微通道迎流角对自相似热沉性能的影响

自相似微通道热沉(Self-similarity heat sink,SSHS)综合性能优于一般的微通道热沉,在电子芯片冷却领域有很大应用前景,但SSHS原型结构存在内部流量分配及散热不均等问题,需要在研制过程中进一步改进。本文将SSHS原结构中直微通道设计改为锯齿形微通道,通过数值模拟方法对改进设计进行了验证,并以SSHS中的一个换热单元为研究对象,分析了锯齿形通道迎流角对SSHS内部流动和传热过程的影响。     

基于功率谱的爆破地震能量分析方法

针对爆破振动频度-能量分布的定量分析问题,提出了一种基于功率谱的能量分析方法。功率谱密度表征了一定频率谐波分量能量的相对大小,以此为出发点,推导出可以表征爆破振动频度-能量分布的计算方法,结合工程实例的分析结果表明,利用该方法可以实现爆破振动频率构成的定量分析。同时将该方法与目前通用的小波变换能量分析方法作了比较,两者的原理是一致的,但基于功率谱的能量分析方法直接利用频谱分析完成从时域到频域的转化,因此分析过程简便,物理意义明确,更容易理解和掌握。     

基于有限体积法的三维局部冲刷数值模型研究及应用

局部冲刷的三维数值模拟可预测水力冲刷的破坏程度和破坏机制,进而提供更加合理的工程措施以减轻或避免局部冲刷造成的工程破坏。基于有限体积法和非结构化的计算网格构建了以水动力学模型、泥沙冲淤和河床变形方程为基础的三维局部冲刷数值模型。水动力学模型中的湍流模型为剪切应力SST k-ω输运模型,泥沙冲淤以底床切应力大小和分布为基础,水沙模型的耦合采用单向弱耦合方式。首先,通过ANSYS-FLUENT软件数值计算水动力学模型后,将水力特性数据单向传递至泥沙模块,并应用UDF函数二次开发实现泥沙模型的数值计算。利用动网格技术重构因河床地形更新引起的变形网格。与动床圆柱冲刷和丁坝局部冲刷的试验结果进行比较,验证了局部冲刷数值模型的可靠性。从平衡冲深时的冲刷深度和冲坑内水流特性等结果的对比可以看出,该数值模型成功地模拟出最终冲刷地形和形态,并能捕捉不同时刻的三维地形变化。根据数值模型的建立及应用结果分析主要得到以下结论,以切应力观点为基础开发该模型时,具有简易性和较强的可靠性;单元体泥沙通量的重构和床面坡度等因素均影响模型的精度;FLUENT软件提供的动网格技术能较好重构小变形网格,但是重构因地形变化引起的大变形网格时略显不足。     

隧洞开挖爆破地震反应谱特征研究

利用地震工程中应用比较成熟的反应谱理论对隧洞开挖爆破地震进行研究。针对反应谱计算中必须输入加速度数据的问题,对实测爆破振动速度数据进行数值微分计算,并采用小波分析方法消噪得到准确、清晰的加速度时程曲线,继而将其用于反应谱计算。结合不同工程中大量的爆破振动监测资料,对隧洞开挖爆破地震反应谱进行分析。结果表明:隧洞开挖爆破地震反应谱都有一些共同的特征,反应谱曲线一般存在一个明显的峰值点,峰值对应的周期集中在几毫秒到几十毫秒的区间内。另外,在归纳、整理大量地下工程开挖爆破地震反应谱的基础上,得到了隧洞开挖爆破地震的设计反应谱。     

基于信息熵的城市扬尘治理方案优选决策

城市扬尘的治理需要考虑到成本、效果以及对周围环境的影响等诸多因素,我国扬尘治理方案呈现明显的单一性和定性描述.因此,如何准确认识扬尘治理方案多属性决策对扬尘治理的实际工作具有重要意义.构建了城市扬尘治理方案优选评价指标体系,采用信息熵理论对方案优选的科学性和有效性进行实证研究.结果表明,抑尘周期和成本系数对扬尘治理方案优选具有较大的影响力,高压清洗方案可操作性高,适应性强,为最优方案;基于信息熵理论的扬尘治理方案优选决策计算简单,评价结果客观全面,可以很好的综合反映道路扬尘治理方案优选决策,可为城市扬尘治理提供科学依据.     

岩石断裂尺寸效应测试装置研制及实验研究

面向岩石断裂尺寸效应研究的实验装置需求,针对现有技术中三点弯曲装置对多组尺寸岩石试件适应性差、最小跨距的测试量程不足等问题,研制了一种可灵活用于岩石断裂尺寸效应测试的三点弯曲装置。装置采用“两体分离式”的设计,三种不同型号的滚子与压头体、支座体配合使用,有效避免了不同尺寸试件采用同一直径滚子测试带来的实验精度问题;同时,装置实现了4mm~100mm不同实验跨距的设置,可同时满足尺寸变化较大的多组试件开展断裂测试。借助该装置开展了页岩三点弯曲断裂尺寸效应测试,并利用ABAQUS软件进行了相关数值计算。获得了不同尺寸页岩试件的Ⅰ型表观断裂韧度、名义强度等断裂参数,结果显示:尺寸对页岩的Ⅰ型表观断裂韧度和名义强度有显著影响。实验计算值与Bazant提出的尺度律模型(SEL)对比,结果吻合良好,借助SEL曲线可对页岩的断裂强度进行有效预测,同时表明该装置具有实验高效、高精准性等优点。     

颗粒破碎的微观力学模拟

基于颗粒尺度建立了考虑颗粒破碎过程中能量耗散的微观力学模型。为了模拟颗粒体的破碎过程和侧向应力的影响,把胶结在一起的三个等粒径的颗粒体当作颗粒破碎体。基于颗粒破碎准则和热力学原理,考虑了颗粒破碎过程中颗粒接触点之间的塑性滑移和颗粒转动以及侧向应力作用,通过颗粒破碎体内部颗粒之间的接触破碎来模拟颗粒体的破碎。计算结果表明:本文所提出的微观力学模型可以模拟胶结在一起的大颗粒的破碎过程;颗粒之间的微观力学参数对颗粒破碎过程中的力、塑性滑移、颗粒的转动角有不同程度的影响;力-位移关系曲线在破碎前是线性的,而颗粒破碎时竖向力迅速降低到较小值,并伴有颗粒的转动。     

免疫粒子群优化算法在农业水资源优化配置中的应用

求解农业水资源优化配置模型(高维非线性优化模型),较常采用大系统分解协调原理和动态规划相结合的方法,这样减少了变量个数,便于优化求解,但协调的过程需要多次从低阶模型中返回信息,而且对于每层的寻优求解过程存在难以克服的矛盾.采用标准的粒子群优化算法则优化程度不易保证并容易陷入局部最优,优化结果对初始种群依赖性较强.因此应用免疫进化算法对标准粒子群优化算法进行改进并应用于灌区农业水资源优化配置模型的求解.算例分析表明,免疫粒子群算法为求解高维复杂的优化配置问题提供了新思路.     

粗糙面分形计算理论研究进展

为提出一种工程上适用可靠的粗糙面分形维数计算方法,在分形曲线的维数计算方法(码尺法,盒维法)基础上,先后提出了星积分形曲面的维数计算方法、三角形棱柱表面积法、投影覆盖法、立方体覆盖法、改进的立方体覆盖法、分形的增变量描述法等曲面分形维数理论.鉴于上述方法的共有缺陷——获取三维坐标的激光表面仪器的扫描尺度限制,研究者提出了粗糙面图像维数计算理论,包括二值化图像维数、灰度图像维数、RGB图像维数计算理论.最后,本文展望了分形维数计算理论领域内亟待解决的三大问题.