基于Voronoi-Random算法微观结构褶型过滤介质过滤性能

在利用数值模拟研究褶型纤维过滤介质过滤性能时,为了克服层状结构纤维层与层之间不连贯及孔状结构纤维规整分布的不足,本文基于Voronoi-Random算法建立了褶型纤维过滤介质模型,并通过加密或减少纤维数量改变其固体体积分数(SVF).采用“Caught on first touch”和“Hamker”两种碰撞模型对褶型纤维过滤介质的气-固两相流动进行数值模拟.结果表明:压力损失和过滤效率数值计算值与经验关联式计算值吻合较好,误差在15%之内;将采用两种碰撞模型得到的过滤效率与经验关联式计算值进行比较,得出采用“Hamker”碰撞模型得到的过滤效率符合实际;在过滤介质上的沉积颗粒并不完全是纤维捕集,大多数颗粒是由形成的树枝状结构捕集;压降和单位面积沉积量随过滤时间的增长呈现指数增长趋势.     

原位渗透管式气体监测预处理装置的研制及应用

针对现有工业过程气体在线测量预处理方式存在的系统复杂、维护量大、测量延时等问题,基于微孔陶瓷物理特性及空气动力学原理研制了原位渗透管式预处理装置。该预处理装置主要包括光学端和渗透管腔体,当待测气体流经渗透管时,由于绕流作用在来流方向壁面前后形成压差,在压差作用下,气体经过渗透管过滤后进入管内进行激光测量。首先采用CFD数值模拟方法对气体管道和微孔陶瓷渗透管耦合流域进行了流场模拟,发现在单一变量条件下,气体更新速率随着流速和内径的增大而提升,随着外径的增大而降低;然后搭建实验装置进行了实验验证,与流场模拟结果一致;最后进行了原位渗透管式预处理装置研制及现场应用,并采用便携式分析仪进行了对比,发现二者误差<2%。与现有预处理装置相比,渗透管腔体安装于管道内,测量环境与管道工况一致,且取样路径短,可以实现工业过程气体高保真快速在线监测。     

有机污染土壤堆式热脱附过程中热湿迁移试验及数值模拟

堆式燃气热脱附技术因具有二次污染小、污染物去除率高和处理周期短等优势而得到快速发展. 土壤中的水分是影响堆体热修复过程中土壤升温的关键因素,然而其热湿迁移机理尚不明晰,工程设计主要依赖于实践经验. 该研究以山东省某污染场地的砂质壤土开展堆体热湿迁移试验,结合COMSOL仿真模拟,系统分析加热过程中土壤温度和湿度在竖直及水平方向上的变化规律. 结果表明:热源附近土壤水分呈逐渐升高并出现短暂峰值(高于初始值10.9%)后再下降的趋势,水分峰值随温度提高而升高;热源温度越高,土壤中水汽的对流和扩散作用愈加明显,当热源温度由50.0 ℃升至100 ℃时,监测点体积含水量下降率由4.50%升至27.2%,且水汽的浓度扩散机制在水分迁移过程中占主导作用;对于相同热源作用下,初始体积含水量较高的土壤具有相对较高的温度变化,温升过程中对流传热以及热传导的作用更显著,当初始体积含水量由0.0700 m3/m3升至0.160 m3/m3时,监测点的温度由37.1 ℃升至40.0 ℃,其中多孔基体间的热传导作用占主导. 研究显示,堆体热脱附过程中土壤水分迁移规律与土壤体积含水量、距热源的距离、热源温度有关,且多孔基体间的热传导是引起土壤升温的主要机制.      

加工误差对压气机叶栅气动性能的影响

目的 研究不同区域加工误差对叶片气动性能的影响。方法 选用轴流压气机出口级静叶叶中截面,以叶型厚度变化和中弧线变化为特征,分别在叶型前缘、最大厚度和尾缘区域添加加工误差,采用数值模拟方法,对比设计叶型气动性能,研究叶型各区域几何偏差对性能的影响。结果 叶型前缘几何偏差对气动性能的影响最大,偏差造成的中弧线偏移对性能变化起主导作用。尾缘区域几何偏差对性能的影响趋势与前缘区域完全相反。考虑叶型整体偏差时,轮廓度正偏差造成的性能恶化更加显著。结论 所得的几何偏差影响规律可为实际叶片加工过程中工艺的制定和超差审理提供数据支持。     

基于DPM模型的水喷雾抑制氯气泄漏扩散方法研究北大核心CSCD

有效的有毒气体泄漏扩散抑制方法可以减少液氯槽罐车道路运输事故泄漏后对周围人员生命健康的威胁。运用理论分析与数值模拟相结合的方法,建立了水喷雾抑制氯气泄漏扩散控制模型;采用Fluent软件对水喷雾抑制氯气泄漏扩散行为进行了数值模拟,分析了基于离散相模型(DPM)的不同喷射源类型、位置、数量等关键参数对氯气泄漏扩散抑制效果的影响。结果表明：不同喷射源类型水雾均能对氯气泄漏扩散起到抑制作用,但作用方式不同;在坡道路面设置水雾喷射源对坡道路面的氯气云团扩散具有更好的抑制效果,且随着与罐体距离的缩短,其抑制效果更佳;在坡道路面与平面路面的交界处或附近设置水雾喷射源,对平面路段后方的氯气云团扩散具有较好的抑制效果;随着水雾喷射源数量的增加,水雾对氯气泄漏扩散的抑制作用增强。该研究成果可为液氯道路运输过程中的氯气泄漏扩散应急处置提供理论依据。     

含缺陷圆轴结构极限承载规律研究

目的 研究车辆传动轴在受损情况下极限承载能力的变化规律。方法 在圆轴上预制缺陷,并对含缺陷圆轴结构承受扭转载荷的能力进行试验和数值模拟研究。结果 当圆孔缺陷深径比保持不变时,圆轴极限扭矩下降比随圆孔缺陷孔径比的增加而减小;当圆孔缺陷孔径比保持不变时,圆轴极限扭矩下降比随圆孔缺陷深径比的增加而减小。当深径比大于0.4时,圆轴极限扭矩下降比与圆孔缺陷孔径比近似呈负线性相关。当缺陷孔径比大于0.4、深径比大于0.2时,圆轴最大扭角减小为15°~35°,各存在缺陷的圆轴的最大扭角差距不大。结论 圆轴扭转失效时,其最大扭角、极限扭矩与圆孔缺陷孔径比、深径比整体均呈负相关趋势。在孔径比和深径比逐渐增大的过程中,极限扭矩呈近似线性关系逐渐降低,而最大扭角先急剧减小,后逐渐趋于平稳。     

基于土地利用的中国城镇化SD模型与模拟

中国正处在快速推进的城镇化进程中,耕地与林地、牧草地和水域等生态用地将如何变化,以及建设用地是否仍将快速增长?这不仅是国家宏观政策制定者关心的问题,也是广大学者和普通民众面临的具体问题。通过构建基于土地利用的中国城镇化系统动力学（System dynamics,SD）模型,尝试对上述问题作出分析。研究结果表明：（1）本文构建的模型是有效的,具备可靠性和稳定性。（2）若要保持国家耕地保有量不少于18.25亿亩,到2050年需补充83.17万~412.67万hm²耕地资源。（3）到2050年,如果中国城镇化水平达到78%左右,建设用地总量将达到4007.29万~4214.25万hm²,较2020年净增加了155.87万~342.88万hm²。（4）2020—2050年生态用地数量表现为先增加后减少,其中,林地显著增加,牧草地减少,水域略有增加。研究成果可为全国国土空间规划多方案模拟、评估和决策提供科学服务。     

低渗透介质中轻非水相流体迁移转化规律

本文利用COMSOL软件建立轻非水相流体（LNAPL）纵向迁移转化模型,采用有限单元法进行求解,预测污染物分布规律,并利用局部分析法进行参数敏感性分析.结果表明,大部分LNAPL会在水面以上聚集形成高的质量分布峰值区域,少部分克服毛细压力向下迁移,在自由相迁移范围内,其溶解相浓度达到或接近饱和溶解度;当顶部污染源消失后,降水会使最大饱和度和浓度出现的深度逐渐下移;多孔介质中的低渗透镜体会使污染物垂向入渗受阻,在其表面聚积形成污染池;渗透系数是控制LNAPL纵向迁移速度及饱和度分布的关键参数.     

区域大气环境模式RegAEMS中二次气溶胶的改进模拟研究

为了提升二次气溶胶的模拟精度,在区域大气环境模式RegAEMS中加入了硫酸盐气溶胶的两种新生成机制（NO₂+SO₂化学过程和过渡金属催化氧化（TMI））以及二次有机气溶胶（SOA）生成的挥发性有机物基集（VBS）方法.模拟了2020年1月上海市两次中度污染过程,并与观测数据进行对比验证.研究发现,两次污染过程硫氧转化率（SOR）均大于0.4,PM_2.5主要组分为SO₄^2-、NO₃^-、NH₄⁺等水溶性离子,占比为61.25%~63.85%.SOA占比为2.92%~3.0%.加入NO₂+SO₂化学过程和过渡金属催化氧化（TMI）后,硫酸盐模拟精度明显提升（相关系数（R）从0.49~0.63提升至0.58~0.67,相对标准偏差（NMB）从-35.0%~-36.5%提升至-17.3%~-14.2%）.两种化学过程在污染发展阶段平均贡献占比为23.3%~27.9%,这可能是造成污染条件下SO₄^2-浓度迅速增加的主要原因.VBS机制能够较好地模拟出SOA的变化趋势（相关系数为0.53~0.56）,由于硫酸盐和SOA生成机理的改进,RegAEMS在PM_2.5的模拟精度上有所提升（相对标准偏差（NMB）从-13.5%~-6.0%提升至-9.0%~-3.3%）.     

城市化影响杭州城市热环境的数值模拟研究

通过对城市区域的气候要素进行精细化数值模拟,可以研究城市化对城市热环境的重要影响.利用WRF/UCM模式,以杭州为例,通过采用不同的下垫面土地利用分类数据,分析量化历史城市化进程对月尺度城市热环境的影响,并进一步设计了敏感性模拟试验,研究杭州地区在理想化条件下城区面积增加约2倍时,城市热环境的变化情况.模拟结果表明,杭州地区在2010~2017年的城市化进程中,城区面积约增加了1倍,导致8月热岛强度等级高于”无”（Ht>0.5℃）的区域扩大了91%,且主城区的2m平均气温增加了0.4℃,但中心城区热岛强度等级没有明显提升.杭州城区面积在2017年基础上约增加2倍时,8月热岛强度等级高于”无”的区域扩大157%,1846.4km²的中心城区热岛强度等级由”弱”或”无”（Ht≤1.5℃）提升为”中等”（1.5相似文献