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.

不同档位脊神经后支低温等离子消融术治疗慢性关节突关节源性腰痛

目的:探讨不同档位的低温等离子消融术(low-temperature plasma radiofrequency ablation,LTPRA)治疗慢性关节突关节源性腰痛的临床疗效及安全性,为临床提供理论依据。方法:纳入2021年2月至2022年2月在中日友好医院疼痛科接受LTPRA治疗的92例慢性关节突关节源性腰痛住院病人,根据LTPRA治疗的档位分为1档组(平均功率13 W,术区温度40℃左右,51例)与3档组(平均功率49 W,术区温度60℃左右,41例)。分别对两组术前、术后第2周、1、3、6、12个月的疼痛数字分级评分法(numerical rating scale,NRS)评分、Oswestry功能障碍指数(Oswestry disability index,ODI)、非甾体抗炎药(nonsteroidal antiinflammatory drugs,NSAIDs)和/或阿片类药物的使用情况、手术相关并发症进行随访评估以及统计学分析。结果:与术前相比,术后2周、1、3、6、12个月两组NRS评分和ODI评分均明显下降;药物使用率显著下降。组间比较发现,术后1个月至12个月3档组NRS评分均低于1档组,术后2周以及术后6个月至术后12个月,3档组ODI评分均低于1档组,差异有统计学意义。3档组中更多比例病人出现术后短期轻度并发症,但差异无统计学意义。结论:针对慢性关节突关节源性腰痛,1档、3档治疗均有效,3档的治疗效果更优、持续时间更长,术后短期可能出现轻度的并发症,但术后并发症与1档相比无明显差异。

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%。

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.

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。

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。

巷道围岩承载圈演化特征与工程应用

通过相似材料模拟实验研究了巷道环向围岩承载圈在不同垂直应力影响下的演化特征,随着垂直应力的增加,巷道围岩承载逐渐向围岩深部转移,承载圈的厚度也会增加;利用数值模拟软件FLAC^(3D)分析了在掘进过程中巷道轴向围岩承载圈演化特征,按照承载圈演化特征将承载圈划分为承载圈生成区、承载圈变化区和承载圈稳定区3个区域。根据巷道围岩承载圈演化特征给出了相应的支护对策。以济宁矿业集团有限公司安居煤矿为例,对其-1100 m水平运输大巷的围岩变形情况进行分析,确定其巷道围岩承载圈内边界半径已经超出了锚杆支护范围,根据提出的支护对策确定了相应的支护方案;选择-1100 m水平运输大巷某段巷道进行了现场试验,监测结果表明支护效果良好。

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。

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。

330MW发电机组SCR系统精准喷氨改造研究

为解决国内某电厂330MW燃煤发电机组SCR系统存在的脱硝效率低、氨逃逸量大、流场磨损、积灰严重和空预器堵塞等问题,通过FLUENT软件对原SCR系统进行数值模拟,提出了导流板布置方案和喷氨装置优化方案。结果表明:改造后首层催化剂入口速度偏差降低至10.97%,催化剂入口氨氮摩尔比相对偏差下降至3.8%。

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。

长宽比对双进水管结构矩形圆弧角养殖池排污特性的影响

为探究长宽比参数(即L/W,L为养殖池长边,W为养殖池宽边)对双进水管结构矩形圆弧角养殖池排污特性的影响,构建了固-液两相流数值计算模型(DPM离散项模型与RNG k-ε连续相模型),定义了适用于较大长宽比养殖池排污模拟的粒子重叠撒布方式,在L/W为1.0~1.9工况下,对两种进水管布置方式(进水管布置在长边中心和宽边中心)的养殖池排污效果进行了数值模拟试验。结果表明:L/W=1.0~1.5时,两种进水管布置方式的养殖池内粒子排除率均可达95%以上,随着长宽比的增加,养殖池内的排污效果变差;L/W=1.6~1.8时,进水管布置在长边中心时,未能排除的粒子在养殖池内汇聚更为集中。研究表明,在实际矩形圆弧角养殖池建设过程中,为使养殖池具有良好的排污性能和提高场地利用率,可选择L/W=1.0~1.5的池形进行建造。

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。

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。