非饱和土中温度引起水分迁移的光滑粒子法数值模拟EI北大核心CSCD

基于光滑粒子法(Smoothed particle hydrodynamics,SPH)的基本原理,尝试着对给出的非饱和土中水热耦合问题进行数值模拟。首先,采用基于SPH算法自行编制的程序对抛物型偏微分方程进行求解,并与解析解做出对比。计算结果表明,SPH算法用来数值模拟抛物型偏微分方程是可行的及有效的,这就为进一步采用SPH算法计算非饱和土在温度作用下的水分迁移问题提供了理论依据。然后,对非饱和土介质中热能传输以及水分迁移的规律进行了数值计算,其中重点计算了不同热扩散系数、温度诱致的水分扩散系数、等温条件下的水分扩散系数和热源条件下的体积含水率和温度分布的特点,并对其演化过程和机理进行分析,从而将SPH算法的应用范围作了扩展。     

水分迁移引起的混凝土收缩与控制

因水分迁移引起的收缩如果过大会引起混凝土开裂,从而影响混凝土的耐久性.通过分析混凝土中水分迁移可能引起的混凝土变形类型与内在影响因素以及引起开裂的条件,讨论了内养护和减缩剂用于混凝土成型后收缩控制的效果以及存在的问题,并提出了水分迁移引起的混凝土收缩、裂缝的研究及控制应注意的问题.     

真空冷却过程中水分迁移的数学模型

从真空冷却的基本理论和基本定义出发,分析了真空冷却过程中产品内部的水分迁移过程,建立了真空条件下水分迁移的数学模型.通过数值模拟得到了产品内部、产品表面水分含量随时间的变化曲线及产品的质量损失随时间的变化曲线.利用文献中的试验数据对模拟结果进行了验证,模拟结果与文献中的试验结果基本一致.这表明数学模型可以用来预测真空冷却过程中产品的水分含量和质量损失,具有一定的理论意义.     

真空冷却过程中水分蒸发沸腾的数值模拟（Ⅱ）：模型的验证

利用圆柱型的熟肉为实验材料,通过实验验证了真空冷却过程中水分迁移的数学模型。结果发现：产品在70min内从70℃被冷却到5℃。当真空冷却结束时,产品中心和表面的实验温度分别是7．01。c和3．98℃,对应的产品的中心和表面的模拟温度分别是6．97℃和3．78℃。真空冷却实验过程中,产品的平均水分含量从72．60％降到61．03％。模拟过程中,产品的平均水分含量从71．00％降低到62．37％。模拟结果显示真空冷却的质量损失为8．63％,然而实验过程中真空冷却的质量损失为11．57％,其偏差在3％左右。模拟结果与实验结果基本一致,建立的数学模型能够正确地预测真空冷却过程中温度、压力和水分含量的变化过程。     

真空冷却过程中水分蒸发沸腾的数值模拟（Ⅰ）：模型的建立

真空冷却过程是复杂的相变传热传质过程。在真空冷却期间,当真空室内的真空压力低于或者等于熟肉温度对应的饱和压力时,熟肉内部的水分将会沸腾蒸发以产生冷却效应。在能量和质量守恒的基础上,经过适当的简化,建立了真空冷却过程中水分迁移的数学模型。此模型能够预测真空冷却过程中熟肉内部的温度、压力和水分含量分布。     

非饱和土中多相流动的试验研究和数值模拟

针对多孔介质中水、气和非水相流体的多相流动特点,建立了描述非水相流体污染物迁移问题的数学模型。采用离心模型试验和数值分析的方法模拟了土壤非饱和区中的多相流动过程,得到了污染物的时空分布特征和污染范围。模型试验和数值分析结果表明,轻非水相流体在地表泄漏后,会在重力作用下进入非饱和土体并向下迁移,部分滞留于土体孔隙中;到达地下水位时会浮在水面上并且继续侧向运移;水文地质条件对非饱和土中多相流动特征有重要的影响。     

PET膜中26种化学元素向酸性食品模拟物的迁移

目的 研究4种印刷不同油墨的PET薄膜在酸性条件下26种化学元素的迁移行为。方法 采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）,测定铅、镉、铬等26种化学元素在PET薄膜中的初始含量;采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定这26种化学元素向食品模拟物（体积分数为3%的乙酸）的迁移量。结果 铅、镉、铬等26种元素的迁移量随着温度和时间的增加而增大,并且均能达到各自的迁移平衡。ICP-OES方法的加标回收率为80.2%~109.7%,其相对标准偏差（RSD）为0.3%~12.9%;ICP-MS方法的加标回收率为83.1%~118.6%,其相对标准偏差为0.7%~14.8%。结论 26种化学元素向体积分数为3%乙酸的最大迁移量均低于标准限量值。     

P&T-GC-MS 法对食品接触硅胶奶嘴中 VMSs 的模拟迁移研究

目的建立婴幼儿食品接触喂食奶嘴中9种挥发性甲基硅氧烷(VMS)在食品模拟物中迁移量的测定方法。方法采用蒸馏水、体积分数为3%的乙酸和体积分数为50%的乙醇作为食品模拟物,利用吹扫捕集-气相色谱质谱法(PT-GC-MS)测定喂食奶嘴在40℃浸泡24 h后9种VMS单体的迁移量。结果方法学评价结果表明,该方法灵敏度高、回收率高、选择性好,能满足实际工作的要求。迁移实验结果表明,9种VMSs均被检出,3个品牌的硅胶奶嘴中的VMSs总迁移量在乙醇(50%)中最高,为2.62~11.58μg/m L。结论硅胶喂食奶嘴在使用过程中可能存在一定的VMSs迁移和食入风险,尤其在高脂类食物中风险更高。     

钻爆法施工中单孔爆破的精细化数值模拟

针对钻爆法施工中常见的炮孔装药结构和围岩条件,建立相应的数值模型,对单孔爆破进行流固耦合的精细化数值模拟。以轴向不耦合系数K_L=1.64的炮孔为例,设其粉碎区和破裂区的形成时间约为100μs和500μs,半径分别为炮孔半径的3.9倍和35倍。当炮孔有效半径(近似粉碎区与破裂区交界处)上径向压力时程的峰值达到296 MPa时,沿着径向呈指数型衰减,其衰减系数α约为-0.87。进一步地,对其余4种不同轴向不耦合系数的炮孔,也展开类似的精细化数值模拟。认为有效半径R_(eq)上的径向压力峰值p_(eq)随不耦合系数K_L的增大呈指数型衰减,并提出了相应的半理论半经验公式。研究结果为进一步确定等效爆破荷载提供了重要依据。     

钻爆法施工中单孔爆破的精细化数值模拟

针对钻爆法施工中常见的炮孔装药结构和围岩条件,建立相应的数值模型,对单孔爆破进行流固耦合的精细化数值模拟。以轴向不耦合系数K_L=1.64的炮孔为例,设其粉碎区和破裂区的形成时间约为100μs和500μs,半径分别为炮孔半径的3.9倍和35倍。当炮孔有效半径(近似粉碎区与破裂区交界处)上径向压力时程的峰值达到296 MPa时,沿着径向呈指数型衰减,其衰减系数α约为-0.87。进一步地,对其余4种不同轴向不耦合系数的炮孔,也展开类似的精细化数值模拟。认为有效半径R_(eq)上的径向压力峰值p_(eq)随不耦合系数K_L的增大呈指数型衰减,并提出了相应的半理论半经验公式。研究结果为进一步确定等效爆破荷载提供了重要依据。     

A PARALLEL COMPUTING SOLUTION OF HEAT AND MOISTURE TRANSFER IN UNSATURATED SOIL

New parallel software for the analysis of coupled heat and moisture transfer in unsaturated soil is developed. The model, written in a two-dimensional polar co-ordinate formulation, is based on a finite difference self-implicit method. The code is programmed in FORTRAN with message passing libraries PARMACS and executed on a ‘Paramid’ parallel supercomputer. The validity of the parallel code by comparison of simulation results with experimentally measured values obtained from a laboratory heating experiment is examined. An assessment of the algorithm's performance on a large network of processors is also explored. It was found that the simulation results compared very well with the experimental measurements. The efficiency of the parallel code was also revealed leading to the conclusion that the algorithm was highly efficient in nature. The new parallel code was also found to be more efficient when dealing with larger problems requiring more finite difference nodal points, on a larger network of processors.     

高强度钢板热成形温度场数值模拟分析

高强度钢板热成形过程中,板料和模具于接触表面具有强烈的热传导现象。温度的不断变化将直接影响热成形钢板的最终成形性能和水冷模具的寿命。基于此,该文建立了板料与水冷模具间相互耦合的接触表面热传导模型,并运用传热学和一般壳体温度场有限元分析理论,构建了计算热成形过程板料和模具接触的温度分布场。通过U形件热成形数值模拟与实验结果的一致性对比,验证了建立的热传导模型的有效性。     

柱状药包岩石中爆炸的数值模拟

利用ANSYS/LS-DYNA3D对柱状药包在半无限岩石介质中爆炸情况进行了数值模拟,对柱状药包的爆炸在岩石内产生的应力变化进行了分析。给出了岩石弹性区内一点的应力变化时程曲线;并借助球形装药的经验公式对柱状装药的情况进行了分析比较,结果表明,应力波的峰值基本一致。该时程曲线可以用于多孔爆破计算。     

对流边界条件下竖板降膜除湿过程中传热传质的数值模拟

针对竖板降膜(层流)溶液除湿空调系统,建立了溶液降膜过程传热传质的数学模型,给出了对流换热边界条件下过程的数值解.模拟了三种不同冷却条件下的降膜除湿过程.结果表明,当对流换热系数较小时,与绝热边界有相似的发展趋势;而当对流换热系数较大时,则接近于等温条件下的规律.同时,模拟结果还给出了不同的无量纲吸收热λv和刘易斯Le对降膜内Nusselt数和Sherwood数的影响,表明无量纲吸收热的改变不影响Nu数和Sh数在流动方向上的最终渐近值.     

土体冻融过程中水、热、力三场耦合本构问题及数值分析

根据传热学、渗流理论及冻土力学提出了带相变的温度场、水分场和应力场耦合问题的数学力学模型及其控制方程。利用自行开发的程序进行数值模拟,加入我们推出的本构关系和所建立的数学力学模型,通过对冻土路基水分场、温度场、应力场三场的数值计算结果分析,得到了准确、详尽的符合实际的温度场与应力场、位移场、应变场耦合的计算结果。     

地热对井系统裂隙岩体三维渗流传热耦合的等效模拟方法

研究地热对井系统中的裂隙岩体渗流传热问题对于开采深层地热能和发展可再生清洁能源利用技术具有重要价值。基于渗流传热耦合理论和离散裂隙网络模型,提出了裂隙岩体三维热流耦合的等效模拟方法：考虑由岩块基质及复杂离散裂隙网络组成的双重介质,采用无厚度单元模拟裂隙、线单元模拟对井,通过裂隙、对井和岩块三者之间的流量和热量交换实现渗流和传热过程耦合分析。通过与解析方法和精细模拟方法相比较,验证了等效模拟方法的有效性;并将其应用于含大规模裂隙岩体地热对井系统热采过程的数值模拟,获取了储层内温度场的分布规律,评价了裂隙开度对储层平均温度和整体开采率的影响。结果表明：该文方法能够对裂隙及井筒中的渗流传热行为进行细致模拟,在保证精度的前提下,可大幅减小计算量和计算时长;裂隙网络的非均匀及各向异性分布导致岩体温度场分布呈现高度不均匀性,反映了热流耦合的早期热突破和长尾效应等特点;裂隙内水的对流传热作用明显,冷锋面沿储层内的主要贯通裂隙网络移动,裂隙开度是影响岩体温度场分布的重要因素。     

微通道人工空穴汽泡核化跃离的lattice Boltzmann模拟

研究微纳尺度的汽泡动力学行为是微纳流动与传热的基础前沿。基于作者提出的能描述相变之热质传递的lattice Boltzmann 大密度比多相流复合模型,该文数值研究了单微通道中汽泡在人工空穴上核化跃离的物理过程,量化分析了汽泡核化、跃离和运动对微通道内液相流动和传热的影响,可为理论探索人工空穴强化微通道传热提供有意义的参考。