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关键词： 高超声速飞行器   旋转爆震发动机   数值模拟   内乘波式进气道   内外流一体化设计  

摘要： 旋转爆震发动机（RDE）对进气系统提出了高流量、高抗反压、宽速域起动等设计挑战。为兼顾上述性能，基于内乘波式进气道（IWI）高流量捕获、高压缩效率等优势，提出了一种融合机体/IWI/RDE的总体气动布局，采用前缘进气实现内外流过渡，采用环型隔离段实现进气道与RDE进口间的流场过渡。结果显示：1)基于IWI的高效进气特性，进气道设计态(Ma∞=6.0、H=27km)总压恢复系数0.639、流量系数0.984，喉道马赫数3.16，最大承受反压约为110倍来流静压；2)为克服IWI因三维压缩效应强而导致起动性能弱的难点，提出了侧向吻切面收缩比重构方法，通过对进气道侧向压缩的弱化，使进气道最低起动马赫数降低了约5.6%；3)为兼顾内外流性能，采用了预压缩式机翼的设计方法，将最高升阻比（4.39）的攻角从7°调整至4°，实现内外流在同一攻角左右均达到最佳气动特性。

关键词： 仿生   鲨鱼皮   激光加工   线切割   铝合金   数值模拟  

摘要： 目的 探究在铝合金表面制备仿生鲨鱼皮盾鳞结构的方法，检验采用复合加工方法制备的鲨鱼皮盾鳞结构水下的减阻性能，为构建仿生表面提供一种新的思路。方法 采用激光与电火花线切割复合加工方法，分两步构建仿生盾鳞结构。第一步，将基体表面与线切割机床的钼丝成45°夹角接触，仿制盾鳞的轮廓绘制切割路径，每个盾鳞的间距设置为0.65 mm，高度为0.4 mm。第一次切割完成后，将工件旋转90°，继续按照相同的方式切割。至此仿生鲨鱼皮盾鳞一级结构制备完成。第二步，对一级盾鳞结构进行二次加工，使用纳秒激光打标机在一级结构的表面刻蚀微沟槽形貌，设置激光扫描路径间距为0.08 mm，激光功率设置为12 W，扫描速度为100 mm/s，激光加工完成后，仿生鲨鱼皮盾鳞阵列结构制备完成。减阻试验部分基于流动滑移理论，在COMSOL中对阵列的结构模拟计算，对比了光滑表面、一级盾鳞阵列结构表面与仿生盾鳞的二级阵列结构表面，分别观测其壁面切应力，表面粘性力以及速度流线。结果 盾鳞的倾角13°，盾鳞表面沟槽间距0.17 mm，沟槽深度0.08 mm时的壁面切应力最小。一级盾鳞结构的表面与二级仿生盾鳞结构的表面在速度流线图中均显示一定的减阻性能，二者之间的差异在于后者的流线更加稳定。在减阻试验中，制备的试验件各项参数为盾鳞倾角16°，盾鳞沟槽间距0.17 mm，沟槽深度0.08 mm。减阻率可达35%左右。结论 通过激光与线切割这种复合加工方法制备的仿生鲨鱼皮盾鳞阵列结构的表面具有优异的水下减阻性能。加工出合适的盾鳞的倾角、沟槽间距与合适的沟槽深度能够有效提高仿生表面的减阻性能。

关键词： 鲼类   游动特性   MPF   数值模拟  

摘要： 胸鳍或中间鳍推进模式(medianand or paired fin propulsion, MPF)鲼类以其游动高效且稳定而成为越来越多仿生学者的研究对象.研究选取胸鳍为类三角形的鲼类进行仿生建模,针对其游动姿态与推进模式,改进波动方程建立双鳍对称运动模型,并运用计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)的方法结合动网格技术对其进行数值模拟,研究其推进机理与游动特点,在此基础上,通过改变胸鳍波动频率、波动幅值、体波波长等生物学特征探究不同参数对MPF推进模式鲼类游动能力的影响规律.研究结果表明:在胸鳍向上波动或向下波动阶段,胸鳍末端均存在明显的低压中心,大部分推进力主要由胸鳍末端的涡量差产生;向上和向下波动双鳍的过程中鱼体会产生周期性的升力,频率与摆幅更大时升力系数峰值更高.在相同初速度与相同鱼体初始运动状态下,鱼体在3 Hz与A=0.125L时垂向位移分别可达2.32和1.81 m,可获得最大垂向提升涨幅.体波波长决定鱼体胸鳍波动主要位置,当λ=0.6L即胸鳍波动主要位置靠近中性纵剖面时鱼体推进力系数均值仅有0.02,而当λ=1.05L即胸鳍波动主要位置靠近胸鳍末梢时鱼体具有较高的推进力,推进力系数均值可达0.14.本研究结果可以为基于MPF推进模式的仿生水下机器鱼提供设计与制作基础.

关键词： 悬挂式防渗墙   模型试验   数值模拟   渗透破坏   渗流场  

摘要： 悬挂式防渗墙是深厚覆盖层地基渗流控制的常用方法。为研究悬挂式防渗墙地基的渗透破坏特征，分别选用均匀砂土和内部不稳定的砂砾石制作地基，开展渗透破坏模型试验。基于试验结果分析两种地基的渗透破坏模式，揭示了悬挂式防渗墙地基的渗透破坏模式与地基土体的内部稳定性有关。在此基础上，依托模型试验建立三维有限元模型，与试验结果进行对比分析，验证了数值模型具有较好的可靠性。最后，利用验证后的数值模型，进一步研究防渗墙深度、厚度和缺陷对地基抗渗性能的影响。结果表明，地基抗渗性能基本与墙体厚度无关，主要受墙深和墙体缺陷的影响。通过分析地基渗流场随墙深增加的变化规律，得出悬挂式防渗墙存在最优深度，防渗墙最优深度与地基深度的比值约为0.7。

关键词： 矽卡岩矿床   矿物分带性   反应输运建模   数值模拟   甲玛矿床  

摘要： 青藏甲玛斑岩-矽卡岩型铜多金属成矿系统中的矽卡岩矿体具有独特的金属矿物和矽卡岩矿物分带性。当前，对于矽卡岩矿床成矿作用的数值模拟研究存在两点不足：（1）化学反应体系过于简化，无法分析控制单个金属元素沉淀的因素，以及具体分析氧化还原状态和pH值等因素对矽卡岩矿床成矿作用的影响；（2）前人的数值模拟研究集中于岩浆岩与碳酸盐岩接触带附近的矽卡岩矿床，缺乏对于热液流体主控的矽卡岩成矿过程的数值模拟研究。为推进矽卡岩矿床成矿过程的动态化和定量化，本研究依据甲玛矿床矽卡岩矿体的勘探线剖面和流体包裹体数据，建立热传递-流体流动-化学反应耦合的二维反应输运数值模拟模型，旨在研究甲玛矿床矽卡岩矿体的矿物分带性特征的形成机制。模型结果表明，甲玛矿床矽卡岩矿体的矿物分带性主要由成矿有利温度、氧化还原状态、pH值、HS-浓度和Fe2+浓度控制。其中，氧化还原状态控制矽卡岩石榴子石中钙铁榴石和钙铝榴石的比例，成矿有利温度、pH值和HS-浓度控制铅、锌和钼的沉淀，铜沉淀与Fe2+浓度密切相关。

关键词： 高炉炼铁   富氧率   氢气喷吹   煤气利用率  

摘要： 高炉炼铁作为一种重要的炼铁工艺模式，在我国乃至全球范围内都占据着主导地位。为了响应“双碳”目标，减少高炉炼铁中二氧化碳的排放量已成为行业和社会关注的重要问题之一。高炉富氧喷煤（PCI）以及煤粉与纯氢气共喷可以有效降低二氧化碳排放量，但是目前对高炉内部冶炼特征的影响规律尚不明确。因此，本研究建立了考虑气固两相的三维高炉模型，并利用生产数据验证模型的准确性。利用该模型研究了富氧率和氢气喷吹量对温度场、浓度场、煤气利用率的影响。结果表明，炉内高温区的温度随富氧率的提高而升高，随氢气喷吹量的增加而降低；提高富氧率，CO利用率大幅度降低，当富氧率为7.5%（基准模型）、15.0%时，CO利用率分别为48.88%和41.43%；氢气喷吹量增加氢气利用率较大幅度降低当氢气喷吹量为0（基准模型）、60 m3/t时，氢气利用率分别为60.44%和54.08%。

关键词： 含水层储氢   注入速率   采出速率   相对渗透率滞后   掺氢天然气   回采率  

摘要： 【目的】随着全球能源结构的转型，含水层地下储氢技术因具有大规模储能潜力而成为研究热点，但对氢气在含水层内流动的探索仍显不足。为明确不同注采速率、相对渗透率滞后性及天然气掺氢比对含水层储氢性能的影响，使用Computer Modelling Group（CMG）软件进行了不同工况下的含水层储氢模拟。【方法】通过建立动态模型，模拟了相对渗透率滞后效应不同时注入速率为2.5×105m3/d、5×105m3/d，采出速率为2.5×105m3/d、5×105m3/d，天然气掺氢比为10%、25%条件下的含水层储氢工况，分析了相关因素对氢气在含水层中的扩散与储存的影响。【结果】较高的注入速率与采出速率都会降低含水层的储氢性能，具体表现为：较高的注入速率降低了相同时间内储存与回采的氢气体积，增大了储层压力；较高的采出速率减少了回采的氢气体积，导致更多氢气滞留在含水层内，增大了储层压力。相对渗透率滞后效应不可避免地导致氢气回采量减少，造成氢能浪费。天然气掺氢比的差异对储氢性能影响不大，但与纯氢相比，掺氢的气体回采能力更强，生产井水积聚的风险更大。【结论】研究结果揭示了不同参数对储氢性能的影响，为含水层储氢的优化提供了参考，为大规模储氢的实现提供了技术支持。建议后续测量更多掺氢比工况下的相对渗透率曲线，以确保掺氢储存的可靠性。

关键词： 潜艇   马蹄涡   数值模拟   消涡整流片   伴流不均匀度  

摘要： 针对潜艇主附体交界处产生的马蹄涡对尾部伴流场的不均匀性有强烈影响，导致潜艇螺旋桨产生振动和噪音的问题，基于数值模拟方法，以SUBOFF潜艇模型作为研究对象，重点分析了不同安装位置及尺寸的消涡整流片对马蹄涡的抑制效果。对于只带围壳的潜艇模型(AFF-2)，当整流片的长度为100 mm且高度为25 mm时，整流效果较好。将设计的整流片方案应用于全附体潜艇模型(AFF-8)，使得尾部桨盘面伴流不均匀性降低25%～80%，说明整流片的安装位置和结构尺寸是影响尾部伴流场不均匀度的主要因素。

关键词： 走航式电阻率法   数值模拟   平原水库   水下砂体   探测效果  

摘要： 平原水库库底沉积层中的砂体会对水库运行以及穿过库底地下空间工程建设的安全造成不可忽视的影响,一种快速且准确识别库底砂体空间位置的探测手段可为破解以上问题提供技术支持。本文以位于黄河流域的济南鹊山水库为研究区,基于数值模拟与原位探测结果,分析评价了走航式电阻率法识别平原水库库底砂体的最优装置参数和能力,并将所得结论在原位探测中应用、验证。研究结果表明,选用通用走航探测航速(航速2.5 m/s)对平原水库(水深6 m)进行探测时,走航式电阻率法对埋深浅(埋深<30 m)、厚度大(厚度>6 m)的砂体有较好的理论分辨能力。对于薄层深埋砂体(厚度<2 m,埋深>10 m)则难以识别;砂体探测顶、底界位置与实际顶、底界位置间的偏移距离与砂体顶界埋深、砂体长度呈正相关关系。砂体厚度增大会提高不同顶界埋深条件下砂体界面偏移距离差异,偏移距离正相关于深埋砂体厚度,负相关于浅埋砂体厚度;建立了修正原位探测结果并识别砂体的方法。基于原位探测结果所识别的砂体形态并不精确,其厚度普遍厚于实际砂体厚度约0~3 m。厚度小于3 m的薄砂体则难以被该方法识别。

关键词： VR   警用头盔   道路安全检测   数值模拟   参数评估  

摘要： 目前,我国每年的交通事故数量急剧增加。道路救援作为交警施救较为困难的警情,往往会受限于复杂的环境等因素。因此研发一款方便交警应对道路救援警情的产品势在必得,为此结合警察本身特点开发一款新型警用产品——基于道路空间分析的新型警用VR骑行头盔。骑行头盔内部装有VR设备系统。当交警赶往交通事故案发地前,可触发语音对话模式,并通过语音对话激活VR设备系统,快速分析复杂路段状况,并可迅速分析附近是否存在易燃易爆的物品,与此同时获取最合理的行驶路线。使用新型警用VR骑行头盔还能开启通信和导航定位系统,实时显示交警所在位置,并在遇到特殊情况时可及时与公安系统内部人员交流沟通。