Numerical modeling of effect of slot on bubble motion in aluminum electrolytic process

A transient three-dimensional (3D) model was established to understand the bubble motion in an industrial electrolytic process. An anode with a new design was tested. It incorporates two slots that allow an efficient removal of gas bubbles. The electromagnetic fields were described by solving Maxwell's equations. The bubble movement was studied with two-way coupling Euler–Lagrange approach. The interplay of current density and bubble nucleation rate was included. The collision and coalescence of bubbles were considered. Random walk module was invoked for involving the chaotic effect of the turbulence. The numerical results were validated by experimental measurements. The results indicate that the current distribution and the bubble nucleation periodically change. Due to the slot, the bubble elimination heavily increases. The contribution of the slot to the bubble removal exceeds 50% in the case of three currents, and the promotion of the slot decays with increasing the current.     

水平斜插板透空式防波堤消波性能数值模拟

通过改进已有的防波堤模型，建立了一种新型水平斜板透空式防波堤模型。基于VOF方法建立了波浪与水平斜板防波堤相互作用的数值模型。经数值模拟研究了该新型水平斜板防波堤结构对波浪透射系数的影响，主要考虑了斜板角度、波陡、相对板间距、相对板宽和相对出水高度等因素对防波堤消波效果的影响。模拟结果显示:①水平斜插板透空式防波堤比水平板透空式防波堤的消波效果好。在斜插板作用下，随着斜板角度增大，透射系数逐渐增大，但增幅逐渐减小；②随着波陡增大，透射系数先减后增；③随着水平板间距增加，透射系数增大；④随着防波堤相对板宽的增大，透射系数逐渐减小；⑤随着防波堤出水高度增加，透射系数先减后增。结果表明，该新型结构防波堤的消波效果显著，可以很好地消减波浪，应用前景良好。     

Outcome‐based ventilation: A framework for assessing performance,health, and energy impacts to inform office building ventilation decisions

This article presents an outcome‐based ventilation (OBV) framework, which combines competing ventilation impacts into a monetized loss function ($/occ/h) used to inform ventilation rate decisions. The OBV framework, developed for U.S. offices, considers six outcomes of increasing ventilation: profitable outcomes realized from improvements in occupant work performance and sick leave absenteeism; health outcomes from occupant exposure to outdoor fine particles and ozone; and energy outcomes from electricity and natural gas usage. We used the literature to set low, medium, and high reference values for OBV loss function parameters, and evaluated the framework and outcome‐based ventilation rates using a simulated U.S. office stock dataset and a case study in New York City. With parameters for all outcomes set at medium values derived from literature‐based central estimates, higher ventilation rates’ profitable benefits dominated negative health and energy impacts, and the OBV framework suggested ventilation should be ≥45 L/s/occ, much higher than the baseline ~8.5 L/s/occ rate prescribed by ASHRAE 62.1. Only when combining very low parameter estimates for profitable impacts with very high ones for health and energy impacts were all outcomes on the same order. Even then, however, outcome‐based ventilation rates were often twice the baseline rate or more.     

基于现场监测与数值模拟的浅层采空区稳定性分析

隐患采空区是目前影响露天开采矿山安全生产的主要危害源之一。随着台阶开采的不断剥离,露天开采境界内各台阶与地下空区群的隔离层厚度越来越薄,随时有可能发生采空区顶板坍塌事故。考虑到露天矿采空区地质赋存条件和围岩稳固性等特征,以弓长岭露天铁矿浅层采空区为工程背景,运用现场监测和数值模拟相结合的手段综合分析了浅层采空区的稳定性。将液体静力水准地表沉降监测系统的监测数据与FLAC数值模拟结果对比,调整蠕变参数使得数值模拟的蠕变速率与现场监测结果一致,而后据此进行未来结果的预测。最终根据地表沉降数据确定的蠕变参数取值为A=1.0×10^-12、m=1.75、n=0.35。研究表明:静力水准测点地表最大沉降位移为-9.8 mm,蠕变计算结果顶板最大垂直位移约20.4 mm,应力最大值约25 MPa,综合分析显示该采空区较稳定。上述研究提供了一种基于采空区现场监测数据的数值模拟蠕变分析方法,可为类似矿山采空区稳定性分析提供借鉴。     

陕北沙漠区浅埋厚煤层开采潜水位及生态响应

煤炭开采造成上覆岩层破裂、移动，破坏了矿区含（隔）水层结构，改变了地表水及地下水循环演化状态，对浅表层生态环境造成严重影响，引发一系列环境地质问题。为深入研究沙漠地区厚煤层开采给潜水位及生态环境造成的影响，以毛乌素沙漠金鸡滩矿为例，对水文地质条件进行了研究，采用数值模拟的方法，模拟了沙漠区厚煤层开采潜水位的变化，并通过采动潜水位监测数据验证了预测结果。调查分析了研究区及周边地表生态环境现状，预测采后潜水位基本满足植物生长需求，对生态环境影响不大。     

基于粒子群优化算法的五自由度机械臂轨迹规划

为了让机械臂的工作时间达到最优,以自主研发的抛光机器人样机为研究对象,针对手表表壳表耳部分的抛光过程,提出PSO算法对五自由度机械臂轨迹规划进行优化,并通过MATLAB软件进行机械臂的仿真与分析。仿真结果表明,基于PSO算法的轨迹规划使机械臂在工作过程中加加速度不会产生突变,运动轨迹精度高,机械臂工作时间达到最优。     

三山岛北部海域金矿大规模海下开采地表岩移预测分析

三山岛北部海域金矿赋存于海平面下,设计生产能力达到12 000t/d,水下开采技术难度大,若矿体开采强度过高、顶柱隔离层保留不足,将可能造成海床沉降变形,引发海水倒灌的风险。根据矿床开采技术条件,在获取有限岩石力学参数条件下,本次采用软件模拟分析了海下矿床上向充填法开采条件下的地表岩移特征。研究结果表明,地表沉降变形最大值分布于矿体上盘区域,随着开采由深部逐渐转入浅部区域,地表沉降变形不断增大,研究建议留设160m顶柱,能够保证海下矿体安全开采。     

深部大采高工作面煤柱留设优化数值模拟研究

为缓解高产高效矿井采掘接续紧张局面，鄂尔多斯地区综采工作面多采用“两进一回”的巷道布置形式，辅运巷在回采结束后用作下一工作面的回风巷，两进风巷之间采用大煤柱护巷。但随着该地区采深600 m以上的深部矿井增多，冲击地压灾害问题逐渐显现，双巷大煤柱留设的弊端也暴露出来。针对此问题，以鄂尔多斯红庆河煤矿3^-1101大采高综采工作面为例，对不同宽度煤柱留设的应力分布规律进行建模研究，提出了合理的煤柱留设宽度，为鄂尔多斯地区类似条件矿井的安全高效开采提供参考依据。     

基于钠基吸附剂的烟气脱碳系统余热利用研究

针对基于钠基固体吸附剂的燃烧后脱碳技术应用于燃煤电厂后综合能耗偏高的问题，本文提出与供热机组结合的碳捕集/供热双机组系统，利用低温热网回水回收系统低品位余热。依据双机组的抽汽混合与否构建了两种系统流程，分析了两种不同方案下的系统性能。研究结果表明，在有效回收脱碳系统碳酸化反应余热后，独立抽汽方案中碳捕集综合能耗从4.05GJ/t CO₂降低至1.26GJ/t CO₂，而混合抽汽方案中碳捕集综合能耗降低至1.13GJ/t CO₂，同时双机组系统的热网供热量较单供热机组分别增加了67.5%和72.8%，经济效益显著。分析了混合抽汽方案的系统中碳捕集综合能耗随相关运行参数变化的规律，发现碳酸化反应温度和热网回水温度因为能够直接影响系统余热利用程度因而更易对碳捕集综合能耗产生影响。     

基于有限元的大流量换向阀仿真分析及结构优化

为了提高大流量换向阀的设计能力,该文采用ANSYS仿真平台对大流量换向阀仿真分析及结构优化。研究结果表明:撞击阶段应力集中区域基本出现在二级阀芯径向进油口部位,此时形成的最大应力等于24.26 MPa,明显比682 MPa的材料屈服极限更低。进液阀套达到了271.83 MPa的最大压应力,但明显低于682 MPa的屈服极限,表明壁厚满足设计标准。进液阀套形最大应力出现在阀套内部,跟瞬态冲击条件下最大应力出现区域存在明显差异。二级阀芯最大应力都出现于阀芯部位,完成结构优化之后,二级阀芯的最大应力发生了显著降低,其余各部位的应力也显著减小,可以满足设计标准。