局部应力计算方法的对比研究(下)

在压力容器设计中经常需要考虑管道通过接管而施加于设备上的力和力矩,这些外力和外力矩会在容器与接管连接的局部区域产生高应力,从而有可能使得该区域的强度不够而使容器失效。长期以来,工程中计算局部应力最常用的方法为WRC107和WRC297公报中提供的方法。当超出这两个方法的范围时,一般会采用有限元分析的方法。在2002年颁布的欧盟压力容器设计标准EN13445中,提供了另一种局部应力计算方法。在这些方法重叠的适用范围内,设计人员可以自行确定选用哪一个方法。通过对这四种方法计算结果的对比,分析这些方法在工程应用中的安全性和经济性,以给设计人员在方法选择时提供参考。通过对大量算例的结果比较,可以确定,EN方法的结果作为壳体强度评定的依据是足够安全的,但不能作为接管强度评定的依据;WRC297方法的应力计算结果一般总是偏于保守;而WRC107方法的结果,一方面没有给出接管的应力,另一方面,在大部分情况下,计算得到的壳体应力往往偏小。从理论上讲,用有限元方法可以得到最可靠的应力分析结果,但该方法相对其他方法而言,总是更费时费力。因此,通过分析,对给定的壳体与接管连接结构及载荷工况下如何合理选择另外三种方法中的一种给出了一些推荐意见,从而使得在保证安全的前提下,可以降低综合设计成本。     

往复流作用下悬移质泥沙运动规律的数值研究

本文从水沙两相紊流的双流体数学模型出发,采用直接数值计算的方法,研究了海床面附近边界层内往复流对悬移质泥沙运动的影响。研究方法的有效性通过典型问题的流速分布、紊动能量分布以及泥沙浓度分布的计算结果和实验观测结果的比较得到了良好的验证。本研究还探讨了往复流条件下各类相间作用力的时空变化规律及其对悬移质泥沙运动的影响。     

基于分子动力学模拟的改进混合蛙跳算法

针对基本的混合蛙跳算法(Shuffled frog leaping algorithm,SFLA)后期搜索速度变慢,容易陷入局部最优解的缺点,借鉴分子动力学(Molecular dynamics,MD)模拟的思想,提出一种基于分子动力学模拟的改进的混合蛙跳算法。该算法将种群中的粒子等效成分子,并提出一种新的分子间作用力计算方法来代替两体间经典的Lennard-Jones作用力计算方法,利用Velocity-Verlet算法和高斯变异算子代替基本混合蛙跳算法的更新策略,有效地平衡了种群的多样性和搜索的高效性。高维多峰函数测试的结果表明,基于分子动力学模拟的改进混合蛙跳算法能提高算法后期跳出局部极值的能力,全局寻优能力明显优于基本的混合蛙跳算法。     

无机颗粒与腐殖酸复合共存时的超滤膜污染行为研究

选用不同尺寸的二氧化硅及高岭土代表无机膜污染物,腐殖酸(HA)代表有机物膜污染物,分别进行单种污染物及无机-有机污染物共混时的膜污染试验,结合膜-污染物及污染物-污染物间的微观作用力测定,评价无机颗粒与有机物复合共存时对膜污染的机制.结果表明,HA对膜污染幅度明显大于任一种无机颗粒所引起的膜污染幅度,主要是因为无机颗粒之间有较强的相互作用力致使形成较大尺寸的团聚体,不易进入膜孔.与HA污染膜相比,大尺寸的无机颗粒与HA共存时,膜污染减缓,而纳米级二氧化硅与HA共存时,膜污染加剧.此外,不同运行阶段有机-无机共存体系的污染行为并不相同.     

肌原纤维蛋白热诱导凝胶特性及化学作用力研究进展

肌原纤维蛋白是肉类食品中的主要蛋白质。在肉制品加工过程中,由于加热而形成的肌原纤维蛋白凝胶结构,决定着糜类肉制品的感官性质(如弹性、多汁性、黏性等)。蛋白质凝胶的形成是蛋白分子之间二硫键、氢键、疏水相互作用和静电相互作用的结果,而蛋白质的凝胶特性正是由这些作用力决定的。该文从肌原纤维蛋白热诱导凝胶形成机制、凝胶特性和凝胶化学作用力三方面总结了国内外肌原纤维蛋白凝胶特性(质构、保水、流变)和凝胶化学作用力研究现状,进而探讨了肌原纤维蛋白凝胶形成的深层次原因(作用力),为肉类凝胶制品的应用提供了理论依据。     

液固流态化动态过程中相间作用力的数值模拟及实验验证

选择恰当的相间作用力模型是液固流态化动态特性CFD建模的关键。首先采用Richardson-Zaki关联式验证了稳态操作条件下整体固含率的实验结果,然后在基于颗粒动理学理论的欧拉-欧拉双流体模型中比较了Wen-Yu、Gidaspow、Syamlal-O’Brien、Dallavalle和TGS 5个曳力计算公式对液固流化床收缩和膨胀特性的数值模拟结果,进而探讨了Moraga等提出的升力模型影响行为及主要相间作用力影响机制。与实验测量数据比较结果表明:收缩过程中Syamlal-O’Brien和TGS曳力模型对响应时间预测较为准确,TGS曳力模型对整体固含率的预测精度较高;膨胀过程中TGS曳力模型对响应时间和整体固含率的预测优于其他模型。整体而言,基于静止颗粒群绕流直接模拟得到的TGS曳力模型忽略了颗粒-颗粒相互作用,与液固散式体系中颗粒动力学特性相符合。升力模型对动态特性模拟结果影响较小,CFD模拟时根据选择体系可予以适当忽略。     

热烫拉伸融化过程对Mozzarella干酪品质、分子间作用力及微观结构的影响

Mozzarella干酪是目前我国进口量、消费量及大众接受度最高的干酪之一,因其在加热后能够融化拉丝,故在餐饮业中用途极为广泛。本实验通过测定并分析Mozzarella干酪在不同加工处理过程(新鲜凝块、热烫、热烫后拉伸、加热融化、融化后拉丝)中干酪的基本组分、质构、功能特性、分子间作用力、玻璃化转变温度(Tg)及微观结构的变化,研究热烫拉伸及加热融化过程对干酪品质特性的影响,并试图阐明干酪品质特性变化与分子间作用力变化的关系。结果表明,同未处理干酪凝块相比,热烫拉伸过程会造成脂肪损失30.1%,水分质量分数增加15.3%。热烫拉伸后干酪融化性下降,Mozzarella干酪样品同干酪凝块相比,融化性下降0.34 cm,拉丝长度无显著变化。热烫拉伸后,干酪Tg上升1℃,说明拉伸热处理导致干酪蛋白分子间作用力增加,蛋白分子运动性下降。蛋白疏水作用力及干酪蛋白溶解度测定结果表明疏水作用力无明显变化,分子间氢键作用力减少。扫描电子显微镜观察结果表明经热烫拉伸处理后干酪三维网络结构更加致密,同Tg变化及干酪溶解度测定结果一致。     

多相分散体系中微油滴与改性二氧化硅表面间作用力的AFM研究

多相分散体系广泛存在于石油、化工、新能源等众多领域，研究其微观力学作用机理具有重要意义，但对微米级液滴与表面间作用力的直接测量仍存在挑战。利用原子力显微镜液滴探针方法测量了水溶液中微米级油滴与羟基化和氨基化改性二氧化硅表面间的微观作用力。结果表明，在高盐浓度、酸性环境下由于双电层斥力被削弱，油滴更容易在范德华引力下与表面聚结；相较于羟基化二氧化硅表面，油滴与氨基化二氧化硅表面更容易聚结；阴离子表面活性剂十二烷基硫酸钠对油滴与表面的阻聚效果优于阳离子型表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵；聚合物Pluronic F68产生的空间位阻效应有助于油滴与表面间的稳定。研究成果有助于进一步揭示油滴与表面间的相互作用机理。     

内孤立波对海洋工程结构物作用的时空演变研究

针对内孤立波在传播过程中导致海面海水剧烈辐聚和突发性强流，会对海上油气平台、输油管道等海洋结构物造成严重威胁的问题，本文基于高质量的实测数据，通过内波动力模态分解以及Morison方程，研究了内孤立波对小直径圆形桩柱的作用力，包括总作用力、作用力随时间的变化、作用力沿水深的分布以及作用力分量的大小。研究结果表明，桩柱所受的总作用力以第1模态为主导；波谷达到时，对桩柱的作用力会达到最大值，并且作用力的大小都呈现出为先增大后减小的变化趋势；上、下2层流体的拖曳力方向相反，惯性力的方向也是相反的，而在同一层流体中，拖曳力和惯性力的方向也是相反的；在内孤立波经过时，Morison方程计算得到的惯性力没有明显的变化趋势，惯性力相比于拖曳力，惯性力量值小，对总作用力的影响也很小，基本可以忽略不计。本文的研究内容为海洋油气钻井平台的设计提供了参考。