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关键词： 绿色屋顶   生物炭   改性土   雨水管理   双层基质   水力特性   数值模拟  

摘要： 【目的】城市快速发展导致洪涝和热岛效应加剧，绿色屋顶可缓解这些问题，特别是其基质层土壤对雨水管理影响很大。使用生物炭改良土壤的双层基质层绿色屋顶能够有效优化雨水管理能力。【方法】采用室内试验和数值模拟相结合，探究双层基质绿色屋顶的水力性能。基于试验柱对人工降雨条件下的水力过程进行了观测，利用反解法估算基质土非饱和水力参数；采用数值模拟探讨生物炭双层基质在雨水管理中的应用效果。【结果】结果显示：不同的生物炭施用方式在延缓和减少峰流方面表现出不同的性能。在选定的暴雨情况下，有3cm天然土壤和12cm生物炭处理土壤的双层基质结构有更好的雨水管理能力。【结论】结果表明：用生物炭改良土壤，采用双层基质展示了其在绿色屋顶中的灵活性和高效性。这为屋面绿化设计提供了初步指导，也为优化屋顶绿化暴雨管理提供设计方向，为未来研究奠定了基础。

关键词： 微尺度   可凝结颗粒物   碰撞   数值模拟   能量耗散  

摘要： 微细颗粒不仅是造成雾霾的主要原因，还会携带可吸附有毒物质进入人体肺部，危害人体健康。异质凝结技术作为最有前景的除尘技术之一，通过在颗粒表面形成液膜有效地提高了气固分离效率。然而，目前对微米级湿颗粒的碰撞和聚并机制尚未完全明确。因此，本文针对微米级可凝结湿颗粒，基于Fluent软件构建了耦合两相流动、连续表面张力模型和重叠网格的模型，研究微米级湿颗粒碰撞过程中颗粒和液桥的动态变化过程。通过分析表面张力系数、液膜厚度和碰撞前相对速度对颗粒碰撞行为的影响，总结了碰撞过程颗粒动力学变化规律及能量耗散情况，为改善湿颗粒的聚合效果和提升除尘性能提供了理论基础。结果表明，湿颗粒在法向碰撞中遵循液膜变形、反弹和聚并或分离的运动模式。同时，减小液膜表面张力系数和液膜厚度、提高碰撞前相对速度会使液桥高度增加。在动能耗散方面，压差阻力和表面张力引起的能量损失是主导因素，而粘性阻力的能量损失可被忽略不计。

关键词： 拱坝   等效应力   有限元法   主应力   应力集中  

摘要： 拱坝等效处理后的主应力是拱坝应力重要的控制指标。针对常用的有限元等效应力法计算得到的主应力和大型有限元软件计算输出主拉应力、主压应力后直接等效处理的主应力是否一致的问题，结合实际工程开展某高拱坝基本组合工况应力变形计算，进而探讨了二者的可换性。研究结果表明:坝踵和坝趾应力依赖网格尺寸，等效处理后，应力集中能较好地消减；采用传统的有限元等效应力法等效步骤计算得到的主应力和由大型有限元软件输出的主应力直接进行等效处理的主应力较接近，误差基本在5%以内，2种等效步骤具有可换性。

关键词： 断控型   气藏   漏失井   数值模拟   反演统计  

摘要： 顺北二区发育典型的超深断控型缝洞储集体,由于钻井过程泥浆漏失量大,通常选择酸压或是酸洗完井作为解堵增产措施。为了研究酸液用量和酸压规模对无阻流量的影响,研究基于顺北二区地质特征,建立了钻遇裂缝(漏失井)和未钻遇裂缝两种情况的数值模型,利用裂缝扩展—气藏数值模拟方法,对两种情况井的酸压缝形态进行了模拟,进一步模拟了两种地质条件和不同酸压规模下的气井早期无阻流量,并用现场数据进行了反演验证。对比结果发现,当气井钻遇裂缝带时,酸压可以提高气井无阻流量,但幅度不大,酸压的规模不宜过大;当气井未钻遇裂缝带时,酸压则可以明确大幅度提高气井无阻流量和控制储量。

关键词： 激光熔覆   同步气体冷却   残余应力   熔池流场   显微组织   数值模拟  

摘要： 目的 为了减少薄板在激光熔覆过程中产生的复杂残余应力、变形以及晶粒粗大等问题，提高熔覆层质量和零件装配的可靠性。方法 提出了一种采用液氮冷却氮气的激光熔覆同步气体冷却方法。采用双椭球热源，综合考虑随温度变化的热物性参数、热传导、热辐射、粉光相互影响、凝固过程中相变潜热的作用，建立同步气体冷却的激光熔覆三维数值模型，对不同冷却距离（d）下的瞬态温度场、熔池流场以及应力演变过程进行数值计算。同时，利用热电偶对温度场分布进行验证，并采用扫描电子显微镜（SEM）和显微硬度仪分析显微组织及涂层硬度。结果 冷却氮气的引入增强了熔池表面与外界环境之间的热交换，从而改善了熔池的温度分布，加快了熔池的冷却速度。常规激光熔覆和同步气体冷却激光熔覆的熔池流场变化趋势基本相同，呈现中心向四周流动，中心流速小边缘流速大，熔池前方的流速大于熔池后方。当冷却距离为5 mm时，基体横向最大残余应力由204 MPa下降到181 MPa，熔覆层顶部残余应力从190 MPa下降到172 MPa，界面结合区残余应力从234 MPa下降到211 MPa，基板两侧翘曲变形量也减少50%。当冷却距离为10 mm时，涂层的晶粒组织出现了明显细化，中部柱状晶的无序排列程度明显增加，涂层显微硬度从348.2HV0.2提高到375HV0.2。结论 该方法可以有效减少基体的残余应力和变形，为更好地控制激光熔覆涂层的晶粒和微观组织提供一种新方法。

关键词： 硬岩   滚刀破岩   水射流冲击角度   预切缝   破岩比能  

摘要： 为解决传统滚刀施工过程中遇到超高强度岩石破岩效率低的问题，采用高压水射流辅助破岩成为一种有效提高破岩效率的手段。针对水射流辅助滚刀最佳破岩冲击角度的合理确定，构建了泰森多边形算法的等效晶质岩石材料的颗粒簇离散元模型，采用PFC数值分析了不同射流冲击角度下裂纹数目、岩石应力和破岩比能耗等变化规律，进一步获得了射流冲击角度对滚刀破岩效率的影响规律。研究结果表明：预切缝底端是滚刀破岩过程中应力集中区域，预切缝的存在影响裂纹扩展，与无切缝相比，有预切缝的岩石破碎时峰值荷载降低了6.11%～17.60%，其长度的增加可降低滚刀荷载，但此规律随预切缝长度增加逐步减弱；预切缝长度对破岩比能耗的影响存在界限值20 mm，超过界限值后，预切缝长度对岩石破坏行为影响减弱；改变水射流冲击角度能明显改变滚刀破岩效果，破岩比能大小随射流角度的增大呈“V”字形曲线发展，在水射流冲击角度75°辅助下获得最佳破岩效果。有助于提高TBM刀具寿命，能够为硬岩地质条件下TBM刀盘结构中水射流系统和喷嘴角度合理的布置提供理论参考。

关键词： 双层靶板   PBX装药   内聚力模型   宏-细观损伤模拟   微裂纹  

摘要： 针对高速战斗部侵彻双层目标时装药的损伤问题，基于内聚力模型开展了PBX装药战斗部侵彻双层靶板的数值模拟研究。采用内聚力模型计算装药损伤的出现与演化，分析了侵彻速度与损伤发生的关系，通过损伤比对侵彻结束后PBX装药的损伤进行了量化，建立了PBX装药细观损伤仿真模型，研究了侵彻双层靶板过程中PBX装药细观损伤机制。结果表明：当弹体垂直侵彻双层靶板时，在压-拉反复作用下，装药尾部形成了垂直于加载方向的贯穿裂纹，且装药的损伤程度随着侵彻速度的增大而增大；在侵彻双层靶板过程中，PBX装药的主要损伤模式是界面脱粘，微裂纹最先出现在颗粒边角处，并且逐渐增多，最终界面微裂纹失稳扩展并汇聚为连续的主裂纹。

关键词： 涂层剥离   离散虚内键   界面   粘结法则   数值模拟   裂纹  

摘要： 目的 涂层剥离涉及大位移大变形问题。为了更好地模拟涂层剥离过程，提出了内聚力界面—离散化虚内键(DVIB)方法。通过数值模拟，研究了涂层和界面特性，以及界面裂纹对涂层剥离的影响。方法 在模拟中，涂层和基体之间的界面特性通过双线性粘结法则(Cohesivelaw)来描述。涂层看作由离散键元胞组成，每个键元胞由有限条虚内键组成。键元胞的“节点力-位移”关系直接由键势函数(Bondpotential)导出，没有引入任何连续介质假设，因此DVIB可以直接模拟涂层大位移和大变形问题。结果 采用该方法对不同条件下的涂层剥离进行数值模拟，分析不同条件对涂层剥离的影响。涂层厚度和模量影响稳定阶段之前的剥离力，涂层粘附能影响整个过程剥离力。涂层厚度、模量和界面粘附能都与涂层剥离力呈正相关；涂层与基体之间的端部裂纹会使涂层峰值剥离力减小；内部裂纹长度和位置均会对剥离力产生不同的影响。当粘结强度和界面粘附能一定时，粘结法则的几何形状只会影响剥离力的峰前段，对于剥离力的峰值和峰后阶段几乎没有影响。结论 本研究为涂层剥离提供了一种新的模拟方法，研究结果为涂层剥离分析提供有意义的借鉴。

关键词： 块状节理岩体   岩体试验   数值模拟   GSI   预测模型  

摘要： 节理岩体地质强度指标(GSI)是岩体工程设计及稳定性分析的重要参数，开展对节理岩体破坏形态及GSI的研究至关重要。采用经室内试验标定的花岗岩数值模型，对含有两组正交节理的块状节理岩体进行压缩模拟试验。结果显示，围压在3 MPa到10 MPa完整岩石强度提升约40%，节理岩体强度提升约166%，围压对节理岩体的强度的提升更为明显。块状节理岩体的强度和破坏随节理倾角呈现出明显的各向异性。块状节理岩体抗压强度和岩体GSI随节理倾角呈先减小后增大的非线性变化趋势。块状节理岩体在围压作用下主要发生剪切破坏、张拉破坏和剪切张拉混合破坏。基于广义Hoek-Brown准则，建立了块状节理岩体GSI预测模型，块状节理岩体GSI与节理间距呈非线性关系。本文建立的模型可为工程中块状节理岩体GSI的判定提供相关依据。

关键词： 连续式搅拌反应器   数值模拟   转速   搅拌器   混合性能  

摘要： 为合理开发利用咸水资源，优化农田灌溉设施前端连续式咸淡水混合搅拌反应器的结构和运行参数，探究了搅拌转速和桨叶宽度对不同类型搅拌器咸淡水混合性能的影响。以直径为290 mm的双层桨叶搅拌器为研究对象，采用Realizable k-ε模型和欧拉多相流模型进行数值模拟并利用试验结果对其进行验证。通过系统分析不同搅拌器结构在不同搅拌转速和桨叶宽度下的湍动能、速度流场、咸水体积分数分布、混合均匀所需时间及搅拌器功耗，发现随着搅拌转速和桨叶宽度增加，三叶开启式搅拌器与组合锚式搅拌器的湍动能和液体流速均增加，反应釜内咸水体积分数也随之发生显著变化，到达混合均匀状态所需时间缩短，出口处咸水均匀度和搅拌器功率均呈上升趋势。整体来说，转速对上述指标的影响较桨叶宽度更为显著，另外，两种搅拌器类型中相关指标受转速和桨叶宽度变化的影响差异明显。与三叶开启式搅拌器相比，组合锚式搅拌器达到完全混合均匀状态所需的时间最小值虽然低6.8%，但其搅拌功耗却高10%左右。综合考虑灌溉作物水量需求、混合效率和设备能耗等因素，推荐采用较低转速（90 r/min）、宽桨叶(50 mm)的三叶开启式搅拌器，该配置在咸淡水混合过程中能够有效确保混合效率，并在连续混合设备中有效控制能耗的同时满足实际应用需求。研究结果可为连续式咸淡水混合搅拌反应器设计优化提供参考。