湖泊水华蓝藻汲取装备水力性能数值模拟研究

蓝藻汲取盘是一种利用水动力对水华蓝藻进行打捞的设备,通过数值试验可以实现检验其水力性能,评价富藻水的汲取收集效果。采用计算流体动力学(CFD)技术,通过数值模拟的方法,对蓝藻汲取盘汲取头内部流动进行了计算分析。得到了设计流量工况和大流量工况条件下,藻汲取盘内部的整体流动特性、不同截面的流动情况、内部流动水头损失及不同过流断面的流动均匀性。经过数值试验的验证,蓝藻汲取盘整体流动基本无扰动,没有出现明显的旋涡、回流等紊乱流动形态,内部流动性能良好,汲取蓝藻水的效率较高。

疏浚黏土法向附着力特性

为研究压板材质、加压时间和含砂量影响疏浚黏土法向附着力特性,使用附着力测试仪检测黏土混砂土质在4种压板材质、两类加压时间和不同含砂量情况下法向附着力随含水率变化的情况,发现具有马氏体显微结构的低合金钢制作的压板较短时间内加载到低砂量硬塑黏土时,黏土的附着力较低;而加载到流塑性混砂黏土的时间越长,附着力越低。基于动态平衡观点的化学吸附理论解释试验现象。其试验结果对绞吸船施工疏浚起球和堵管黏土具有一定指导作用。

挖泥船疏浚过程关键传感器的选型

针对挖泥船在疏浚过程中所使用的传感器的型号繁杂,性能参差不齐,经常发生传感器数值不准或传感器易损坏的问题,分析国内外先进的疏浚船舶所用的疏浚关键传感器的原理、故障修复周期、传感器稳定性、使用过程中遇到的问题,提出适合疏浚工况的3大主要传感器,即密度计、流量计、管路泥浆压力传感器选型的核心技术指标及主要参考条件。

基于TOPSIS-Vague集的轮机模拟器智能评估方法

针对现有轮机模拟器评估方法无法客观准确地反映待考核人员实际操作水平的问题,提出了一种基于操作数据的智能评估方法。基于C-OWA算子赋权法,邀请专家来确定指标的主观权重;根据操作数据,利用变异系数法计算其客观权重;选择最小鉴别信息原理用来计算组合权重;结合TOPSIS-Vague集方案对某一典型的轮机模拟器评估项目进行排序。计算结果表明:基于组合赋权的TOPSIS-Vague集方法能较好地进行轮机模拟器智能评估。

连云港港混合土的特性指标与挖掘产量关系

绞吸船疏浚典型黏性土、密实粉土粉砂和钙质结核物的混合土时易糊绞刀头,且输送时易堵管。依托连云港港30万吨级航道疏浚工程,对混合土的不均匀性进行分析,从典型土的挖掘比能与船舶施工参数相关性角度,推导出连云港港混合土的特性指标与挖掘产量的计算公式,可预测复杂土的疏浚产量。结果表明:连云港港典型混合土由黏性土、密实粉土粉砂和钙质结核物混合而成,具有多种土质特性;利用推导出的公式预测“天虎号”绞吸船挖掘此类土的生产率,经过与实测值对比,其相对偏差在15%以下,可靠性好,可为类似工程提供借鉴。

挖泥船绞刀挖岩的离散单元法数值模拟

对挖泥船绞刀挖岩的三维离散单元法数值仿真过程进行了研究,使用离散元软件EDEM通过虚拟休止角试验标定了颗粒及边界的摩擦系数,通过虚拟单轴压缩试验和虚拟巴西圆盘劈裂试验标定了接触模型微观参数,并完成了绞刀挖岩的离散元动态切削仿真。结果显示切削形貌与实际基本相符,扭矩平均值与实验值以及有限元仿真值基本相符,进而验证参数标定的可靠性,对预测绞刀受力具有参考意义;同时不同于有限元仿真,材料破碎后碎屑颗粒依然保持运动,为进一步研究碎屑的导送提供可能。

超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验

振动有助于碎岩,以往关于振动碎岩机理的研究大多在低频率段展开。为填补超高频率段下振动碎岩机理的空白,采用单轴动静组合加载模式,开展了超声波振动下不同应力条件对岩石强度影响的试验研究,其中超声波振动频率为20kHz,预压范围为100～500N。研究结果表明:当预压小于200N时,岩石内部应力状态无法满足强度准则,岩石强度下降不明显;当预压大于等于200N时,岩石强度随振动时间的增加而逐渐降低且存在最优预压力值(400N)使得岩石强度最低。缩短振动频率与岩石固有频率的差值有利于提高超声波振动碎岩效率。

基于CFD-DEM方法的挖泥船绞刀导送性能研究

为了研究绞吸式挖泥船水下绞吸砂土的效率问题,结合计算流体力学和离散单元法提出了一种研究绞刀绞吸过程的三维数值模拟方法,并且建立了基于绞刀的流体计算域模型和砂土的离散元接触模型。利用这两个模型模拟了砂土被挖泥船绞刀切下以及通过管道排出的完整过程,得到了五臂绞刀和六臂绞刀在不同转动速度和横移速度下的绞刀转动功率和导送效率的变化规律,并与实船数据进行了对比。结果表明:转速恒定时,绞刀转动功率和导送效率随着横移速度的增大而逐渐上升;当横移速度恒定时,绞刀转动功率随着转速增大显著上升,而导送效率先上升然后又降低;在不同工况下两种绞刀的转动功率基本相同,但六臂绞刀的导送效率优于五臂绞刀;数值模拟获得的绞刀转动功率和导送效率与实船数据对比误差分别约为15%和25%,验证了本数值模拟方法的可行性。

一种环保的水下封闭扩散式铺砂装置的水力方案设计

在填海造地工程中需要通过吹填完成水下铺砂,以往的施工工艺在进行水下铺砂时容易造成水体污染,同时吹填区铺砂浓度与砂土粒径分布很不均匀。介绍一种环保的水下封闭扩散式铺砂装置,该装置根据水动力学原理设计,采用封闭的扩散式加内部导流板的结构形式,实现水下大面积高效率环保铺砂作业。该水下封闭扩散式水力铺砂装置由进口段、扩散段和内部导流板组成。采用计算流体动力学(CFD)方法,以清水为介质对铺砂装置内部流动进行数值模拟,分析不同导流板设置对铺砂装置流动特性、铺砂均匀度的影响。最终设计的水下铺砂装置具有施工环保、结构简单、单程铺砂面积大、铺砂效率高、铺砂均匀等优势。

施工期天鲸号适应能力分析

天鲸号绞吸式挖泥船在海上进行疏浚作业时,波浪要素需要满足一定条件,才能保证安全施工。为了确定防波堤修建后掩护区的波浪条件是否满足天鲸号的施工要求,采用数学模型计算了某集装箱码头工程在不同节点时防波堤掩护区的波浪条件,对天鲸号挖泥船适应能力进行分析,并给出如果不满足施工要求时防波堤需延伸的长度。结果表明:波浪数值模拟技术可以很好地为挖泥船海上安全作业提供可靠的依据,避免风险。

基于云重心评判的轮机模拟器智能评估方法

针对轮机模拟器操作评估中指标因素的不确定性和线下确定权重方式中主观性强等缺陷,提出一种基于综合赋权的云理论评估模型。利用序关系分析法确定主观权重、指标变异性与关联性法(Criteriaimportance Though Intercrieria Correlation,CRITIC)法确定客观权重,结合博弈论的优化策略融合专家经验与数据信息计算综合权重,并引入云理论分析学员与标准操作的加权偏离度,同时,也可解决评语模棱两可的边缘性问题。以4名学员某次训练为例进行评价与对比分析,并将评价结果通过MATLAB可视化输出。结果表明:该模型更合理地对学员的轮机模拟器操作进行评估,并实现定性评语与定量数值间的转换。

基于机器学习方法的小麦镉富集因子预测

应用机器学习方法解析区域土壤-小麦系统镉(Cd)富集特征有助于风险决策的准确性和科学性.基于区域调查,构建了Freundlich-type转移方程、随机森林(RF)模型和神经网络(BPNN)模型对小麦Cd富集因子(BCF-Cd)进行预测,验证不同模型的预测精度并评估其不确定性.结果表明,RF(R^(2)=0.583)和BPNN(R^(2)=0.490)模型预测性能均优于Freundlich转移方程(R^(2)=0.410).重复训练结果显示RF和BPNN平均绝对误差(MAE)和均方根误差(RMSE)较为接近,但RF(R^(2)为0.527~0.601)较BPNN(R^(2)为0.432~0.661)模型精度和稳定性更高.特征变量重要性分析显示多重因素的共同作用导致小麦BCF-Cd的异质性,其中土壤磷(P)和锌(Zn)是影响小麦BCF-Cd变化的关键变量.参数优化可进一步提高模型精度、稳定性和泛化能力.