空间碎片高速撞击的数值模拟方法评述

计算机数值模拟是实现空间碎片撞击效应地面模拟的重要手段之一。撞击速度增加,撞击的物理机制和效应将发生改变,计算机数值模拟方法也应随之丰富和全面。介绍了基于有网格和无网格方法的高速撞击数值模拟发展历程,并针对数值模拟中常用的有限元法和SPH法进行了分析比较,阐述了高速撞击计算机模拟中无网格法的计算优势,并提出量子力学在未来无网格法数值模拟中的可能应用。为空间碎片高速撞击更加真实可靠的数值模拟提供参考。     

嵌入式传感器节点设计及其应用

针对现有物联网应用中传感器节点的设计存在大量重复开发、扩展能力不强等不足,以高性能的STM32微处理器和uC／OS-11嵌入式实时操作系统为核心,采用Zigbee无线通信技术,设计了一种具有高扩展能力的通用嵌入式传感器节点。该传感器节点提供多样化的传感器和外扩功能接口,方便各种传感器的连接和功能的扩展。在uC／OS-11嵌入式实时操作系统的支持下可快速搭建面向物联网研究和应用的专用传感器节点。实际应用测试表明,节点良好地实现了高性能、低功耗、高扩展能力和复用性的设计目标,为加快物联网的开发和应用打下了良好的基础。     

核电厂蒸汽管道中高速运动水团冲击研究

高压蒸汽作用下,核电站管道系统中凝结产生的水团可以对系统中的非连续部位造成强烈的冲击,使之损坏或者丧失功能,从而给核电站的安全运行带来较大威胁。针对高速运动水团对管端弯头的冲击问题,考虑水团在弯头处的高维动力学特性,建立了单个水团的冲击动力学模型,分别运用欧拉方法和四阶龙格-库塔方法对模型进行了数值求解。为了验证模型的有效性,特别是弯头反作用力的计算方法,模拟了不同工况下的高速水团冲击问题,并将模拟结果与文献中的实验结果以及其他模型数值结果进行了对比。对比结果表明,不论是冲击力幅值,还是冲击压力时程曲线,本文模型所得结果都与实验结果高度吻合,并且优于已有模型结果,这也证明了所提出的弯头反作用力计算方法的合理性。另外,当时间步长较小时,数值积分算法对结果没有显著的影响。     

滩涂资源承载力指标及评价方法研究

为寻求滩涂资源经济社会效益与自然环境协调发展的平衡点,在综合分析前人研究成果的基础上,对滩涂资源承载力的量化研究方法进行了初步探讨。围绕滩涂资源承载力的内涵,基于"驱动力!状态!影响!响应"框架模型,结合层次分析法,构建了承载力评价指标体系,确定了指标权重并对各指标进行了标准化处理,进而提出滩涂资源承载力的综合评价方法。     

基于水质水量耦合模型的湟水西宁市段生态流量计算及模拟分析

考虑未来枯水期湟水生态流量、水质将面临不稳定达标风险，提出量化计算与数值模拟相结合的方法确定满足水质水量目标的湟水西宁市段生态流量。基于实测流量、断面、污染源等现状调查及分析，采用不同频率最枯月平均值法、改进年内同频率展布法、生态水力半径法3种方法计算了湟水西宁市段生态流量，并与Tennant法的计算结果进行合理性分析比较。利用MIKE11水动力和水质模块构建了水质水量耦合模型，利用率定后的模型，以COD、NH3-N作为主要污染物指标，通过模拟不同生态流量下泄过程，分析了3种计算方法对应的下泄方案对湟水西宁市段水质的影响，优选出合理的生态流量的下泄方案，得出了满足水质水量需求的湟水西宁市段生态流量，为湟水西宁市段的水生态保护及区域水资源配置方案提供理论支撑。     

TVD格式求解对流扩散方程的最优限制器研究

为探究不同通量限制器应用于TVD(Total Variation Diminishing)格式求解对流扩散方程时的适用性，基于3种典型的TVD格式与10种常用的通量限制器，分别求解了线性对流扩散方程、非线性对流扩散方程、拟线性对流扩散方程。数值结果表明，相比于MUSCL(Monotonic Upstream-centered Scheme for Conservation Laws)和MTVDLF(Modified TVDLF)格式，采用TVDLF(TVD Lax-Friedrichs)格式时，计算结果出现了较为严重的数值耗散；对MUSCL和MTVDLF格式进行具体分析发现，关于阶跃型纯对流问题，Superbee限制器的误差最小，Minmod误差最大。关于高斯型对流扩散问题，Minmod误差最大，Woodward误差最小。而关于阶跃型对流扩散问题及Burgers方程，限制器的类型对实验结果影响并不明显。     

土体特性对埋地管道的影响

针对管—土位移传递系数,对线性土弹簧系数Kx、Ky进行了修正。采用Goodm an单元模拟管—土接触面,不同埋深管道在管—土发生相对移动时接触面上的应力变化结果表明:管道浅埋时,管—土轴向作用刚度系数的非线性特征非常明显,随管道埋深的增加,土体非线性特征减弱;管—土轴向作用系数及横向作用系数随埋深的增加而增大;轴向土弹簧系数的非线性特征比横向土弹簧系数的非线性特征明显。     

反应流模拟的有限体积法的比较

针对自催化反应流模型的计算,推导了基于有限体积方法的统一通量格式以及十种常用格式的具体形式,并通过数值实验比较了其数值特性。结果表明：无论是一阶精度的迎风格式和Lax-Friedrichs格式,二阶精度的二阶向前差分、Lax-Wendroff、Beam-Warming和Fromm格式还是三阶精度的QUICK格式都会引起较严重的数值耗散和数值震荡,严重降低了数值精度,而带有通量限制器的MTVDLF格式可以消除数值耗散和数值震荡,并且带有Superbee限制器的MTVDLF最适合模拟自催化反应流问题。     

曹妃甸海域围填海工程动力地貌环境遥感分析

利用1993—2011年的4景TM及HJ-1A /1B卫星影像,结合2003年水下地形图,以ArcGIS为工具,进行了渤海湾曹妃甸海域近20年来围填海工程造成的岸线变化监测和水动力环境及冲淤演变影响分析.结果表明,前10年围填海规模不大,岸线推进缓慢,围填海范围在2003年的0 m等深线以内,仅局部地区向海推进约1.3 km;后10年岸线显著向海推进,最近5年的围填海区域已经深入到2003年0 m等深线以下,但基本在2003年5 m等深线以内.目前的围填海方案对水动力影响甚微,离岸沙坝内外有冲有淤,但深槽和水道稳定性良好.针对今后10年的围填海规划方案,需要进一步加强包括遥感手段在内的现场监测研究以及渤海湾内多个围填海工程对曹妃甸海域的累积影响研究.     

段塞流对弯管瞬态冲击的三维CFD数值模拟研究EI北大核心CSCD

在核电站和火电站管路系统中,来自上游的高压蒸汽可使管道中的凝结水团(段塞)加速运动,并在弯管、三通、阀门等非连续部位产生剧烈的冲击力,从而对管道造成严重破坏,影响电站的安全运行。针对管道中段塞运动的高维动力学特性,文章运用CFD对单个段塞在含弯头空管中的运动与冲击过程进行了三维数值模拟研究,并将数值模拟结果与文献中的物理试验结果进行了比较。结果表明,CFD模拟的冲击压力时程曲线及压力峰值都与试验结果具有良好的一致性。同时,基于理论分析,提出并详细论述了冲击过程中压力随时间变化的三种趋势,并通过数值模拟验证了其正确性;通过分析段塞长度的时程变化,得到了段塞的质量脱落率曲线;基于数值模拟得到的段塞瞬时冲击速度,验证了简化的冲击压力理论计算方法,发现理论计算值与试验以及数值模拟结果基本吻合。这证明了CFD数值模拟的准确性以及冲击压力简化计算方法的合理性,二者在实际工程应用中具有指导意义。