基于非结构网格粒子输运的蒙特卡罗模拟计算研究

传统的构造实体几何的建模方式不能满足复杂几何输运、多物理耦合计算和大尺度核辐射效应模拟等问题,目前MCNP程序允许在非结构化的网格下跟踪粒子,它是作为一个网格空间嵌入在传统的构造实体几何之中,非结构网格几何采用有限元程序ABAQUS创建,使用MCNP的径迹长度估计器计算非结构网格单元内的输运结果,并在非结构网格上执行单元对单元的跟踪,结果可以输出到ABAQUS或者Paraview进行可视化和其他物理分析。本文分析了两种典型的基准实验:Ueki固定源和Godiva临界源问题,模拟结果表明,UM几何的运行时间和与CSG几何的计算偏差与输入网格单元的数量、单元的阶数成正比,同样阶数的四面体比六面体结果误差更小,本文的非结构网格计算结果与传统的构造实体几何结构结果具有很好的一致性。

低频电压下含纤维素颗粒变压器油绝缘特性及影响因素

低频变压器是低频输电系统中的关键设备,低频电压下的绝缘特性对其设计及运行具有重要意义。该文为了研究低频电压下含纤维素颗粒的变压器油的绝缘特性,分别研究20、30、40、50 Hz四种频率交流电压下不同纤维素颗粒度(低、中、高)水平的变压器油击穿特性。同时,通过仿真及试验分析不同频率下变压器油中纤维素颗粒运动及积聚过程。研究结果表明,交流电压频率对变压器油中纤维素颗粒的成桥特性及击穿电压具有显著影响。随着频率的降低,纤维素颗粒向电极移动速度变慢并难以黏附在电极表面,减缓了纤维素颗粒在电极表面的积聚过程及杂质小桥的形成速度。相同频率交流电压下,变压器油击穿电压均随颗粒物浓度的升高而降低;相同纤维素颗粒浓度下,变压器油击穿电压随着频率的降低而增大。研究结果为低频变压器的设计及运行维护提供了基础数据支撑。

石羊河尾闾青土湖表层土壤粒度空间分布特征

[目的]揭示石羊河尾闾青土湖土壤粒度空间分布特征,为该区域生态恢复提供理论依据。[方法]以湖区为中心分别在西北、正东、东南方向上布设样线并采集0—20 cm深度土壤样品,对比分析了青土湖周边不同区域沙物质粒配组成、粒配曲线等参数特征。[结果](1)青土湖表层土壤粒度组成以细砂为主(26.26%~84.97%),其中西北方向上表层土壤粒度以细砂为主(26.26%~66.62%),其次是粉粒(4.23%~46.35%);正东、东南方向上表层土壤粒度组成以细砂为主(43.41%~86.30%),其次是极细砂(1.86%~29.60%)。不同样线同粒级间含量存在差异。(2)研究区表层土壤颗粒总体较粗,分选较差,偏度为正偏度,峰度属尖窄。粒度参数的空间分布表现为:西北方向表层土壤平均粒径较其他方向偏细,分选性较差,偏度也更为正偏,峰值小于正东方向。正东、东南方向表层土壤平均粒径较为一致,明显偏粗,分选性分别属中等、较好,均为近于对称,峰度为尖窄、中等。(3)西北方向土壤粒度频率平均值分布曲线表现为双峰型,正东、东南方向为单峰型。粒度累计分布曲线反映出,东南方向风沙活动较正东、西北方向频繁、强烈。(4)通过沉积环境判别得出西北方向主要是湖相沉积,正东、东南主要是风成沉积。[结论]成土过程和干旱多风的环境条件影响青土湖土壤的基本特性,而通过生态输水形成水面改善了该区的土壤环境。

基于图像识别的叶丝形态表征及其数值模拟

【背景和目的】研究一种叶丝颗粒的粒度和粒形表征方法,表征结果可用于其数值模拟的建模。【方法】采用图像分析技术,确定分散放置在二维平面上的每根叶丝的等面积圆当量径、最大弗雷特(Feret)径、圆形度和纵横比。【结果】(1)利用提出的叶丝颗粒图像采集和处理方法,通过对叶丝样品数据的统计分析,确定叶丝物料粒度和粒形的概率密度分布曲线,实现了长丝、中丝、短丝和碎丝4种长度叶丝物料的颗粒粒度和粒形表征,表征参数可定量的反映不同样品的颗粒尺寸和形状的差异。(2)离散单元法数值模拟结果表明叶丝的粒度和粒形性质对物料堆积高度有重要影响。本文基于实验测量得到的粒度和粒形概率分布曲线,生成了与实际形态分布一致的叶丝颗粒的数值模型,数值模拟结果与实验结果的偏差在1.3%以内。【结论】提出的方法从粒度和粒形对叶丝颗粒进行定量表征,表征结果一方面能反映不同物料的性质差异,另一方面可直接用于建立与实际情况接近的数值模型,从而准确预测不同长度叶丝颗粒的堆积高度。

不同形状的珊瑚砂颗粒沉降试验研究

珊瑚砂在液体中的沉速是反映泥沙运动特性的一个重要物理量。由于珊瑚砂形状多样,套用现有的珊瑚砂沉速公式进行计算并不合适。针对珊瑚砂颗粒开展形状分析,将珊瑚砂颗粒分成枝棒状、片状和块状3种形状,然后开展单颗粒沉降试验。基于试验数据,分析不同形状珊瑚砂颗粒的沉降特性,与各家理论公式计算结果进行比较分析,选取经典的珊瑚砂颗粒沉速公式,引入颗粒形状系数进行公式修正,从而推求了枝棒状、片状和块状珊瑚砂颗粒的阻力系数和沉降速度公式。该公式充分考虑不规则珊瑚砂颗粒形状的影响,具有更高的计算精度和适用性。

微流控粒子分选中圆形微凹槽容纳特性研究

微流控技术由于具备操控微通道中微小体积流体的能力,已成为操控粒子和细胞的新平台.基于粒子惯性迁移和微凹槽涡胞捕获的粒子分选方法,是一种重要的微流控粒子操控技术.目前,微凹槽容纳的粒子数量不高,制约了该方法的效率.为了提高微凹槽粒子容量,对圆形微凹槽进行结构设计,并利用高速显微成像技术和数值模拟,研究了不同圆形微凹槽的粒子容纳能力.研究发现,相同入口雷诺数(Re=37~555)下,带底腔的圆形微凹槽相较于普通圆形微凹槽容纳的粒子数量提升了45%,这是因为增加底腔后使得涡流线向下延展,形成更深的“U形”结构,可以容纳更多的粒子;当Re=482时,带底腔的直径500μm的圆凹槽比直径600μm的圆凹槽的粒子容量提高了93.9%,原因是前者凹槽内粒子运动轨道与流线更加吻合,粒子轨道面积与凹槽面积占比达到了97%;随着Re增加,从侧通道收集到的粒子富集浓度整体呈现先缓慢增大后减小的趋势,收集到的20μm粒子的最大富集浓度为初始悬浮液的126.7倍;不同微凹槽内粒子群的轨道运动受到涡流场特性、粒子物性及粒子间相互作用和壁面限制作用等因素的共同影响.研究结果对微凹槽结构设计和提高粒子分选性能有重要指导意义.

PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

淡水池塘养殖尾水处理技术研究综述

为实现水产养殖业节能减排、低碳高效和可持续发展,必须解决传统池塘养殖尾水处理问题。根据典型池塘养殖尾水污染物特性,全面总结国内外淡水池塘养殖尾水的处理方法和技术特点;对比了“三池两坝”“集装箱+生态塘”“生态湿地”等典型池塘养殖尾水处理模式;分析了竖流沉淀、旋流分离、滤筛、气浮等物理净化技术以及臭氧-微纳米浮选、絮凝、微生物制剂、活性污泥、新型生物膜反应器过滤、水生植物等化学及生物净化技术;指出了该领域的热点研究方向和关键技术问题,包括发展“节能、减排、生态、高效”集约化池塘养殖模式、研发养殖尾水专用处理装备、提高净化效率和减少占地面积等,可为池塘养殖尾水处理技术及相关装备研发提供一定的理论参考。

菌丝体-杨木颗粒多孔复合材料的制备及保温阻燃性能研究

石油基高分子多孔材料的大量使用导致了严重的塑料污染(“白色污染”)。在这项工作中,采用了一种绿色可持续的合成策略,通过在杨木颗粒上接种培养真菌菌丝体,使其生长贯穿整个颗粒,最终制备出了一种菌丝体-杨木颗粒多孔复合材料。结果表明,多孔复合材料具有较低的密度(0.165 g·cm^(-3))、较高的孔隙率(82.7%)和疏水性(接触角:131.8°),并展示出优异的力学性能(压缩强度2.39 MPa;杨氏模量9.79 MPa)。另外,多孔复合材料还具有较低的导热系数(0.066 W/mK)和优异的阻燃性能(氧指数为28.4%)。这项研究工作展示了一种简捷和清洁环保的菌丝体-杨木颗粒多孔复合材料制备方法,对农林生物质高值化利用具有重要的参考价值。

考虑循环荷载下颗粒破碎的宕渣路基渗透系数预测

本文旨在揭示循环荷载作用下中-强风化泥岩宕渣破碎行为与渗透特性的内在机理。利用PFC 6.03D进行循环三轴数值模拟,借助内置Fish语言监测不同循环加载次数下宕渣试样级配、破碎率、孔隙率的动态演化规律。通过对不同加载次数下的土体级配曲线形态的分析,给出一种能描述土类多种连续级配形态的负指数型级配表达式,并讨论了其普适性。以级配方程为枢纽,构建了综合考虑颗粒组构、孔隙特征影响的渗流路径的迂曲度模型。同时,以迂曲度为修正系数,对斯托克斯孔隙流渗透系数公式进行修正。由此实现了考虑循环荷载作用下颗粒破碎的中-强风化泥岩宕渣路基渗透系数预测。研究结果表明:位点深度加深,修正潜在破碎势Bp*明显降低,而修正相对破碎势Br*与位点深度并无明显关联,Br*变化趋势可分为迅速增长、缓慢增长、收敛3个阶段;孔隙率变化呈现类似规律。所提出的负指数级配方程对4种典型级配(凹形、S形、类直线形、凸形)均具有良好适用性。修正迂曲度略大于仅考虑单一颗粒形态的迂曲度,复杂的颗粒形态使得流域内流线更加曲折,引起整体迂曲度增大。渗透系数k敛随Br*增长呈抛物线状衰减,且位点越浅,k衰减愈明显;存在临界加载振次使各位点k值收敛。本研究可为中-强风化泥岩宕渣路基服役状态评估提供新思路。

某300 MW机组脱硝前紧凑空间粗颗粒飞灰预脱除关键技术研究及应用

燃煤机组由于煤质及燃烧等原因,锅炉尾部烟道烟气中的粗飞灰颗粒易造成烟道及脱硝催化剂不同程度的磨损。以某300 MW等级机组省煤器出口至脱硝入口烟道为研究对象,建立“A型折流富集+V型高效收灰+T型粗灰通道”的“A-V-T”型脱硝前粗颗粒飞灰预脱除结构,布置于省煤器出口的大截面低流速烟道内,通过数值模拟研究了布置粗颗粒飞灰预脱除装置前后不同粒径分布轨迹、脱除效果、阻力等条件的影响规律,并进行了工程应用。模拟结果表明:采用粗颗粒脱除技术后对原系统烟气侧流场状态影响小;随着飞灰粒径的增大,飞灰脱除率越高,其中50、200、500、1000μm粒径的飞灰脱除率分别为12.15%、59.40%、87.01%、93.62%,对粒径200μm及以上的粗颗粒脱除效率为85.15%,整体的收灰率为15.50%,新增阻力78 Pa。对某300 MW机组实施改造后,经试验,脱硝前对粒径200μm及以上粗颗粒灰脱除率为83.96%,整体灰的脱除率为14.91%,净增阻力73Pa,试验结果验证了数值模拟结果的合理性。

芯粒功能划分方法与互连体系综述

目前,芯片设计面临“面积墙”的挑战,这为芯片制造带来了高昂的流片成本。芯粒技术可以通过成熟的工艺制程制造较小面积的芯片,然后通过先进封装方式打破面积墙的限制,实现芯片的敏捷设计,降低设计成本。而设置多大的芯粒颗粒度可以满足芯片设计的灵活需求,是利用芯粒技术的一个核心问题。芯粒功能的划分也影响着芯粒间的互连结构,如何实现各功能芯粒间互连是最终实现芯片功能的关键。因此,本文综述国内外近年来对芯粒功能划分上的研究、在芯粒设计空间上的探索以及芯粒功能划分对芯粒间互连网络影响,并指出芯粒的设计方法学是未来芯粒技术发展的重要研究方向。

面向月面原位资源利用的嫦娥五号月壤样品颗粒形态特征研究

月壤颗粒形态特征对月面原位挖掘、运输、3D打印等具有重要影响,我国自主获取的嫦娥五号样品可为月球科研站建设等提供月壤关键参数信息。以月面原位资源利用过程关注的月壤颗粒形态特征为目标,利用体视光学显微镜获取了同济大学获批的嫦娥五号月壤颗粒样品图像,构建了一套图像处理和颗粒识别方法,并提出方向差异指数表征颗粒表面粗糙程度,实现了自动提取颗粒边缘并计算其粒度和形态指标。结果表明,所研究嫦娥五号样品颗粒粒径范围为4.36~792.30μm,均值纵横比为0.66,均值圆形度为0.806,均值方向差异指数为0.111。小粒径颗粒占比大,10μm以下颗粒占44.19%。颗粒方向差异指数呈近似正态分布,表明大量颗粒表面粗糙程度近似,并存在少量表面较为光滑和粗糙的颗粒。小粒径颗粒大小与纵横比、圆形度均呈负相关,与表面粗糙程度相关性低,大粒径颗粒大小与形态没有相关性。研究还发现嫦娥五号样品比Apollo 11和Apollo 15样品的颗粒的圆形度更小,形态更不规则。

基于直接CAD几何模型的辐射场生成技术研究及应用

介绍了基于直接CAD几何模型的3维辐射场生成技术及其应用情况。在大规模并行非结构网格蒙特卡罗粒子输运方法的基础上,结合在线地图、SolidWorks等直接CAD几何模型,提出了1种适用于电子元器件、复杂厂房几何和大区域城市环境的高效辐射场生成模拟计算方法。并基于该技术实现了安卓设备电路板辐射场、复杂放射源迷道辐射环境和核辐射在百米量级城市环境建筑物区域的数值模拟,获取了全空间的辐射场中子注量率和能量分布信息,验证了该项技术在电子元器件辐照效应、放射源屏蔽设计和核辐射瞬发效应仿真应用中的可行性。

基于SACPS算法的住宅小区电动汽车集群有序充电

针对传统电动汽车有序充电存在的充电影响因素考虑不全、优化目标过于单一、充电体验不友好等问题,以住宅小区电动汽车集群充电为研究对象,构建集群有序充电模型,提出模拟退火的混沌粒子群(simulated annealing chaotic particle swarm,简称SACPS)算法,且使用该文算法对集群有序充电模型进行优化,最后对优化结果进行仿真实验.仿真实验结果表明:相对于其他2种算法,该文算法能使电动汽车集群有序充电模型取得更低的最佳适应度;与集群无序充电相比,SACPS算法的集群有序充电的负荷峰值、负荷峰谷比、充电费用分别降低了42.62%,96.81%,15.61%;SACPS算法的集群有序充电在一定程度上实现了与其他负荷的错峰用电.因此,SACPS算法具有优越性.

混合策略改进的粒子群算法

针对粒子群算法易陷入局部最优、收敛精度低、收敛速度慢等缺陷,提出了基于混合策略的改进粒子群算法。使用融合Circle映射与精英反向学习的策略初始化种群,提升初始种群的质量,同时加快收敛速度;在粒子速度更新方式中引入蜘蛛移动策略平衡算法的全局搜索与局部搜索;提出了基于自适应t分布的变异策略,增强算法全局搜索和跳出局部最优能力;对15个单峰和多峰函数进行仿真实验,与其他3种算法进行了对比分析,结果表明:所提出的改进算法具有很强的寻优能力与稳定性。

微细粒矿物浮选综述:增大颗粒表观尺寸与减小气泡直径

微细粒矿物的浮选回收是世界性难题,增大颗粒表观直径与减小气泡尺寸为解决该难题的有效途径。论文综述了增大颗粒表观直径的四种方法:疏水絮凝浮选、载体浮选、选择性絮凝浮选和剪切絮凝浮选,详细阐述了其在矿物加工领域中的应用及机理,尤其是增大颗粒表观粒径过程中新药剂的最新研究进展及应用领域。从减小气泡尺寸角度出发,以微纳米气泡在矿物加工领域的应用研究为落脚点,阐述了微纳米气泡现有的稳定性机理,为后续微纳米气泡稳定性机理的深入研究提供参考;系统介绍了微纳米气泡在不同种类微细粒矿物浮选中的应用现状;从微纳米气泡与颗粒间界面作用机理出发,详细阐述了微纳米气泡在界面作用中的角色;举例介绍了微纳米气泡浮选设备的研究进展。提出微纳米气泡强化细粒浮选的机理需要进一步明确,基于微纳米气泡、矿浆精准可控的微纳米气泡浮选设备是微细粒矿物浮选的重要研究方向。

基于形态学开运算的浸矿体系孔隙结构及其演化特征

立足堆浸体系的偏析分层复杂结构,结合X-ray CT无损探测、形态学开运算处理、MATLAB和OsiriX可视化软件等手段,引入颗粒间孔隙的当量孔隙尺寸、面积、数量等关键表征参量,如从二维量化和三维可视化层面揭示浸矿体系中颗粒间孔隙结构特征及其演化规律.研究发现,细颗粒夹层呈“包裹体”状且均位于粗矿石颗粒的内部,分析认为其是造成堆浸体系颗粒偏析和分层的重要致因;浸矿作用下微细颗粒迁移导致矿堆内部发生沉积压实作用,由197 mm降至180 mm以下;浸矿21 d后,矿堆上部孔隙呈增大趋势,下部孔隙率呈减小趋势,此外,纵向当量孔隙的直径由2.81 mm减小至2.18 mm,其变化趋势和程度要显著大于横向颗粒间孔隙的当量直径;对比浸矿0 d和21 d的柱浸体系三维颗粒间孔隙结构,证实了细颗粒夹层所处区域的粘结聚集以及细颗粒夹层周边区域形成溶液绕流、溶液优势流动路径.

基于CFD-DEM的物料转运过程诱导风流场与产尘因素分析

为了揭示颗粒物料在皮带机转运过程中的粉尘运移规律问题,推导了含有水平初速度的颗粒物料转运过程中的诱导气流方程,并采用CFD-DEM耦合方法对转运过程中的颗粒分布与诱导风流场特性进行了研究,分析了颗粒物料的落料高度、质量流量和初速度对颗粒逸散与诱导气流的影响。结果表明:颗粒在弧形下落阶段速度逐渐提高,挤压碰撞阶段颗粒速度先降低后提高,最后趋于稳定,部分颗粒出现逸散现象;含尘气流在颗粒物料弧形下落阶段和挤压碰撞阶段扩散较为明显;诱导气流速度与颗粒物料质量流量和初始速度呈正比关系,颗粒物料质量流量与诱导气流速度呈幂函数关系,拟合曲线幂指数为0.6~0.74。

藏缅语疑问语气助词的类型学特征——兼与汉语比较

本文运用语言类型学和描写语言学的理论和方法,在考察、比较50多种藏缅语族语言及方言疑问语气助词的基础上,指出藏缅语有疑问语气助词发达型、次发达型和不发达型三种类型;部分疑问语气助词存在多功能性,即除了表示疑问语气外,还能表达人称、数、方向等意义;不同语言间的疑问语气助词同源词较少、只有部分存在同源关系,而且分布不平衡。藏缅语与汉语是有同源关系的亲属语言,二者有相同点,也有差异。通过比较发现,藏缅语、汉语分析性语言类型的共性决定了疑问语气助词的基本特点相似,但分析性强弱不同又导致了疑问语气助词的丰富程度存在差异。汉语虽在上古阶段就出现了疑问语气助词,但应当是在与藏缅语分化后产生的。