妫水河湿地植物作用及调水水质响应模拟

本文基于湿地植物在河流湖泊中的物理、生化反应机制,应用MIKE21中EcoLab的编辑功能,建立湿地植物的水质模块,将植物的阻流、产氧、耗氧及微生物和植物吸收营养盐过程参与计算中,耦合湿地水动力实现水质模拟.在对妫水河表流湿地调研及监测基础上,建立妫水河下游与三里河的模型,考虑湿地植物类型、分布及水量变化下的植物有效面积等作用,定量研究工程尺度上河流湿地水动力及水质净化效果.计算中采用实测数据率定湿地植物对水质作用的关键参数,并对模拟结果进行验证.通过模拟,无循环系统对支流三里河及上游调水时,岸带湿地建设后相比建设前,下游出口处氨氮、磷酸盐和总氮的浓度下降了14.29%、 33.33%和20.00%;循环系统运行后,三里河和妫水河上游流量分别增加0.4 m~3·s~(-1),使得部分河段水位抬升,断面平均流速略有增加,三里河和妫水河的有效湿地覆盖率分别增加了144.44%和13.16%,出水口处水质与工程前相比,氨氮、磷酸盐和总氮分别下降了35.71%、 50.00%和46.67%,循环体系的建设加强了湿地净化功能.模型有机地将湿地植物分布融合进模型水质计算中,为河湖湿地生态修复、方案设计和水利调控等综合措施下的水质响应研究提供了模型方法和技术支撑.     

次区域城市群协同发展时空演变及动态模拟研究——以宜荆荆恩城市群为例

建立"经济水平—交流服务—产业发展—生态文明—公共服务—科技创新"框架,以宜荆荆恩城市群为例,并与相似区域城市群对比,综合运用耦合协调度、BP神经网络模型、ArcGIS空间分析工具研究次区域城市群协同发展时空演变规律及发展趋势。结果表明:(1)宜荆荆恩城市群综合发展能力指标总体协调发展不均衡。(2)与苏锡常都市圈相比,宜荆荆恩城市群的综合协同发展水平较低,且处于波动状态。(3)在动态模拟方面,宜荆荆恩城市群2020—2025年协同水平差距将持续增大,其协同发展水平在南北方向呈倒"U"型,东西方向呈"两边低,中间高"的趋势。     

基于MIKE 21的汾河水库挟沙水流水质数值模拟研究

为了揭示悬浮泥沙(SSC)对水库水质的影响规律,对汾河水库进行样品收集和长期水质监测,采用水动力模型与泥沙转移和富营养化模型相结合的方法,将这三者关联耦合,并通过实测数据对模型进行参数率定和验证,分析含沙水和不含沙水中总氮(TN)、总磷(TP)、叶绿素a(Chla)、溶解氧(DO)四项指标,得出两者对水质造成的影响。结果表明:SSC对TN、TP的去除作用明显,对Chla、DO浓度分布影响较小,并计算了污染物的释放量以及贡献率,得出TP的负荷仅为16.47t,而贡献率高达25.25%。因此在汾河的污染控制方面应侧重削减磷,进而改善汾河地区的污染现状。     

Mechanistic insight into the biofilm formation and process performance of a passive aeration ditch (PAD) for decentralized wastewater treatment

• A Passive Aeration Ditch was developed to treat decentralized wastewater. • A model was developed to describe the process performance. • A high C/N ratio facilitates microbial growth but nitrification deteriorates. • A high salinity decreases both organic and nitrogen contaminants removal. Decentralized wastewater containing elevated salinity is an emerging threat to the local environment and sanitation in remote coastal communities. Regarding the cost and treatment efficiencies, we propose a passive aeration ditch (PAD) using non-woven polyester fabric as a feasible bubbleless aerator and biofilm carrier for wastewater treatment. Consideration has been first given to PAD’s efficacy in treating saline decentralized wastewater, and then to the impact of chemical oxygen demand-to-nitrogen (C/N) ratio and salinity on biofilm formation. A multispecies model incorporating the salinity effect has been developed to depict the system performance and predict the microbial community. Results showed that the PAD system had great capacity for pollutants removal. The biofilm thickness increased at a higher C/N ratio because of the boost of aerobic heterotrophs and denitrifying bacteria, which consequently improved the COD and total nitrogen removal. However, this led to the deterioration of ammonia removal. Moreover, while a higher salinity benefited the biofilm growth, the contaminant removal efficiencies decreased because the salinity inhibited the activity of aerobic heterotrophs and reduced the abundance of nitrifying bacteria inside the biofilm. Based on the model simulation, feed water with salinity below 2% and C/N ratio in a range of 1 to 3 forms a biofilm that can reach relatively high organic matter and ammonia removal. These findings not only show the feasibility of PAD in treatment of saline decentralized wastewater, but also offer a systematic strategy to predict and optimize the process performance.     

极端温度下帐篷内部热环境适应性实验及模拟研究*

为揭示民用救灾帐篷热环境适应性变化规律,通过大尺度环境气候舱构建高温与低温环境,采用Ansys Fluent商用软件代码进行仿真验证,并对帐篷蓬围结构和内部热环境分布变化规律进行实验与数值模拟。研究结果表明:使用大尺度环境舱直接进行模拟帐篷内外热环境变化可行,其内部热环境变化规律与实验基本一致;帐篷特殊的篷围结构导致高温环境下帐篷内部温度高于外界,帐内人员头部和脚部温差可达5 ℃,低温环境下帐篷同一高度横向区域温度对称分布,在中心区域温度较低,边缘和中心温差近8 ℃。     

基于FLACS的海上钻探平台井喷爆炸事故后果模拟分析*

为研究海上钻探平台井喷燃爆事故后果,运用FLACS软件对某深海钻探平台井喷爆炸事故进行模拟,研究在不同事故场景下气云爆炸发展过程及平台荷载分布规律,讨论井喷速率、风向、点火位置等对爆炸超压的影响。研究结果表明:随泄漏速率增加,爆炸强度和爆炸范围均增大,爆炸严重程度不仅与井喷速率密切相关,同时也受平台结构影响;点火位置会对爆炸超压产生影响,在可燃气体与空气混合气体比例为化学理论当量比处点燃气体,生活区承受的爆炸超压最大;在设施及建构筑物分布较为密集、拥塞度较高的地方产生的爆炸超压更大。研究结果可为可为平台的阻隔防爆性能设计与应急响应提供指导。     

火灾下钢筋混凝土梁热力学性能数值模拟分析*

为了研究火灾下钢筋混凝土（RC）简支梁的热力学性能,建立火灾高温下RC梁的数值分析模型,与火灾试验对比验证模型的有效性;分别对4根完全相同的RC梁进行不同受火试验,研究受火时间、混凝土高温爆裂及钢筋-混凝土黏结高温退化对RC梁截面温度场分布、钢筋应力与滑移量分布、残余抗弯承载力的影响规律。研究结果表明:截面温度梯度随受火时间增长而扩大,底部角筋比其他纵筋升温均快;混凝土爆裂对直接受火面10 mm厚度范围内温度影响较为显著,角筋升温速率随受火时间增长而增大;底部纵筋应力随受火时间增长而下降,中筋的应力高于角筋;钢混界面滑移量随受火时间增长而增大,底部中筋的滑移量小于角筋;残余抗弯承载力随受火时间增长而线性减小;爆裂深度对残余抗弯承载力的影响程度要高于爆裂面积,跨中1/5跨长位置爆裂对残余抗弯承载力影响最大。     

基于改进社会力模型的地铁大客流疏散能力研究*

为有效应对大客流情景下人群拥挤对地铁站正常运行带来的影响,采用社会力模型和Anylogic仿真软件,对地铁站大客流疏散能力进行建模和分析,从客观、主观、管理视角分析影响客流疏散能力的因素,基于改进社会力模型刻画行人行为,分析影响地铁车站疏散能力的3个关键因素,并以南宁地铁1号线朝阳广场站为背景进行研究。研究结果表明:行人密度是影响地铁站疏散能力的关键因素,出入口选择策略和行人亲属关系比例对疏散能力影响显著,研究结果可为地铁客流疏散提出针对性建议。     

典型三床RTO设备燃爆危险性数值模拟研究*

为研究苯、甲苯、二甲苯混合废气在三床蓄热式废气焚烧炉内部的燃烧过程,基于FLUENT软件建立典型的三床蓄热式废气焚烧炉的物理模型和数值模型,重点分析进气风量和混合可燃气体-空气摩尔占比对其内部压力变化规律的影响,以期可为其安全设计提供借鉴。研究结果表明:燃烧室内的温度变化与燃烧速度变化保持一致,可通过监测RTO燃烧室内的温度来定性评估气体燃烧速度,随着进气风量的增加,混合废气燃烧速度先升高后下降后再升高;从能源损耗和安全生产2个方面综合考虑,得出RTO运行的最佳进气风量为15 000 m3/h到30 000 m3/h,最佳的混合可燃气体-空气摩尔占比为0.15~0.2,这与RTO实际工况相符合,解释RTO装置内废气积聚导致爆炸事故的原因,燃烧过程中压力出现2次峰值超压,实际生产中需在2个时间节点多加防范。     

气体密度和初压对炸药爆炸压力衰减的影响*

为研究气体密度和初压对爆炸压力的影响,以球形装药为例,在LS-DYNA中模拟不同气体密度、环境初压和真空度条件的TNT炸药爆炸,分析空气冲击波的形成过程和衰减规律。研究结果表明:在爆炸初期冲击波的波阵面位于爆炸产物边界,产物压力与冲击波压力存在强耦合作用;随着爆炸产物自身压力下降,其膨胀速度减慢,冲击波开始与爆炸产物分离,当产物中心压力下降为环境初压时,冲击波与爆炸产物彻底分离,其后以空气冲击波的形式独立传播。降低气体密度可以通过抑制冲击波形成,大幅降低爆炸压力;减小环境初压则通过加快冲击波的衰减速度,也可以在一定程度上降低爆炸压力。相较于单独改变密度和压力,提高真空度对冲击波压力的减小效果更好;近真空环境下无法形成空气冲击波,爆炸压力衰减速度快。