循环呼吸模式口喉模型内气流运动特性数值模拟

应用计算流体动力学方法对人体在循环呼吸模式下口喉模型内的气流运动特性进行数值模拟,分析了循环呼吸模式下口喉模型内的气流组织形式以及气流运动对呼吸道壁面以及气溶胶运动沉积的影响. 吸气阶段,在咽部外壁和声门下游气管上部外壁气流发生分离,形成分离区. 呼气阶段,分别在咽部外壁和喉部外壁形成高速区. 循环呼吸模式下,咽部、喉部与气管内的高轴向速度区和二次涡流运动均是在呼吸过程中间歇性的产生,形成的高剪应力区也是间歇性的. 壁面受到的剪应力周期性地改变方向,引起壁面劳损和组织损伤的可能性增大,同时在这些部位容易造成气溶胶的沉积.      

人体上呼吸道内气流运动特性的数值模拟分析

运用计算流体动力学(CFD)方法对人体上呼吸道内的气流运动特性进行了数值模拟,通过PIV实验对数值模拟结果进行了验证。研究结果表明:气流在咽部外壁、气管外壁发生分离现象,气流在气管内壁形成局部高速区,支气管内的气流在分叉处发生分离,靠近支气管内壁速度较高,并且在支气管边界层的外缘速度达到最大值。气管和支气管内的二次涡流运动和轴向速度的分布使得气管支气管内壁受到的剪应力较大,内壁粘膜更容易受到损伤。     

流固耦合作用下真实人体上呼吸道呼吸流涡结构演化的数值仿真

通过构建真实人体上呼吸道三维规范模型,运用大涡模拟数值方法,对考虑流固耦合作用的低强度循环呼吸模式下人体上呼吸道内的呼吸流进行了数值仿真,研究分析了人体口喉模型及气管支气管内的气流涡结构及其演化过程。结果表明,循环吸气过程中,气流在口腔中部以及舌苔上部形成多个涡管,在声门部位形成强烈的射流,在气管前壁出现马蹄涡,到气管中部大尺度涡结构逐步消失,支气管中只剩下一系列小尺度涡结构;循环呼气过程中,气流在气管底部产生较为复杂的涡结构,随着气流在气管内的融合,涡强度逐步减弱,在咽喉后壁形成拱状涡,气流进入口腔后,涡结构破裂,涡量扩散,没有较大的涡结构产生。     

颗粒物在人体上呼吸道模型中沉降规律的数值研究

本文采用RNG k-ε湍流模型对简化的上呼吸道内的流场进行数值仿真,并结合随机涡相互作用模型对上呼吸道内颗粒的局部运动沉积特性进行了数值模拟研究.结果表明,惯性冲击是微米级颗粒物主要的沉降机理,惯性参量能很好地衡量颗粒的沉降规律.口腔中流动较平稳,颗粒受扰动较小.颗粒由于惯性冲击而运动靠近咽部后部并易于沉积在咽部后壁面...     

用电化学方法测试动脉模型壁面剪应力

应用电化学方法,对动脉模型Ｔ型分叉部位流场壁面剪应力进行测试研究。测试了对于现有理论分析和数值计算都比较困难的高雷诺数（ＲＥ＝１０００－２０００）流动流场的壁面剪应力,并且对苦干不同雷诺数及不同支管分流情况进行了系列测试。通过实验发现,此部痊同时存在高剪应力区和低剪应力区,确定了它们的位置和剪应力的大上。系列测试还显示：随着雷诺数的变化,无量纲管应力有一定的变化;而当支管分流变化时,无量纲剪应力的     

肺腺泡内流动与可入肺颗粒物沉积特性的数值模拟

研究肺腺泡区的三维流动特性、颗粒物沉积对于理解肺部的物质输运过程及治疗呼吸系统疾病具有重要的意义。本文建立了肺腺泡区的三维对称几何模型,并通过引入动肺泡壁条件反映肺部节律收缩/扩张的动力学机制,在此基础上对非稳态呼吸时肺腺泡区的气流特性以及颗粒物沉积特性进行模拟。结果表明:随着位置逐渐下移至末端,肺泡内的流线形态从循环状向放射状变化,且流线形态在呼与吸的半周期内保持不变,颗粒物的沉积率也随肺泡的位置下移而增加。此外,通过与既有二维固定壁模型对比表明,三维模型以及动肺泡壁条件对肺部颗粒物沉积具有重要影响,不可忽略。本文对三维肺腺泡流场和颗粒物沉积的特性研究,将为肺部物质输运以及相关领域的深入研究提供可靠的理论依据。     

煤粉燃烧的灰渣沉积数值模型研究

对国内外20多年来灰渣模型研究的进展进行综述, 详细的探讨了灰渣形成、灰渣在燃烧场中的运动、灰渣在壁面的碰撞和粘附、灰渣层的成长和强度的变化、通过灰渣层的传热过程以及灰渣层的存在对燃烧工况的影响情况. 文章还指出, 在研究存在强烈相变的灰渣沉积情况时, 现有灰渣模型的假设过于简单. 作为补充, 文中建立了一种颗粒壁上燃烧模型, 给出了主要的计算思路, 用于液态排渣炉内灰渣沉积特性的数值研究.      

颈动脉分支的血流动力学数值模拟

采用有限元法数值模拟颈动脉分支的血流动力学。根据在体测量的实际尺寸来构造颈动脉分支的几何模型，以保持模型的解剖精确度；利用在体测量的颈内动脉和颈外动脉流量波形以及主颈动脉的压力波形来确定数值计算的边界条件，以保持数值计算的生理真实性。关注的重点是颈动脉窦内的局部血流形态、二次流和壁面剪应力。在心脏收缩的减速期和舒张期的某些时刻，颈动脉窦中部外侧壁面附近产生了流动分离，形成了一个低速回流区。该流动分离是瞬态的，导致了壁面剪应力的振荡，其振荡范围在-2～6dyn／cm^2之间。同时，颈动脉窦中部横截面内的二次流存在于整个心动周期，最大的二次流速度为同时刻轴向速度平均值的1／3左右。     

压力相关的壁面滑移在滑动间隙流体动压力产生中的作用

近年来,壁面滑移在纳米流变学、微流体力学、薄模润滑和微机电系统(MEMS)等领域越来越引起关注。以前大部分研究集中于表面初始极限剪应力对薄模润滑的壁面滑移和流体动力学的影响。本文通过一个极限剪切应力比例系数主要研究了与压力相关的壁面滑移滑动间隙流体动压力产生中的作用,发现极限剪切应力比例系数以相反的两种方式影响着流体膜的流体动力学:在高初始剪应力区使流体动力增加,但在低初始剪应力区使流体动力减小,这意味着就极限剪切应力比例系数影响流体动压力而言,存在一个初始极限剪切应力的转换点。但是在界面滑移存在时,较小的极限剪切应力比例系数总是产生较小的摩擦阻力。     

W型火焰锅炉炉内三维速度场数值模拟研究

W型火焰锅炉采用了煤粉浓缩、长火焰及分级送风等技术,有利于燃料的着火、火焰的稳定以及燃料的燃尽,在煤种适应性、低负荷稳燃能力、飞灰燃尽率等方面有很大的技术优势.本文通过数值模拟研究了W型火焰锅炉的三维速度场分布,得到了不同工况下炉内W型气流的流场图.通过比较数值结果和试验结果的流场图,结果表明:数值结果和试验结果基本吻合,W型火焰锅炉内的空气动力场取决于拱顶风与前后墙风的动量比,炉内气流形成两个明显的漩涡,延长了煤粉气流在下炉膛的停留时间,同时也增加了炉内气流充满度,有利于煤粉的完全燃烧.加大喉口风速,漩涡运动更加明显,在炉内形成γ型气流,煤粉气流在下炉膛的停留时间更长,炉内的一、二次风混合更加均匀.     

基于最优加权组合模型及高斯－牛顿法的滑坡变形预测研究

在对最优加权组合理论和高斯－牛顿法优化非线性模型参数的方法研究的基础上,依托于洒勒山滑坡的实际变形监测资料,建立了该滑坡变形预测的3个非线性预测模型：指数模型、Verhulst模型和灰色GM（1,1）模型;利用最优加权组合理论建立了洒勒山滑坡的最优加权组合预测模型,并运用高斯－牛顿法对各单一模型和组合模型的参数进行了优化。通过对比分析得出：组合模型的预测精度高于任何单一模型的预测精度;参数优化后各单一模型的预测精度都有不同程度的提高;参数优化后的组合模型预测精度是最高的。因此,综合运用最优组合理论和高斯－牛顿法处理滑坡预测预报模型,是提高滑坡预测预报精度的行之有效的方法。     

基于GIS与数值模拟的三峡水库库首区诱发地震危险性评价

采用GIS与数值模拟相结合的方法对三峡水库库首区诱发地震危险性进行评价。通过研究水库诱发地震的影响因素,建立模型进行数值模拟。在GIS平台上,综合数值模拟结果与诱发地震监测结果,建立危险性评价数据库。在GIS支持下,采用最大拉应变准则判别拉伸破坏,采用摩尔-库仑准则判别剪切破坏,对单元进行评价。利用诱发地震监测资料,以发生诱发地震单元的第一主应力、第三主应力、位移作为危险单元的标准,对单元进行二次评价。研究结果表明,建立同一GIS平台下的水库区地质环境、监测资料数据库是建立多因素综合评价模型的基础。采用地震评估模型对模拟结果进行评估,结合监测资料对评估成果进行修正,在三峡库首区水库诱发地震危险性评价中具有一定的可信度。     

汶川地震诱发文家沟巨型滑坡 碎屑流基本特征及成因机制初步分析

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2008年5月12日,汶川M80地震在四川省绵竹市清平乡文家沟内诱发一巨型滑坡。通过现场调查得知,滑坡前后缘高差455m,厚度20～30m,滑面为基岩层面,初始方量2750×107m3。滑体在运动中转化为碎屑流。滑坡-碎屑流总的水平运动距离为4022m,垂直运动距离为1443m,遗留的堆积物体积达5×107m3。滑坡距映秀—北川断裂仅36km,位于其下盘,地震烈度达XI度。滑坡导致文家沟中48人遇害,并形成一条完整的地震次生地质灾害链。初步分析表明滑坡启动速度快,滑坡向碎屑流转化过程明显、地点明确。碎屑流运动过程复杂,伴有强烈的“气垫效应”和“前缘气浪冲击效应”。作者认为,文家沟滑坡的高启动速度是长持时强烈地震动作用的结果,与山体的猛烈碰撞是导致滑体解体并转化为碎屑流的原因。     

南京下蜀土结构强度研究

利用常规三轴试验,研究了南京下蜀土结构强度及其影响因素。结果表明,下蜀土存在明显的结构性。当应变小于屈服应变时,土体的结构强度迅速的发挥;当应变大于屈服应变时,土体结构发生破坏,结构强度逐渐降低;最终当各个结构单元重新排列稳定时,土体结构完全被破坏。讨论了围压和含水量对结构强度的影响,结果表明南京下蜀土土体的结构强度和围压无关,和含水量有良好的幂函数关系。结构强度与非饱和土中吸附强度有一定的关系,可以用结构强度代替吸力,从而简化非饱和土抗剪强度公式。
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龙山门断裂带活动特征与工程区域地壳稳定性评价理论

以弱非线性涡黏性模型为出发点,对Delery分离流动实验结果进行分析并获得了非平 衡态分离区涡黏性系数与形状因子J之间的非线性关系. 该非线性关系显示在分离起始阶段, 涡黏性系数较平衡态先减小,后增大;再附阶段,涡黏性系数较平衡态数值逐渐增大,并在 再附点位置接近最大,而后又逐渐减小,恢复到平衡态水平. 总结涡黏性系数的 这种非线性发展数学关系式,并将它应用于BL模型,在不添加微分方程的情况下发展出一种 适用于分离流动的改进代数湍流模型. 对低速平板流动,跨声速,超声速以及高超声速分离 流动的计算结果表明,该改进湍流模型可以较准确地模拟各类复杂分离流动,计算精度明显 优于传统代数模型以及一些两方程模型,而计算工作量仍与BL模型相当. 这表明所提出的 涡黏性系数非线性发展规律是正确的,且应用在二维分离流动中具有一定的普适性.     

灰色理论在旋转机械故障诊断与预报中的应用

利用灰色理论的关联度分析实现了旋转机械故障的精密诊断 ,利用灰色模型( GM)实现了旋转机械的状态预测及故障预报 ,并用 C语言编制了一套完整的旋转机械灰色故障诊断、状态预测与故障预报软件。同时本文对某厂透平机进行了全面的计算机诊断与预报 ,通过现场对该透平机检查发现故障与本软件诊断结果一致 ,进而揭示了利用灰色理论开发旋转机械故障诊断和预报系统的可行性。本软件为旋转机械故障诊断专家系统的开发提供了新的借鉴     

青海省活动断裂带分布发育特征研究

青海省活动断裂带在印度板块的推挤作用下具有各自不同的空间展布和运动学特征,通过对省内24条活动断裂带的研究,得出NNW向断裂带右旋走滑的同时还具有逆时针旋转的运动特性,柴达木盆地西南边缘的茫崖—油沙山断裂的形成可能是阿尔金断裂带左旋走滑的压应力分量和持续板块推挤在青藏高原北部的一种响应,中更新世以来的构造运动决定了现今青海构造地貌的基本形态,现今高原北部的隆升主要集中在柴达木盆地西侧和祁连山地区,挤压应力分布表现为南北强于中部、东部强于西部。     

滑坡预报模型的质量检验研究

 
滑坡预报模型主要用来预报滑坡发生的时间,但是如何检验效果是滑坡预报者和决策者面临的一个重要课题。本文通过提出滑坡拟合效果指标（包括后验差指标、模型拟合效率指数和均方根误差）和试预报效果指标（包括试报效果指标和相关系数指标）,初步建立了滑坡的预报质量检验模型。依据建立的检验模型,针对链子崖危岩体监测资料分别采用灰色GM（1, 1）数学模型、三次指数平滑模型和时间序列模型进行预报。预报结果表明：三种模型中,综合指标GM（1, 1）数值最高,建议该滑坡采用GM（1, 1）进行预报。通过模型的综合分析评判,不仅分析了模拟效果,而且直接比较了模型间的拟合效果,并为建立模拟效果好的模型提供了充分的依据,从而表明滑坡预报质量检验模型是一种有效、实用的方法。


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中俄原油管道（漠河-大庆段）地基土融沉稳定性评价研究

中国 俄罗斯原油管道工程（简称中俄原油管道）规划全长1〖CS％0,0,0,0〗〖CS〗035 km,中国境内段965 km,俄罗斯境内段70 km。中俄原油管道（漠河—大庆段）穿越约500 km多年冻土区,沿途地形起伏,水系和沼泽发育,冻土工程地质条件复杂,影响因素多样。提出以管道地基土的最大融沉变形量为评价准则,以多年冻土的年平均地温和含冰量为评价指标,对多年冻土进行工程分类,并依据分类结果进行评价。依据计算结果以-10℃和-20℃对中俄原油管道沿线多年冻土进行冻土工程分类。具体分为：稳定型、过渡型、高温不稳定型（-10～-20℃）以及极高温极不稳定型（≥-10℃）。分别对应良好、较好、不良以及极差评价结果,并以此为基准选择传统埋设、埋设、埋设+换填、埋设+换填+隔热或架设等管基设计原则。对管道沿线约430 km多年冻土区进行了详细和逐段的评价。评价结果表明评价指标简单、实用,评价结果合理、恰当,可推荐在其它多年冻土区类似管道工程中使用。

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A
2009-11-04
2010-01-26     

中国汶川特大地震损毁城镇恢复重建选址的工程地质评价

在损毁城镇震后恢复重建工作中,场址的合理选择及安全性评估极为重要。选址问题涉及地震断裂、地质灾害、场地稳定及国计民生、经济发展等诸方面的复杂因素,是一个复杂的系统工程问题。考虑问题的基本原则应是,对于震后位于地震断裂带上,且地质环境恶化、存在严重地质灾害隐患的城镇,必须异地迁建;对于虽然损毁较严重,但远离断裂带,且不存在致命的地质灾害隐患的城镇,应按照"科学规划、规范避让、合理调整抗震设防标准"的原则,原址重建。灾后重建过程中,应重视地质灾害的隐蔽性、诱发因素的多重性与长期持续性等,加强地质环境的适宜性评价及地质灾害的风险性评估。本文结合震后的实际调查,对北川、青川两个县城及青川县木鱼镇的重建选址问题进行了探讨,在对场址工程地质和环境地质适宜性评估的基础上,提出了上述典型城镇的重建选址意见。