高电荷态类锂等电子序列(Z=31~40)1s22p态能级结构的理论计算

利用多组态Dirac-Fock方法,本文研究了高电荷态类锂等电子序列（Z=31~40）离子1s22p激发态的精细结构. 考虑高关联轨道的电子关联影响以及Breit相互作用、量子电动力学效应和原子核运动效应等高阶修正,计算了2P1/2和2P3/2精细能级的本征能量,能级劈裂结果与已有理论计算一致. 结果表明,类锂离子1s22p态精细结构劈裂满足高电荷态的等电子序列标度规律（~ Z4）;发现离子空间尺寸随着原子序数增加收缩,相对论轨道1s1/2和2p3/2的径向电荷密度分布趋向于原子核.     

基于巴西盘试验的海冰拉伸强度研究

海冰拉伸强度是其基本力学性能之一, 同时也是冰区船舶与海洋工程结构设计所需的重要参数. 对于脆性材料的拉伸强度测试, 巴西盘劈裂试验相比单轴拉伸试验在试样制备与加载上具有明显的优势. 为研究海冰的拉伸强度特征, 对渤海辽东湾沿岸的粒状冰开展了系统的巴西盘劈裂试验研究. 在加载过程中与试样破坏后, 分别对加载横梁的位移与加载力以及试样最终破坏模式进行了记录. 同时, 对试样的冰晶结构、盐度、温度以及密度进行了测量. 通过改变加载速率、试样厚度与试样温度以研究不同参数对试验结果的影响. 针对传统试验中试样的刚体假设, 考虑了试样变形对应力状态的影响并将其引入了理论模型. 试验过程中所有海冰试样均以劈裂模式破坏. 试验结果表明, 加载速率与试样厚度对拉伸强度的影响并不显著, 但孔隙率的影响较为明显. 当孔隙率由75‰降低至10‰时,拉伸强度由1.0 MPa升高至2.8 MPa. 与单轴拉伸试验所测得数据对比, 巴西盘劈裂试验所得到的拉伸强度随孔隙率的变化趋势相一致. 但该方法所得到的粒状冰拉伸强度要高于预期结果. 试验表明巴西盘劈裂试验中海冰试样的破坏模式与试验结果均较为合理, 可成为海冰拉伸强度的有效测试方法.      

基于等温吸附的页岩水分传输特征研究

研究页岩的水分传输特征至关重要,不仅有助于认识页岩的物理化学性质,而且也有助于评价页岩气的吸附扩散和流动能力.本文设计了页岩的水分传输实验装置,采用美国伍德福德和中国南方龙马溪组页岩为研究对象,开展了不同温度、不同湿度下页岩的水分传输实验,研究了页岩的水分传输特征和影响因素.结果表明,页岩的水分吸附属于II型曲线,包含着单分子层吸附、多分子层吸附和毛细凝聚的过程,GAB模型可用于描述页岩的水分吸附过程;水分吸附随着相对压力的增大而增强,有机碳含量和温度对页岩水分吸附起着增强作用,而方解石会抑制页岩的水分吸附;随着相对压力的增大,页岩的水分扩散系数呈现先增大后减小随后增加的趋势,其系数大约在8.73$\times$10$^{ - 9}\sim $5.95$\times $10$^{ - 8 }$m$^{2}$/s之间;伍德福德页岩的等量吸附热均大于龙马溪页岩的等量吸附热,这与其页岩的成熟度有关.研究结果为认识页岩的物理化学性质和力学性能以及评价页岩气的吸附流动能力提供参考依据.      

基于巴西劈裂试验的岩石声发射特性及断口特征分析

为综合研究岩石在拉伸状态下的破裂机理,对花岗岩、灰岩、砂岩、大理岩4种岩石进行巴西劈裂试验,采用PCI-2声发射仪采集试样破裂全过程的声发射信号,利用扫描电镜研究试样断口的微观结构,并探讨了岩石破裂声发射信号与断口微观特征之间的关系.试验结果表明:岩石破裂声发射信号的特征与断口微观特征可联合表征岩石在劈裂荷载下的破坏机...     

绕丝交混模型对钠冷快堆组件子通道分析的影响

钠冷快堆燃料棒表面缠绕的绕丝能够强化通道间的冷却剂横向流动，降低组件盒内温度分布的不均匀性，提升反应堆安全性。现有的子通道程序通过采用不同类型的绕丝交混模型，模拟了绕丝对组件盒内各类参数计算结果的影响。为了研究不同绕丝交混模型对钠冷快堆组件盒内流动与传热模拟的影响，基于Mikityuk对流传热模型以及Cheng-Todreas流动压降模型，分别采用强迫横流模型以及带绕丝湍流交混模型建立了子通道分析方法，并与美国ORNL开展的FFM-2A实验数据以及其他子通道程序针对该实验的分析结果进行了对比验证。结果表明在低流量条件下两种模型均能较好模拟带绕丝组件的流动与传热情况；在高流量条件下使用强迫横流模型分析结果与实验符合较好，使用带绕丝湍流交混模型的分析结果高估了靠近中心通道的出口冷却剂温度。     

海底矿石颗粒水力采集运动特性研究

近年来，深海采矿技术及装备的研发引起了众多学者的重视。因对水力采集方式中矿石颗粒附近旋涡流场的认识不够，导致颗粒采集效率低。本文采用欧拉–拉格朗日固液两相计算方法，结合重叠网格方法，对球形矿石颗粒在垂直管道抽吸作用下的启动特性开展数值模拟研究，分析了尾流和涡结构随颗粒运动的变化规律，得出颗粒直径为40 mm，集矿高度为0.07 m的典型集矿工况下颗粒启动的临界速度和临界提升力。本文发现颗粒进入采集口后，颗粒的阻力系数C_d和颗粒雷诺数Re_p达到峰值，随后趋于平稳。颗粒尾流和旋涡随采集逐渐演化发展，且颗粒所受垂直力在平均值附近呈现出振荡特性是由颗粒尾涡的分离点靠近圆球顶部导致。研究结果可为水力集矿系统的设计提供参考。     

Numerical Simulation of Hydraulic Fractures Intersecting Natural Fractures in Shale With Plastic Deformation北大核心CSCD

The plastic deformation and numerous natural joints of shale pose a great challenge for the predic⁃ tion of the hydraulic fracture geometry extension. Based on the finite element method, a fully coupled numeri⁃ cal model for elastoplastic hydraulic fractures was established with natural fractures and bedding planes consid⁃ ered. The numerical model was validated with the KGD analytical solution and Blanton’s curve. The numerical results show that, compared with the numerical model solution of linear elasticity, the hydraulic fractures are prone to enter the natural weak interface due to the rock plastic deformation. The rock plastic deformation area mainly lies in the reservoir layer during the fracture propagation. In the case of rock ductile damage, the hy⁃ draulic fracture is more likely to penetrate the bedding plane. Hydraulic fractures can directly penetrate natural fractures and bedding planes at high injection rates due to large driving forces. The study provides new insights in terms of hydraulic fracture extension in elastoplastic formations. © 2023 Editorial Office of Applied Mathematics and Mechanics. All rights reserved.