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。

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。

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。

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。

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。

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%。

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。

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。

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。

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。

高速公路下穿高速铁路桥梁方案研究

高速公路下穿高速铁路桥梁形式多样,不同的下穿结构,施工及运营对铁路的影响、工程投资等有较大的差别。以某新建高速公路与柳南客专、南广铁路交叉的情况为例,选择桥梁下穿、路基下穿两种方案进行研究,并从对铁路桥梁影响大小、施工难易程度及工期长短、经济性等方面进行对比分析,得出推荐方案为路基下穿。同时,对推荐的路基下穿方案采用Midas GTS软件建模进行数值模拟分析计算,计算结果表明路基下穿施工及公路运营引起铁路桥墩变形是满足规范要求。

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。

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。

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。