不同强度岩石中开挖圆形巷道的局部化过程模拟

利用FLAC模拟了不同粘聚力条件下圆形巷道的局部化过程。为了模拟巷道开挖,利用编写的F ISH函数删除巷道内部的单元。岩石服从莫尔库仑剪破坏与拉破坏复合的破坏准则,破坏之后呈现应变软化-理想塑性行为。文中模拟分为3步:首先,将静水压力施加在模型上,直到达到静力平衡状态;然后,利用编写的F ISH函数开挖巷道;最后,计算重新开始,直到达到静力平衡状态或者塑性流动状态。模拟结果表明,随着粘聚力的降低,巷道围岩的破坏模式首先由孔壁附近零星单元的破坏向4个对称的小V形坑式剪切破坏转变,然后由包含若干小V形坑的大V形坑式剪切破坏向巷道全断面的破坏转变。前三者破坏发生后,巷道围岩仍然能保持稳定。与最大塑性拉伸应变相比,最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变要高得多;最大剪切应变增量、最大塑性剪切应变相差不大;随着粘聚力的增加,三者均越来越小。     

复杂地下空间交通体系连接匝道烟气控制方案研究

复杂地下空间交通体系作为新型地下交通形式,车流量大且存在多个分合流点,气流组织复杂,防灾排烟难度极大。以杭州某复杂地下空间交通体系连接匝道为研究背景,提出匝道通风排烟设计方法,再选取其中二合一式连接匝道结构,采用FLUENT模拟其两种防灾排烟方案的有效性。模拟结果表明：两个连接匝道末端单独设置排烟口的设计方案可有效保证火源下游车辆和火源上游人员的逃生安全;根据分合流流速分配理论模型,在合流处只设置一个排烟口且排烟量提高40 m³/s时,也可达到同样的防灾排烟效果,从土建成本考虑,推荐此方案,为同类型隧道结构提供借鉴。     

基于CFD的化学危害气体扩散数值模拟

针对科学、准确、动态研判气体泄漏演变情景难的问题,通过重构化工企业厂区的三维模型,采用计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics,CFD）模型数值模拟方法,预演、分析气体扩散的路径、范围、浓度分布变化情况,并进行可视化。以福建省某化工厂为例,利用倾斜摄影影像数据建立化工厂区域内的建筑物三维模型,使用计算流体动力学开源软件OpenFOAM,对三维空间进行剖分生成计算域网格,采用三维Navier-Stokes方程作为控制方程,选用标准k-雷诺时均模型用于求解湍流效应,采用压力的隐式分割算法（Pressure Implicit with Splitting of Operations,PISO）计算流场,假设氯气在三维空间中某处发生泄漏,模拟了不同风速条件扩散浓度分布情况,实验结果表明：氯气的扩散轨迹受风场和建筑物布局影响较大,风速增大会加速氯气的扩散,有利于氯气污染物的稀释;建筑物会阻碍氯气的扩散,同时受湍流效应影响,氯气易在建筑物之间的街道聚集,浓度稀释较为缓慢。模拟结果可为制定应急预案和预案演练提供参考。     

不同进风方式对住宅厨房炊事双重污染扩散影响数值模拟

我国常规住宅炊事废热和颗粒物双重污染较严重,厨房进风方式影响污染物扩散和分布。为了研究厨房不同进风方式下污染物扩散分布规律,建立小型住宅厨房物理模型,采用CFD软件模拟室内气流流动,基于离散相模型模拟颗粒物运动轨迹并得出质量浓度分布,选取了炊事过程实测数据验证模型。提出开窗进风、窗缝渗透进风、恒定进风量进风3种进风方式,假定540 m³/h、810 m³/h和1 080 m³/h 3种进风风量,根据典型气候区室外环境参数确定进风温度,数值模拟进风方式和风量对室内环境的影响。数值模拟结果显示：厨房颗粒物源散发率在0.6 mg/min时,室内呼吸区颗粒物质量浓度为0.025～0.277 mg/m³。合理地补充进风量能够降低室内颗粒物浓度,厨房窗口恒定风量进风有助于形成较好的室内环境。     

页岩气开采往复式压缩机管路系统气流脉动优化与结构振动安全评价

页岩气开采往复式压缩机管路系统长期受到气缸排出的高压脉动气体冲击载荷,引发受迫振动,严重影响开采效率与人员安全。针对脉动最为剧烈的二级排气管路,运用有限元仿真方法,分析气流脉动超标情况,掌握气流脉动变化规律,采用正交试验方法,开展气流脉动优化研究,掌握了不同孔板孔径比对管路系统气流脉动的影响规律。结果表明,缓冲罐出入口管道孔板孔径比分别为0.4与0.45时,管路系统气流脉动抑制效果最优。据此,结合气流脉动周期性激励特点,建立了管路系统结构动态振动仿真模型,采用双向流固耦合方法,评价管路系统振动安全性能。优化后管路系统气流脉动幅值仅为API 618标准的18.50%,相比原模型减小了87.98%,且优化后管路系统振动安全,数值模拟与现场试验最大误差为振动位移误差12.14%,符合工程误差要求。     

一种细水雾喷雾除尘装置除尘性能影响因素数值模拟

为探究细水雾喷雾除尘参数对除尘性能的影响,构建欧拉气相-欧拉粉尘-离散雾滴相耦合的3相流计算模型,同时考虑除尘过程中雾滴蒸发的影响,在气液固3相耦合基础上加入蒸发模型。将建立的模型与文献中的试验数据进行对比校验,数据偏差在15%内,表明所建模型可靠。基于建立的模型,开展了雾滴粒径、雾滴速度、尘域环境温度、风机风速等参数对除尘性能影响的模拟研究。结果表明：1)在模拟范围内,考虑雾滴蒸发综合作用影响下,较大雾滴粒径时,喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而增大,当雾滴粒径小于20μm时,喷雾除尘效率随雾滴粒径的减小而减小;2)喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而增大,但当雾滴速度增加到25 m/s以上时,喷雾除尘效率随雾滴速度的增大而减小;3)喷雾除尘效率随尘域环境温度的升高而下降;4)喷雾除尘效率随风机风速的升高而下降。研究结果可为细水雾喷雾除尘装置的设计与使用提供理论参考。     

高速列车受电弓变截面弓杆及车体仿生表面声学特性仿真研究

高速列车气动噪声主要由结构诱导涡旋及结构表面的流体压力梯度变化形成,针对这2种噪声产生机制,结合DES分离涡模拟方法及Lighthill声比拟理论,计算了受电弓变截面弓杆及仿生表面织构2种气动降噪方式的声学特性,计算结果表明:通过本体结构及表面优化均可有效降低高速列车气动噪声;弓杆截面型式的改变会影响周边压力场的分布特性,进而改变结构自身表面声功率特性,实现降噪的效果;仿生表面织构通过在结构阵列面上形成二次涡群来降低结构表面气动噪声;倒角式横杆、椭圆形臂杆及菱形凹坑表面声学特性优于其他结构型式。     

燃烧室机匣烧穿后的超声速射流火焰数值模拟研究

依据适航条款CCAR33.17(a)和CCAR25.903(d)(1)的要求,民用航空发动机燃烧室在设计中必须考虑燃烧室内失效可能导致机匣烧穿的危害性后果,并采取相应的防火措施。在民用航空发动机设计中需要充分分析可能引发燃烧室机匣烧穿的失效模式以及烧穿后的危害性。由于燃烧室机匣内的压力较大且烧穿孔较小,其烧穿后会导致超音速射流火。开展该超音速射流火的流动及燃烧特征研究,将有利于指导发动机的防火设计。采用数值模拟方法,计算了不同压比、不同机匣烧穿孔径条件下的超音速射流火的流动与燃烧特征,分析了影响射流火速度及温度的主要参数,并与FAA的燃烧室机匣烧穿试验以及理论模型进行了比较分析。结果表明本文采用的数值模拟方法能够较好地预测该超音速射流火的火焰特征,为发动机的防火设计及后续的适航符合性验证提供支撑。     

基于蒙特卡罗模拟的土壤环境健康风险评价:以PAHs为例

为获得更为合理的健康风险评价结果,并辨识对健康风险影响最大的因素,基于蒙特卡罗随机模拟,运用概率风险评价模型,定量评估了中国上海某居民区土壤中16种PAHs对居民的健康风险水平,并对各参数进行敏感性分析.结果表明,土壤中PAHs造成的健康风险服从对数正态分布,总的致癌风险为3.43×10~(-5)±2.63×10~(-5),最小值为8.10×10~(-7),最大值为2.39×10~(-4),超过10-6的概率为95%,超过10~(-5)的概率为75%,超过10~(-4)的概率小于5%;总的危害商为4.74×10~(-2)±3.42×10~(-2),不超过1,风险较小;在7种具有致癌效应的PAHs中,苯并(a)芘、二苯并(a,h)蒽和苯并(a)蒽是总致癌风险的主要贡献物质,贡献率分别占60.41%、26.84%和6.56%;3种暴露途径中,经口途径是造成致癌风险的主要途径,贡献率为73.22%;对于总致癌风险,人体暴露参数中每日土壤摄入量、暴露周期、暴露皮肤面积敏感度较大,分别为58.35%、50.21%和20.51%;体重具有负敏感性,敏感度为-11.66%.     

基于NLMSFD模式对风速分布规律的数值模拟——以山东威海风电场为例

针对风电场建设要求,论文利用非线性高分辨率数值模式NLMSFD尝试对山东荣成地区风资源进行评估。在试验区域内,分别选取两座测风塔不同高度上1年的月平均风速观测资料作为驱动值,利用模式对试验区的风速分布进行了模拟试验,获取了试验区100 m×100 m分辨率条件下风速一年四季的空间分布信息,并将模拟值与实测值对比,分析了模式在试验区地形及粗糙度条件下的模拟精度,评价了NLMSFD模式的可适用性。结果表明,模式的模拟结果基本能反映出月平均风速的时空变化规律,但两塔位置处模拟值与观测值的相对误差随高度和季节变化有所不同。从季节上看,模式的模拟结果在冬季较好,夏季误差稍大,春、秋次之;从高度上看,除10 m高度外,其它高度层的相对误差大多在10%以内。利用不同位置的观测资料驱动模式,模拟结果的精度也受影响。如利用远离海岸边的观测资料驱动模式要比近海观测资料驱动模式所得的模拟结果好;同时对于近海的测风塔,采用距地面位置较高的观测资料作为驱动值要比采用10 m高度的资料驱动模式的模拟精度好。这些结果说明NLMSFD模式在精细化风资源评估及风电场选址中具有一定的参考应用价值。