基于砂岩层储水能力在海绵城市排水中的应用

生态环境的变化以及城镇化速度过快,导致近年暴雨频发、城市内涝、农田积水、水坝水位升高等情况的发生并伴随大量的灾难,同时水资源的缺乏也存在于大部分地区,因此将水储存起来进而再次利用是非常重要的。砂岩具有良好储集效果。根据西安地区的一些地下水地质报告,通过出水速度可以确定排水速度符合降水时的要求,通过地质和砂岩渗透率计算分析确定地质储水量。结果表明:砂岩储层的储水效果是适合城市排水系统解决内涝灾害问题要求的,它的储水量公式对于透水材料也具有普适性,根据各地不同的砂层情况设计不同的储水方法,既能减少洪涝灾害又可实现水资源可持续发展,为海绵城市建设提供了一个重要的方案。

基于泵送混凝土管道堵塞破损特性CFD分析

针对龙开口水电站在泵送混凝土过程中存在的管道堵塞、弯管处破裂、泵送混凝土离析度大等问题,基于流体模型与颗粒流动力学理论相结合的方法,将体积分数引进到质量、动量和能量守恒中,从而构成连续性方程,分析各相之间的耦合作用和曳力规律;采用CFD数值分析方法结合实际施工工况分析混凝土泵送过程中产生问题的原因。结果表明,随着固体颗粒对管道的冲蚀导致粗糙度增大,通过动压力、流速、离析程度、溶蚀情况、质量差等方面表现出来,严重影响了混凝土的正常泵送,最终导致离析度增大流动减缓,在弯管处形成堵塞或破损。研究成果可为解决此类问题提供参考。

基于流固耦合作用下泵送混凝土管破损的力学特性分析

为明确混凝土泵送过程中弯管处的冲蚀破损机理,寻求合理的改善方法,利用ANSYS双向流固耦合流动模型,采用颗粒多相流和管道壁面相互作用传递数据的方式,模拟龙开口#1隧洞的泵送过程,得到应力、应变、应变能的变化曲线和云图。结果表明,泵送混凝土管道内部的应力、应变、应变能随时间呈现波动变化,持续的应力波动导致管材疲劳,增加了材料老化和破损几率,这是导致弯管处材料硬化开裂的主要原因,且弯管上半部分的应力峰值更高更易破裂。研究成果对于改进弯管处设计有重要意义。

泵送混凝土管道冲蚀疲劳失效数值模拟

为研究泵送混凝土中非牛顿流体-颗粒、颗粒颗粒和颗粒管壁之间的相互作用,探明管道堵塞机制,基于计算流体动力学和离散元法(CFD-DEM)分析了混凝土各相在泵送过程中的运动演化规律;利用非牛顿流体-颗粒两相流管道侵蚀寿命预测模型分析了混凝土流动对管道壁面的冲蚀磨损机制,预测了管道的冲蚀疲劳寿命。结果表明:模拟结果与工程及实验相吻合,在管道流场发生变化处(进口、出口、弯管处)管道壁面冲蚀相对严重,该部位的寿命仅为工程工况条件连续工作29 d;此外,颗粒粒径越大对壁面的磨损越严重,粒径范围15~30 mm的颗粒与管壁之间的切向作用力占比达42.81%,导致能量损失33.02%;弯管段颗粒碰撞次数大约是直管段的2倍,颗粒在直管段的动能明显高于弯管段且弯管段的切向动能损失高于直管段,这说明弯管段更容易堵塞。模拟结果能够为泵送混凝土的管道设计及维护提供理论支撑。

基于CFD-DEM耦合的土壤渗透性数值分析

基于计算流体动力学与离散元(CFD-DEM)耦合的数值模拟方法,结合土壤入渗试验,进行土壤渗透系数随土层深度变化的研究。试验结果表明,随着入渗过程的持续,3、6、9 cm土柱渗透系数分别由0.0080、0.0110、0.0075 mm/s逐渐降低。在液固耦合模型中,通过计算流体动力学(CFD)设置流体相参数,离散元(DEM)模拟土壤颗粒固体相,得出渗流速率与土层深度的定量变化关系式为y=ax^2+bx+c(y为渗流速率;x为土层深度;a为常数,等于-0.07886;b为常数,等于-0.00867;c为常数,等于0.09296)。通过方差分析对模型拟合的回归性方程进行验证,得到相关系数R 2=0.9503,校正决定系数R 2 adj=0.99977,都接近于1,表明拟合性好。

基于熵权-TOPSIS模型的植物工厂规模效益分析

旨在探讨植物工厂在何种种植规模及投资比例下能给投资者带来可观效益,为植物工厂产业推广与发展提供技术经济的量化分析参考。基于已建植物工厂实际工程投资造价及运维成本分析,选取建设成本、运维成本、光电能利用率、单位面积产量以及内部收益率5个植物工厂建设指标体系,结合国内外植物工厂相关建设规模分析不同种植规模植物工厂建设优化方案,在理想状态下采用指标扩大法对不同种植规模方案的植物工厂进行成本效益概算及修正,通过熵权-TOPSIS模型进一步测算并选取种植规模与经济效益最优方案,经TOPSIS模型对推算数据测算结果所得,标准化贴近度中种植面积为3000 m2的植物工厂与最优解距离最近,因此可得结论为植物工厂的收益情况并非是种植面积越大越优,主要与实际种植方案的固定资产投资比例以及运营建设方案相关。