结果表明:模拟月壤胶凝材料的激发活性主要取决于无定形物含量和硅、铝、钙组成,模拟高地月壤胶凝材料玻璃体含量最高可达35.9%,Al_(2)O_(3)与CaO质量比为1.65,SiO_(2)含量为45.4%,相比月海月壤更适宜作为碱激发月壤混凝土的前体材料;月壤颗粒形态与粒径范围不相关,模拟月壤骨料的关键是粒径级配,以原始月壤作为建筑材料时仍需要进行级配优化.

长江经济带土地利用模拟与扩绿增长协同发展

基于“SD-PLUS-InVEST”模型演化模拟结果,构建了扩绿与增长的协同评估模型,并开展了经济带及省级尺度评估,以“经济带—省市”协同视角解析、讨论了长江经济带实现生态扩绿与经济增长协同发展的未来特征与潜在困境,并提出了长江经济带协同发展的提质路径.结果显示,长江经济带土地利用类型以林地为主,2000~2030年碳储量整体呈下降趋势,生态保护情景的碳服务价值共减少了58.8亿元,高质量发展情景的碳服务价值降低了176.64亿元,高速发展情景的碳服务价值下降了383.03亿元.基于生态扩绿和经济增长的协同评估,高质量发展情景的协同发展水平最优.空间上,各省市扩绿增长协同发展水平存在较明显差异,根据差异特征分析为经济带协同扩绿增长提出了提质发展对策.

极端条件下含能材料的模拟研究思考

含能材料在军事、民用和航天等领域具有广泛应用,极端条件下其物理化学性质会发生显著变化。通过模拟研究预测和优化含能材料性能具有重要意义,包括性能预测、优化设计、安全评估、成本效率控制等。为此,综述了极端条件下含能材料的研究背景、基本性质、模拟研究方法及进展、关键问题以及相关实验研究进展。其中,详细介绍了量子力学、分子动力学、蒙特卡罗和有限元等模拟方法及其研究进展,阐述了高压、高温、激光作用和界面效应等极端条件下模拟研究的关键问题,并列举了含能材料在撞击感度、化学释能规律、3D打印、绿色电合成、爆轰机理和超高含能材料合成等方面的实验研究进展。通过遴选代表性研究,展示了模拟研究在实际问题中的应用和解决方案。同时,介绍了一些最新研究成果,以反映该领域的最新进展和未来趋势。此外,详细讨论了跨学科研究的实现方式以及含能材料在极端条件下的安全性问题,包括可能的风险和预防措施。

旋流结构参数对压力旋流喷嘴雾化特性影响的数值模拟

应用Realizable k-ε湍流模型和VOF(Volume of Fraction)两相流模型对某压力旋流喷嘴进行数值研究,分析了旋流室锥角、旋流孔角度及喷嘴入口压力变化对雾化锥角、雾化粒径及分布、液滴速度分布等参数的影响。结果表明:雾化锥角受旋流室锥角的影响幅度随压力增大而减小,雾化粒径及分布受旋流室锥角影响不明显,当旋流室锥角为90°时雾化范围广且雾化稳定性好;雾化锥角随旋流孔角度增大先增后减,当角度为45°时雾化锥角最大,平均粒径及其分布更佳;当喷嘴入口压力逐渐增大时,雾化锥角与雾化粒径均逐渐减小,液滴速度区间逐渐缩小,当入口压力达到0.4 MPa时,Sauter粒径及液滴粒径分布趋于稳定,液滴速度分布最为集中。

ARCS动机模型与情景模拟教学法在麻醉学教育领域的应用效果

随着医学教育的不断发展,传统教学方法已难以满足现代麻醉学教育的需求。因此,探索新型教学策略,以激发学生的学习兴趣和积极性,提升教学质量,成为当前麻醉学教育领域的重要课题。本研究旨在探讨ARCS动机模型与情景模拟教学法在麻醉学教育领域的应用效果。通过对ARCS动机理论及情景模拟教学方法的理论梳理,以及对麻醉学科的教学现状和所面临挑战的分析,深入讨论将ARCS动机模型应用于麻醉学课程设计中的策略,并详细说明实施情景模拟教学的具体做法。这种方法不仅能够有效激发学生的学习兴趣,提高其专业知识和技术能力的掌握水平,而且还能增加教师对于教学过程的满意度,从而显著提升整体教学质量。

目标教学法联合超声模拟系统在临床专业超声住培中的应用

目的探讨目标教学法联合超声模拟系统在临床专业超声科住院医师规范化培训(简称“住培”)中的应用价值。方法选取2023年1—8月在重庆医科大学附属第二医院超声科进行轮转学习的72名临床专业住培生为研究对象,按照随机数字表法分为试验组和对照组,每组36名,试验组采用目标教学法联合超声模拟系统教学,对照组采用传统超声教学。从理论知识和上机操作考核成绩以及问卷调查来评估培训效果。结果试验组的理论知识、上机操作考试成绩[(74.63±2.88)分、(79.63±2.22)分]均高于对照组[(68.22±4.44)分、(63.89±2.06)分],差异有统计学意义(P<0.001)。调查问卷结果显示,试验组的满意度高于对照组,差异有统计学意义(P<0.001)。结论目标教学法联合超声模拟系统能提高住培生对超声理论知识的掌握,增强其超声上机操作能力,提高临床专业住培生对超声医学学习兴趣和知识、技能掌握,在临床专业超声规范化培训中具有较好的教学效果和实践意义。

陆相层序地层构型与沉积模拟研究现状及进展

层序地层学作为一种新的盆地分析方法,受到广大地质学家的重视,尤其是陆相层序构型与数值模拟研究已成为一个国际性热门方向。文中总结了陆相层序构型在国内外的研究进展,介绍了国外近年来的“下游控制区”和“上游控制区”概念以及层序构型特征,“下游控制区”发育依赖于相对海(湖)平面变化的“低位正常海(湖)退”、“海(湖)侵”、“高位正常海(湖)退”和“下降阶段”体系域,“上游控制区”发育不依赖相对海(湖)平面变化的高河道合并体系域和低河道合并体系域。国内层序构型研究也有多种观点,最有代表性的应该是“L型、T型、TH型、H型(E-H型和L-H型)”层序构型的划分。陆相层序模拟已经从水槽物理实验为主发展到当今以数值模拟及水槽实验并举的时代。在介绍层序数值模拟发展史、国内外研究现状的基础上,重点介绍了SEDPAK正演化模拟、SEDSIM正演数值模拟、基于Delft3D模型的三维正演模拟、DIONISOS的三维正演模拟及基于N-S方程的层序数值模拟等5种数值模拟方法,总结了陆相湖盆层序构型及数值模拟在油气勘探开发领域的应用情况,分析了目前存在的理论问题、数值模拟技术难点及数值模拟未来的发展方向。

基于重叠网格技术柔性旗帜与流体耦合运动数值模拟

为研究分析自然界与风能采集领域中柔性旗帜与空气流固耦合运动特性,基于空气动力学原理和二维柔性板轴向不可拉伸假设推导旗帜颤振非线性理论模型,研究了旗帜与空气之间的耦合运动,分析长度、质量比和风速对其运动特性影响。利用双向流固耦合方法及重叠网格技术对旗帜随风摆动过程进行数值模拟,得出流场中旗帜运动行为及周围流场特性。结果表明:临界颤振风速随旗长增加而减小,摆动位移随风速增加先增大后减小;质量比越大,颤振频率越小,斯特劳哈尔数受其影响较小;旗帜尺寸一定时,风速较小,摆动位移、频率较小,风速超过临界颤振风速发生大幅度颤振现象;旗帜周围漩涡会经历产生、脱落和消失过程,周围压力及速度会随漩涡运动过程发生变化。可见采用基于重叠网格技术的数值模拟方法可有效解决柔性旗帜大变形问题,实现理论与数值仿真验证分析。

基于流程模拟软件对高温导热油产品分离塔操作异常的研究

合成型高温导热油装置产品分离塔是提纯导热油产品的关键环节。以产品塔的分离过程为研究对象,利用Aspen plus流程模拟软件建立了该塔的稳态模拟流程,通过对比模拟数据与实际运行参数验证了模型的可靠性。在此基础上对该塔的异常工况进行了水力学分析,针对装置开工投产以来出现的操作异常、塔顶重组分含量超标的问题进行了模拟分析论证。模拟结果表明当塔釜抽出需部分返送进料时易发生液泛,要严格控制返塔量在1000kg/h以内,以确保液泛率维持在安全阈值之下;在正常工况下若塔的回流量低于1900kg/h会导致精馏段传质过程异常,操作时必须确保回流量不低于此值,以确保精馏段液体喷淋密度高于最小允许值,进而维持正常的传质过程。基于上述模拟分析结果,对实际操作进行了针对性调整,有效解决了产品塔的运行异常问题,产品质量达到指标要求。