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。

基于CALS及Surpac-FLAC^3D耦合技术的复杂空区稳定性分析

由于受地质条件和探测技术的限制,传统探测方法很难获得复杂空区精确的实际空间分布形状,由此得到的空区用于建立数值分析模型显得过于粗糙,在此基础上进行空区稳定性分析的可靠性程度不高。采用空区激光自动扫描系统(CALS)对复杂空区进行激光扫描,在获得精准三维点云数据的基础上,运用Surpac软件模拟出空区的三维地质模型,通过耦合方法可以在FLAC3D中生成与实际空区空间分布一致的数值模型,提高复杂空区稳定性计算的准确性和可靠性。选取三道庄露天矿的地下空区作为工程实例,利用CALS获得不规则空区的实际空间边界。在此基础上,运用Surpac进行三维块体模拟,研究Surpac与FLAC3D模型耦合技术,成功地将三维模型数据导入FLAC3D中,结合现场实际勘测的围岩力学参数,对空区进行静力计算,分析空区的稳定性。

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。

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.

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。

基于改进SBR的舰船SAR成像快速仿真计算方法

针对SAR(Synthetic Aperture Radar)舰船成像仿真应用中电磁散射特性计算效率低下的问题,在现有SBR(Shooting and Bouncing Rays)算法的基础上,本文提出两方面改进.一是基于叶节点空间邻域编码搜索的射线管相交面元检测算法,通过只追踪射线管中心射线并搜索叶节点空间周围潜在相交面元,在有效提升相交检测速度的同时避免遗漏相交面元;二是射线管三角剖分快速分裂算法,将射线管和相交面元投影至射线管虚拟孔径面,利用Delaunay三角剖分算法自适应地将射线管快速分裂成连续的子射线管.对典型舰船目标进行RCS(Radar Cross Section)计算及SAR成像仿真实验,结果表明,在保证计算精度的前提下,本文方法计算效率比Kd树(K-dimension tree)加速SBR方法提升14倍以上,比经典自适应射线管分裂SBR方法提升3倍以上,计算效率显著提高.

岩石-混凝土组合体单轴压缩力学与破坏特征数值模拟研究

目的为研究单轴压缩条件下混凝土组分骨料含量、强度等级、占比和界面倾角对岩石-混凝土组合体力学与破坏特征的影响,方法结合凸多边形随机骨料生成投放程序与RFPA2D分析系统,构建组合体数值模型并进行数值模拟。结果组合体的破坏类型可分为由混凝土组分破坏并延伸至花岗岩组分或两种组分及界面共同破坏引起的“两体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”,由混凝土组分单独破坏或混凝土组分和界面共同破坏引起的“单体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”。对界面处应力状态进行分析,从理论上解释了沿界面宏观裂纹的形成原因;组合体抗压强度接近混凝土的抗压强度,其值与混凝土组分强度等级正相关而与占比负相关;组合体弹性模量数值模拟结果与理论值吻合较好,且与骨料含量和强度等级正相关,与混凝土组分占比和界面倾角负相关;组合体泊松比与骨料含量和混凝土组分占比负相关,强度等级对其影响较小;组合体抗压强度和泊松比均随界面倾角的增加先减小后增加。结论构建了含骨料岩石-混凝土组合体数值模型,并运用RFPA2D分析系统对4种组合方式组合体进行数值模拟,可通过提高混凝土组分强度、降低混凝土组分占比与材料间的界面倾角提升组合体的力学特性。研究结果可为地下或坝体等工程的稳定性分析提供参考依据。

基于Mike研究舟山团鸡山岛微塑料泄露的迁移分布及影响

微塑料作为一类新兴污染物,已被证实,浓度过高会危害海洋生物的健康,而舟山团鸡山岛垃圾填埋场是一个潜在的微塑料的污染源,若管理不善导致微塑料泄露,可能会对舟山网箱养殖的发展及海水环境造成极大威胁。基于此,本文通过建立模型,研究当团鸡山微塑料泄露后,微塑料的迁移特性及分布规律,同时分析可能对舟山渔业带来的影响。研究表明,微塑料的迁移将受到季节性洋流和季风的作用,存在明显的季节分布规律和迁移特性。其浓度分布除大量聚集在释放点附近外,还会聚集在舟山岛与宁波之间的深水航道中,春季、夏季、秋季和冬季深水航道中的微塑料占比分别为38%、36%、44%和42%。在冬季,大概2%的微塑料会进入到象山湾,对象山湾的网箱养殖带来一定影响。此外,本文探讨了微塑料的分布与海洋锋面的关系,研究表明,锋面会阻止微塑料向外扩散而聚集在近海。本研究将有助于深入了解近海微塑料污染,同时为微塑料污染的控制提供理论依据。

Q420钢板式加劲肋局部稳定试验与计算方法

板式加劲肋作为开口加劲肋中最基本的形式,主要以局部失稳破坏为主.为研究开口加劲肋的局部稳定性能,分别设计了变化板肋厚度与高度两组Q420开口板肋加劲板试件进行轴压试验,并建立相应的有限元模型,得到板式加劲肋、三边简支板的局部稳定简化计算公式.试验与分析研究表明:当板肋宽厚比小于16时,出现板肋与被加劲板的同时屈曲破坏,反之,则出现板肋的局部屈曲破坏.随着板肋宽厚比的增大,试件极限平均应力逐渐减小,破坏时的失稳变形现象更明显.采用构件中板式加劲肋所拟合的三次多项式曲线在相对宽厚比超过1.08后高于其他规范曲线,三边简支一边自由的简化模型所拟合的曲线在相对宽厚比超过1.32后高于欧拉曲线,在整个相对宽厚比范围内均高于我国钢桥规范与日本规范曲线.采用构件中板式加劲肋拟合公式可以更精确地计算实际试件承载力;而采用三边简支板拟合的公式则有更高的安全冗余,推荐采用三边简支板拟合公式进行设计.

仔猪喂奶系统设计与输送管道优化

针对当前仔猪喂奶自动化水平程度较低,劳动强度较大、饲喂效率低下这一问题,设计一种仔猪喂奶系统,开发以PLC控制器为核心的自动控制系统,实现仔猪喂奶过程中加水、控温、搅拌和饲喂等操作的自动化控制,并应用CFD数值模拟探究管径、管道材质、入口温度和管道流速对奶水输送管道压力分布及温度分布的影响,依据仿真结果确定了输送管路的基础参数值,即管道材质为PPR材质、管径为6分管(外径25 mm,壁厚2.8 mm)和管道流速为0.8 m/s。性能试验表明:仔猪配奶罐温度控制精度的平均相对误差为0.91%,温度变化幅度保持在±1℃;仔猪配奶罐温度控制稳定性试验的温度样本标准差为0.226 3℃,变异系数为0.499%;仔猪饲喂点的温度分布范围在36~45℃;仔猪喂奶器压力分布范围在28.36~53.20 kPa。研究结果表明,该仔猪喂奶系统可以正常实现供水、搅拌、加热、循环和排水等功能,各饲喂点的管道压力及温度分布均满足仔猪饲喂要求。

倾斜煤层采空区自燃“三带”划分及防灭火措施

山西金晖瑞隆煤业有限公司主采的8+10号煤层具有自然发火危险性,为准确确定8115工作面自燃带位置,以便为采取防灭火措施提供靶位,以氧气体积分数作为划分指标,采用束管抽气法进行采空区自燃“三带”现场测定。构建采空区数值模型,采用FLUENT软件进行解算,得出采空区氧气体积分数分布规律。基于此,对自燃“三带”进行划分,确定自燃带宽度,并提出防灭火对策。结果表明:8115工作面采空区散热带为0~51.2 m;自燃带为51.2~86.2 m;窒息带为86.2 m以里。建议采用埋管注氮或架间插管汽雾阻化防灭火措施,对采空区自燃带进行全方位防灭火控制。

流向涡对二元进气道流场与性能的影响

针对超声速情况下流向涡进入进气道并影响其正常工作的问题,在来流马赫数2.7条件下开展数值研究。进气道模型使用二维曲面压缩进气道,涡流发生器使用有限展长机翼。通过改变机翼攻角和法向高度,研究了两种强度流向涡从四种位置进入进气道时对流场特性和进气道性能的影响。结果表明,两种强度的流向涡与进气道波系相互作用后均未破碎,属于典型的弱相互作用。进气道内收缩段入口附近的分离区在流向涡影响下出现明显的三维非对称特征。此外,随着流向涡接近边界层,分离区的分离点逐渐向上游移动。在流向涡的影响下,进气道的流量系数和总压恢复系数均出现下降,并且流向涡的强度越强、距离边界层越近,对进气道性能的不良影响越明显。特别地,在最大攻角和最低位置的工况下,进气道内收缩段入口上游形成了大规模的分离区,使得入口截面流场的畸变系数相比均匀来流情况增大了约4倍,流量系数下降了约6.1%,总压恢复系数下降了约17.2%。

钢铁冶炼高炉协同处置冶金尘泥固废的冷态流动数值模拟研究

本文根据“双碳”背景下发展循环经济的客观需求,针对目前工业固废处置能力差的问题,提出了开展工业窑炉协同处置固废的技术路线。利用流体仿真软件和双欧拉模型,重点研究在典型高温工业窑炉——炼铁高炉中协同处置冶金尘泥这种含铁固废的冷态气固两相流动场。建立了从固废颗粒入炉到充分流动的全过程冷态流动模拟,分别得到了气相侧和颗粒侧的速度分布及组分分布。结果表明:在采用20%固废原料掺混比的条件下,高炉冷态流动场在120 s全过程流动中在80 s内达到流动稳定,固废颗粒与铁矿石颗粒在流动场上具有高度一致性,验证了高炉协同处置冶金尘泥固废在冷态流场特性方面的合理性和可行性,对指导固废资源化以及高炉仿真模拟研究具有指导意义。

预应力碳纤维板在梁桥加固工程中的应用研究

为探究碳纤维板加固传统混凝土梁桥之后结构的抗弯承载性能变化特征,本文以试验梁为研究对象,通过理论力学手段分析了采用直接粘贴法及预应力碳纤维板加固法加固结构前后,混凝土结构抗弯承载力的变化情况,总结了两种碳纤维板加固法加固试验梁后的结构抗弯承载力;结合数值模拟分析,探究了试验梁加固前后裂缝发展趋势、跨中挠度及受拉钢筋应变趋势变化情况。研究结果表明:碳纤维板能够有效增加结构的承载性能,其中,粘贴法碳纤维板加固之后的梁桥抗弯承载能力提升了63.6%;采用预应力碳纤维板加固之后的梁桥抗弯承载能力提升了109.1%。加固后的桥梁结构抗弯承载力相较于未加固前的结构承载能力增加了122.66%,修正后的实际工程理论解析与试验梁数值模拟结果差异仅为2.3%,工程实践理论解析与试验梁数值模拟结果具有一致性。

珠江口盆地(东部)潜山类型及裂缝型储层发育主控因素分析

惠州26潜山油气藏的发现揭示了珠江口盆地潜山油气藏的勘探潜力,但目前尚未对珠江口盆地潜山类型进行过系统的梳理,潜山储层发育控制因素尚不明确,制约了本地区潜山油气藏的勘探。文章根据珠江口盆地构造背景结合潜山构造位置、构造特征及成因特征等将潜山类型划分为5类:剥蚀残丘型、翘倾断块型、断垒型、拱张隆升型、断阶型。通过对各类潜山的静态特征描述、典型潜山的动态演化史分析以及有限元模拟方法,总结了珠江口盆地潜山形成演化的特点,对比了不同类型潜山的裂缝发育程度。研究发现珠江口盆地由于目的层的构造位置不同以及岩性、岩相等方面的差异,导致应力场分布不同,构造裂缝发育程度也存在明显的差异。受断裂切割影响较大的断块型潜山裂缝发育强度较大,为较好的裂缝型储层发育类型。处于洼陷中低部位的断块型潜山裂缝发育,最有利于油气成藏。通过构造演化定性的分析潜山裂缝发育,结合有限元模拟方法定量地模拟潜山裂缝发育程度,提高了预测的准确性,是一种有效的预测潜山储层发育优劣的手段。

不同桥墩概化方法在防洪评价中的应用研究

基于非结构网格和二维水流数学模型,采用4种常用的桥墩概化方法,模拟计算了桥梁建设前后的壅水和流速、流向变化,得出不同概化方法在防洪评价中的适用性,为桥梁工程的建设以及防洪评价报告的审批提供一定的技术参考。计算结果表明,将桥墩作为陆地边界概化的直接模拟法(1)能最好地反映实际水工结构和地形的变化,计算结果可作为防洪评价的重要依据。

低渗油藏CO_(2)驱提高采收率阶段划分研究

CO_(2)驱油已成为最有效的提高低渗油藏采收率的方法之一,认清CO_(2)驱替过程中原油的驱替规律,是开发好低渗油藏的关键。以低渗油藏CO_(2)驱替长岩心实验为基础,结合数值模拟分析方法,研究CO_(2)驱替过程中原油产出规律。结果表明,原油产出主要可以分为三个阶段:纯油生产阶段、CO_(2)与油混合生产阶段和CO_(2)携带的轻质组分原油生产阶段。

输电铁塔结构应力及稳定性分析

本项目拟采用ANSYS数值模拟方法,分析风速、覆冰厚度以及风冰综合作用下对铁塔的应力分布及变形的影响,分析不同类型铁塔失效时的受力特征,提出相应的预防对策,为我国输电塔的安全运行及维修提供理论基础。