多相喷涂制作毡体的实验与数值模拟研究

本文提出一种新的喷浆制毡工艺,采用雾化器将纤维浆液雾化后喷洒到模具而形成毡体,该方法具有可操作性强、适用范围广等优点。本文通过建立实验首先验证了该方法的可行性,进而对影响毡体均匀性的关键因素进行了深层次的研究。在进行实验研究的同时,平行开展了数值模拟研究,将雾化后的浆液作为离散相颗粒处理。获得了毡体均匀性与雾化器高度,雾化角之间的相应规律。建立雾化器移动喷浆制毡数值模拟平台,以毡体厚度分布方差为毡体均匀性指标,采用拉格朗日方法计算跟踪离散雾化液滴,探索出不同雾化角雾化器制作均匀性良好毡体的移动规律。     

Multi-Component Migration in the Gas Phase of Soil: Comparison between Results of Experiments and Simulation by Dusty Gas Model

Fick's law has been used to simulate gas systems within soil, although this law can be applied only to binary gas systems and the effect of the Knudsen diffusion is not considered. By contrast, the dusty gas model can be applied to multi-component gas systems with Knudsen diffusion. Blanc's law is a simplified version of the dusty gas model, but it can be used only for gas systems in which the tracer gas is dilute. Although the dusty gas model is superior to other methods for simulating gas systems within soil, it is not generally used because of its complexity. Numerical techniques such as the Eulerian-Lagrangian method for solving the advection-dispersion equation can be used to simulate the migration of chemical substance in the water or gas phases of soil within the range of every Péclet number. We derived the compound diffusion coefficient and compound velocity from the dusty gas model and formulated the advection-diffusion equation with these values by using the characteristic finite element scheme. Results of the model developed here were consistent with the results of column experiments conducted in this study, and the precision of the developed model was verified.     

颗粒流模拟砂土渗流规律的适用性研究

为了详细探讨颗粒流程序在计算多孔介质渗流规律的适用性问题,采用三维颗粒流程序对不同级配砂土的渗流规律进行了数值模拟。结果表明,对于层流状态,在相同的渗透坡降下,球形颗粒渗透系数大于实际砂土的渗透系数,对其原因进行了深入分析;采用棒状颗粒并选取合适的形状系数,可大大缩小数值试样的渗透系数与实测值的差距;数值试样的渗透系数随着平均粒径和孔隙率的增大而增大,与室内渗流试验的结果一致;在用颗粒流进行渗流分析时,对于引起颗粒起动、渗透变形等的水力条件,建议选用渗透流速作为判别标准,而不是施加的渗透坡降。     

基于试验和规范预测冷弯Z型钢组合柱的整体抗压性能

对冷弯型钢组合构件进行压缩试验,以确定比利时工程实践中的常用构件———双Z型钢柱的整体抗压性能。对8组4.45m的长柱进行全尺试验,并记录每个样本6个点处的平面外位移和应变。根据柱高中点处的线应变评估初始缺陷的影响。采用欧洲钢结构规范将所得到的极限性能和预测方法相结合。对预测分析中的假定以及规范中的差异进行了解释与探讨。由于范围受限,构件中的某些性能无法使用欧洲规范进行预测。还可使用北美规范进行冷弯型钢构件设计,其所提供的设计方法略有优势。提出了EN1993-1-3∶2006修正方法,以及基于直接强度法的设计方法。     

应力路径对砂土剪切模量影响的颗粒流模拟

剪切模量是衡量土体变形能力大小的一个重要指标,影响土的剪切模量的因素有很多,如平均有效主应力,孔隙比,超固结比等。本文主要研究不同应力路径对砂土剪切模量的影响。基于颗粒流理论的离散元数值模拟,对于不同的固结方式和应力路径对剪切模量的影响进行了数值模拟,固结方式采用等压固结和K0固结,当平均应力达到150kPa,再沿着六条不同的应力路径进行剪切。研究表明,由固结方式不同造成的偏应力,影响了土的结构,导致K0固结后试样在压缩时配位数较低,孔隙率较大,剪切模量衰减程度较大,但当试样拉伸时,所得的结果刚好相反。当应力路径不同时,沿着均应力为正的应力路径,试样处于压缩阶段,配位数一直处于上升趋势,孔隙率降低,剪切模量衰减程度也随之减小。     

异形盾构全断面刀盘切削土体的流动特性仿真研究

随着城市地下空间的不断发展和隧道工程项目的增多,城市可供使用的地下空间用地正在减少。异形盾构由于其对空间利用的优越性,已经受到越来越多的关注。但异形盾构刀盘全断面切削性能大大受限于非常规的结构形式,为获得对异形盾构刀盘切削性能和土体的流动特性的深入理解,采用离散单元法(DEM)进行数值分析。通过研究不同推进工况下,刀盘切削过程中土体的流动特性,以及异形盾构刀盘切削速度和推进速度对土体流动特性的影响,对异形盾构全断面刀盘切削机理进行探索,并可提供借鉴。     

数学模拟技术对MBR工艺的模拟与优化

采用BioWin软件建立了北京某污水处理厂MBR工艺模拟模型,利用污水厂实际运行数据和实验室对污水中各种有机组分的检测结果校正了模型并调整了模型参数.模型运行结果与出水检测指标的验证结果表明,所建立的模型能较好地反映该污水厂的实际运行状况.针对出水中氮、磷达不到GB 18918-2002一级A标准的问题,利用BioWin软件从调整运行参数、改变工艺流程及改造池体尺寸3个方面对现有工艺进行了模拟优化,提出了对现有工艺的改造方案.     

煤气引射器的实验及数值模拟研究

对煤气引射器进行实验研究,同时采用CFD软件对其进行了数值模拟.结果显示喉嘴距与面积比是影响引射器性能的两个主要参数.在流动参数一定时,引射器的喉嘴距与面积比都有一个最佳值.将实验和数值模拟结果进行对比,两者符合得很好,说明采用CFD方法进行低压引射器设计及分析是可行的.     

地下水流与水质联合数值模拟应用研究

随着社会的不断发展,工业、农业和人类生活中的废弃物很多,特别是城市工业废水的大量排放,农药化肥的广泛应用,致使许多地区的地下水受到不同程度的污染。基于水动力弥散的水质模型,采用多单元均衡法（MEB）,利用VC++语言编写地下水流与水质数值模拟联合通用程序,实现程序可视化。结合实际算例,利用该程序对地下水流与水质的输运机理进行数值模拟研究,发现该程序人机对话良好,可操控性高;为地下水资源的合理开发、保护和利用进行数值模拟提供了依据。     

CRISPR/Cas9基因组编辑技术的研究进展及其应用

随着测序技术的不断进步,获得了越来越多物种的全基因组序列。面对这些海量的基因组数据,基因定点编辑技术是高效捕获目标基因、迅速获得基因功能和应用信息的重要研究手段。CRISPR/Cas9是目前最有效的一种基因定点编辑技术。CRISPR/Cas9系统(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated)是广泛存在于细菌及古生菌中的,由细菌体长期进化而形成,能够降解入侵病毒或噬菌体DNA的适应性免疫系统。因此,对CRISPR/Cas9系统的发展、应用,以其在相关研究中的应用前景进行阐述显得尤为必要。     

导管法水下混凝土灌注厚度的颗粒流模拟

依托北京地铁8号线永定门外站深基坑工程,介绍了导管法水下混凝土灌注工艺在深基坑封底工程中的应用。基于颗粒流理论和细观力学理论,将土体微细观结构与宏观行为联系起来,采用PFC数值软件建立了水下混凝土灌注模型,实现了砂卵石地层单导管、多导管水下混凝土灌注过程的可视化,得到各时段的灌注情况及最终封底结果。对比同位置实测厚度曲线,得到最大误差0.3 m,验证了模型的合理性。分析了影响深基坑水下混凝土灌注厚度的敏感性因素(导管布置形式、地下水位高度)。结果表明:基于颗粒流理论的PFC数值仿真技术适用于模拟导管法水下混凝土灌注过程; 导管布置稀疏,颗粒无法相互作用,容易出现“堆积”和“凹陷”现象,平均灌注厚度不足3 m; 参考单导管水下混凝土3 m的扩散半径,适当加密导管,可保证封底厚度; 地下水位越高,厚度起伏越大,水位越低,灌注厚度越均匀; 工程允许范围内,适当加密导管可保证混凝土封底厚度; 采取降水措施降低地下水位,可保证封底平整度。     

FLAC数值模拟在土钉支护体系中的实践应用

本文运用FLAC模拟边坡无支护开挖过程与土钉支护开挖过程,形象动态地展示了边坡开挖全过程,并从力学角度分析了土钉支护体系对土体加固的有效性,模拟计算了土钉轴力的分布和土体各部分的塑性状态,这与现有试验结果相似。     

软土地基填海机场堆载预压沉降预测分析方法

软土地基填海机场的沉降预测是机场建设所需重点关注的问题。基于厦门某在建机场,通过研究对比实测沉降曲线拟合法、有限元分析法和一维固结理论解析法三种计算软土地基堆载预压期的沉降量及平均固结度,并对目前机场地基固结度进行评价。结果表明：三种预测方法计算得到的沉降量及固结度差异不大,均能够很好预测机场地基堆载预压效果;三种方法的计算结果与实测沉降曲线较为一致,其结果可以相互比较,以用于研究软土地区沉降发展规律;机场在建区域在最后一级堆载预压荷载作用下的平均固结度超过90%,主固结沉降已基本完成。     

地下水数值模拟及地下水漏斗可视化研究实例

根据济宁市漏斗区的地质及水文地质条件,利用地下水数值模拟软件VisuaI MODFLOW建立了研究区地下水流模拟模型,并依据数值模拟的计算结果,利用可视化语言IDL对研究区地下水流场进行了可视化显示和分析。结果表明:将地下水流场的可视化与地下水数值模拟相结合,能够提高地下水数值模拟的可视化水平,得到更直观、更深层次的地下水流场信息,为地下水资源开采决策提供必要的地下水动力场信息。     

室内地板辐射采暖与散热器采暖流场的数值模拟

合理的采暖方式不仅使人体舒适,而且有利于有效利用能源。以兰州地区某公共建筑作为研究对象,通过流场模拟软件Fluent airpak,建立房间的数学模型与物理模型,对室内的温度场、速度场及热舒适性进行分析。得出了室内温度分布云图、速度云图、PMV分布图。对比分析了2种采暖方式的差别,低温地板辐射采暖相较于散热器采暖,在温度、风速、热舒适等方面具有极大的优势,而且低温地板辐射采暖可以利用低品位能源作为热源,节约能源,具有很大的推广意义。     

土体温度场物理模拟用土的制备方法研究

为提高冻土模型试验对现场实际的反映程度,基于模型与原型之间的相似关系,提出了一种制备热学参数满足相似原理的模型土方法。首先,根据傅里叶方程、第三边界条件和相似理论推导出了土体冻结过程中热学参数相似准则,并依照Johansen的导热系数广义几何平均计算方法列出了模型土应满足的3个方程。在此基础上,选用高密度聚乙烯、标准砂、活性炭粉制备模型土并模拟了天津地区某粉质黏土冻结过程温度变化。根据高密度聚乙烯、标准砂、活性炭粉和天津地区粉质黏土的导热系数、比热和密度实测值,结合模型土的三个配比方程确定了模型土的相态组成。分别将配制好的模型土以及粉质黏土用于模型试验和原型试验,并将实测温度值进行了对比,验证了模型土配置方法的有效性。 该研究对于冻土温度场的跨尺度预测具有借鉴意义。     

静动力排水固结法地基处理数值模拟

结合广州南沙泰山石化成品油库区淤泥软基处理实践,运用有限元分析法对工程进行了数值模拟和预测,分析施工过程中地基位移的变化规律,实测期内模拟与实测资料较为接近,该数值分析对工程实践有一定指导意义。     

复合流沉淀技术的性能评价及机理分析

为评价复合流沉淀技术的处理性能,并分析其高效去除悬浮物的机理,进行了复合流斜板沉淀器处理工业锅炉脱硫除尘废水试验,并和杯罐混凝沉淀试验的处理效果进行了比较。研究表明:复合流斜板沉淀器具有更强的处理能力。当除浊率相同时,复合流斜板沉淀器的净表面负荷比杯罐混凝沉淀试验中反应器的净表面负荷高10.08～16.56m3/(m2.h)。复合流斜板沉淀器的同向流沉淀区出口端和异向流沉淀区进口端外侧的混流区及异向流沉淀区进口段中的絮凝作用,是提高除浊率的主要原因。     

泥石流沟岸耦合三维数值仿真

泥石流具有强烈的破坏作用,泥石流与沟岸耦合作用导致岸坡破坏是山区沿河公路发生泥石流毁损的根本原因.在天山公路泥石流K630模型试验的基础上,基于流固耦合基本理论,采用三维数值仿真的方法,利用k-ε模型对泥石流沟岸耦合机理进行了仿真,得到了流体域与固体域的耦合云图与矢量场.通过对流体压力梯度场和应力场、速度场的分析,得到了泥石流沟岸耦合三维链式冲击作用规律.通过实体模型试验分析显示,三维数值仿真与试验实测规律吻合较好.     

洁净室流场数值模拟的研究进展

对洁净室的应用和发展进行了回顾，分析了洁净室的流场，介绍了数值模拟方面常用的几种模型及国内外在洁净室模拟方面取得的成果，列举了常用的CFD软件，分析了国内研究所存在的问题。