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关键词： 空蚀   表面微结构   数值模拟   含汽率   绝对压力   占空比   宽深比  

摘要： 目的探究表面微结构尺寸变化对空蚀过程的影响以及作用机制。方法根据点阵型表面微结构的截面形状,改变其宽深比和占空比,用Gambit对其建立二维平面模型。使用Fluent软件对不同尺寸下微结构模型的空蚀过程进行模拟计算,得到绝对压力、含汽率以及气泡运动速度等参数。最后根据模拟计算的结果,在样品表面加工出不同占空比的微结构,使用磁致超声振动空化设备,在与数值模拟相同环境条件下进行空蚀试验,采用失重法对模拟结果进行验证。结果数值模拟分析显示,微结构的宽深比和占空比对空蚀过程均有影响。当宽深比小于2.5时,微结构底面的含汽率降至0.1以下,沟槽内形成一层“液垫”,减缓了空蚀。相较于其他占空比,当占空比为0.91时,含汽率最小,保持在0.4以下,样品表面同样形成“液垫”,缓冲了气泡溃灭时作用在材料表面的冲击力。此外,随着占空比的增大,微结构表面的绝对压力与液体的饱和蒸汽压差距增大,降低了空化程度,同样起到了减缓空蚀的作用。不同占空比下的微结构样品和光滑样品的空蚀试验结果表明,微结构样品的空蚀质量损失均小于光滑样品的空蚀质量损失,且当占空比为0.91时,空蚀质量损失最小,为5.95 mg,远小于占空比为0.71和0.38时,微结构样品。同样证明了表面微结构占空比越大,材料的耐空蚀性能越好。结论微结构宽深比主要影响微结构底面的含汽率,而占空比影响样品表面的绝对压力和微结构顶面的含汽率。相较于光滑表面,微结构样品可以有效减缓马氏体不锈钢的空蚀损伤。当宽深比较小、占空比较大时,材料表面的含汽率保持在较低的水平,有利于减缓空蚀损伤。

关键词： 炼钢   热力学   动力学   模拟仿真   过程预报   多相反应  

摘要： 炼钢过程需要完成钢液的脱碳、脱硫、脱磷、脱氧等一系列操作,是一个复杂的多因素控制过程,反应器内温度高且不均匀,多相化学反应同时发生,相际之间质量、动量和热量传输相互耦合,准确预报和控制炼钢过程一直是钢铁冶炼的难点和冶金工作者的研究热点.本论文总结了近年来炼钢过程反应热力学和动力学以及其在数值模拟仿真方面的研究进展.在反应热力学方面,钢液活度计算模型主要有Wagner相互作用系数模型、统一相互作用系数模型和缔合物模型,在现阶段,Wagner相互作用系数模型仍是应用最为广泛的钢液活度计算模型,但随着新钢种的开发,这一模型的普适性遇到了挑战,钢液活度的计算亟需开发新模型、补充新数据;熔渣活度计算模型主要有分子理论模型、离子理论模型、正规离子溶液模型、修正的准化学模型和共存理论模型.通过反应动力学模型,炼钢过程钢液、渣和非金属夹杂物随时间的变化能够被较为准确的预报出来,如多组分耦合反应模型、有效平衡反应区模型和未反应核模型等,但反应动力学模型中的传质系数多是通过经验公式确定,无法准确表征不同反应器内的动力学.通过将反应动力学与三维数值模拟仿真相耦合,揭示了Kambara reactor铁水预处理脱硫过程和Ruhrstah-Hereaeus精炼钢液脱碳过程反应器内钢液成分的三维分布及其随时间演变,但综合考虑钢、渣、夹杂物、耐火材料、合金等多相多元反应的三维数值模拟仿真尚没有较为成熟的模型,仍需要进一步深入研究.

关键词： 油藏数值模拟   特高含水期   压驱模拟   非均相复合驱   多元热复合驱   CO_(2)高压混相驱   页岩油   胜利油田  

摘要： 油藏数值模拟技术是油藏分析的重要手段,是油田开发人员编制开发方案、开展动态跟踪调整、进行提高油藏采收率研究等工作的有力工具。为明确胜利油田油藏数值模拟技术的未来发展方向,回顾了胜利油田60年以来油藏数值模拟应用技术和自主知识产权软件研发的发展历程,着重总结了“十三五”以来适配油田当前地质及开发特征的特高含水期精细油藏描述、低渗透油藏压驱开发、非均相复合驱、稠油油藏多元热复合驱、CO_(2)高压混相驱、页岩油大规模压裂整体开发等多个领域的数值模拟应用技术创新性进展;介绍了涵盖水驱、化学驱、微观、智能模拟等不同方向的多款胜利特色油藏数值模拟软件的研发及应用情况。最后指出在当前胜利油田的开发形势下,油藏数值模拟在精细程度、规模、效率和协作方式等方面面临着更大的挑战,油藏数值模拟需要进一步向一体化、并行化、智能化方向发展,为胜利油田开发提质增效提供技术支撑。

关键词： 裂隙岩体   水-力耦合作用   卸载破坏机理   相场法   数值模拟  

摘要： 探究水-力耦合作用下裂隙岩体的力学响应和破坏机制,对解决水-力耦合工况下岩体工程安全与稳定问题具有重要意义。基于Biot多孔介质理论及弹性理论,提出一种水-力耦合相场数值模拟方法,提出交错时间积分方案来获得流体压力和固体变形的稳定解,得到的控制方程式采用全饱和多孔介质弹性理论的体积应变分离和偏应变分离。通过模拟水力压裂与天然裂隙相互作用等数值算例验证了数值模型的有效性和正确性。此外,为探究实际工程开挖过程中的卸载破坏机理,结合钻孔注液试验数值实例,建立一个裂隙岩体水-力耦合卸载破坏模型,模拟水-力耦合条件下裂隙岩体卸荷破坏全过程。结果表明:在水-力耦合卸载破坏过程中,混合拉-剪裂纹的扩展和连接主导了最终破坏模式;初始围压、初始卸荷应力状态对剪切裂纹的发育具有促进作用,水压则反之。

关键词： 130 t钢包   底吹工艺   流场   死区分布   模拟  

摘要： 以130 t钢包为研究对象,利用Fluent软件模拟研究了不同底吹工艺对钢包内流场及死区的影响。结果表明,当中心距由0.65R减少至0.50R时,钢液平均流速由0.24 m/s下降至0.05 m/s,低流速区域占比显著增加,靠壁端钢液流动缓慢,渣金界面平均流速由0.18 m/s下降至0.009 m/s,死区比例由7%增加至25%,总体搅拌效果下降;当透气砖中心夹角由85°增加至180°时,钢液平均流速下降至0.09 m/s,渣金界面平均流速为0.05 m/s,死区体积比增加至28%;随着吹氩量的增加钢液流速明显加快,死区体积减小,钢液混匀时间逐渐缩短,200 L/min时平均流速增加至0.43 m/s,渣金水平界面流速为0.32 m/s,不发生卷渣现象,钢液混匀时间为300 s。综上,确定两透气砖直径为φ165 mm,透气砖夹角为85°,透气砖中心距为0.65 R,渣层厚度为100 mm,空气层厚度为400 mm,底吹时间为600 s条件下,透气砖1的氩气流量为200 L/min,透气砖2的氩气流量为210 L/min为最佳方案。

关键词： 热声制冷机   环路   回热器   多层丝网  

摘要： 热声制冷技术具备高度可靠性的同时具有显著的环境友好性,回热器作为核心部件直接影响热声制冷机的性能。为了使热声制冷机回热器在不同温度下均高效地泵热,设计了一种使用多层丝网回热器的四级环路热声制冷机并进行了数值模拟研究。计算结果表明,多层回热器的设计有利于保证回热器换热效果的同时减少黏性耗散,从而提升制冷机制冷量和效率。研究表明,三层丝网回热器的系统性能最优,在6 MPa高压氦气、高温端923 K、室温端303 K的条件下,在77 K制冷温度时获得制冷量109 W,高于单层、二层和四层回热器。

关键词： 集装箱式房屋   数值模拟   抗风性能   变形分析  

摘要： 采用数值模拟方法研究了12级风荷载作用下集装箱式房屋的抗风性能。计算过程中考虑了材料的非线性特性,并以专业风洞试验数据作为输入荷载,建立了12×2型集装箱式房屋的精细化数值模型,分析了不同排列方式及风向角下,集装箱式房屋局部和整体的力学特性。研究结果表明:在12级风荷载作用下,集装箱式房屋部分构件变形过大,导致局部失稳破坏;风吸力会使屋面板与上部钢框架连接处产生应力集中现象;集装箱式房屋的层间位移角均小于规范规定值。以上结果表明,主流的集装箱式房屋在12级风荷载作用下无法满足局部服役性要求,需要对结构进行加固设计。

关键词： 汛前调水调沙   水库调度   综合效益   数值模拟   小浪底水库  

摘要： 为提高汛前调水调沙期多目标博弈过程中小浪底水库的综合效益,本文构建了调水调沙模拟与综合效益定量评估数学模型。该模型由3个模块构成,其中:水沙计算模块考虑库区明流与异重流输移及干支流倒回灌过程,水库调度模块衔接库区水沙计算和坝下泥沙冲淤计算,效益评价模块采用经济效益指标衡量水库的综合效益。采用2013年和2014年汛前调水调沙过程对该模型开展了参数率定和验证工作,计算结果可模拟异重流潜入、演进、出库的全过程以及水库调度和发电过程。根据历年调水调沙实践经验选取关键调度参数,最终拟定降低对接水位或减小壅水程度的5种方案,采用模型对各方案展开调水调沙过程计算和综合效益评价。结果表明,调度过程中改变对接水位和壅水程度在减淤效益和兴利效益间存在冲突。通过比较综合经济效益指标,最终推荐对接水位为222.57 m并减小库区壅水的方案作为优选方案,可获得最大的综合效益。

关键词： 岩石-混凝土组合体   随机骨料   单轴压缩   数值模拟   力学与破坏特征  

摘要： 目的为研究单轴压缩条件下混凝土组分骨料含量、强度等级、占比和界面倾角对岩石-混凝土组合体力学与破坏特征的影响,方法结合凸多边形随机骨料生成投放程序与RFPA2D分析系统,构建组合体数值模型并进行数值模拟。结果组合体的破坏类型可分为由混凝土组分破坏并延伸至花岗岩组分或两种组分及界面共同破坏引起的“两体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”,由混凝土组分单独破坏或混凝土组分和界面共同破坏引起的“单体Ⅰ型和Ⅱ型破坏”。对界面处应力状态进行分析,从理论上解释了沿界面宏观裂纹的形成原因;组合体抗压强度接近混凝土的抗压强度,其值与混凝土组分强度等级正相关而与占比负相关;组合体弹性模量数值模拟结果与理论值吻合较好,且与骨料含量和强度等级正相关,与混凝土组分占比和界面倾角负相关;组合体泊松比与骨料含量和混凝土组分占比负相关,强度等级对其影响较小;组合体抗压强度和泊松比均随界面倾角的增加先减小后增加。结论构建了含骨料岩石-混凝土组合体数值模型,并运用RFPA2D分析系统对4种组合方式组合体进行数值模拟,可通过提高混凝土组分强度、降低混凝土组分占比与材料间的界面倾角提升组合体的力学特性。研究结果可为地下或坝体等工程的稳定性分析提供参考依据。

关键词： 深部开采   竖井井筒   注浆帷幕   开挖卸荷   应变响应  

摘要： 为研究竖井注浆帷幕围岩开挖卸荷响应，利用裂隙型类岩竖井注浆帷幕试样进行三轴开挖卸荷模拟试验，测试了开挖卸荷过程中试样的应变响应，并采用CT扫描对开挖卸荷后试样的破裂模式和破坏范围进行分析。结果表明：开挖卸荷后试样应变响应随半径的增大而迅速衰减，且卸荷阶段的应变占主体；开挖卸荷后试样中浆液结石体和基质岩块的变形不连续，液结石体的变形大于基质岩块的变形；单液水泥浆充填的注浆帷幕试样抗变形能力强，试样中相同半径处的切向应变与径向应变都明显小于黏土水泥浆充填的注浆帷幕试样；应力水平对试样开挖卸荷响应具有重要影响，应力水平越高，卸荷阶段的变形越剧烈，卸荷阶段的应变占比更高。开挖卸荷后，单液水泥浆充填试样易沿着浆液结石体与预制裂隙的接触面发生开裂，破裂半径为开挖半径的1.2～1.5倍；黏土水泥浆充填试样破坏模式复杂，破裂半径为开挖半径的1.5～2.0倍。研究成果可为井筒水害防治中竖井注浆帷幕设计提供参考。