汽车轮胎磨损颗粒物扩散特性的数值模拟研究

为了解汽车轮胎磨损颗粒物的扩散特性,采用离散相模型方法,考虑离散相和流体相的双向耦合作用,利用Rosin-Rammler粒径分布模型,模拟了不同工况下汽车行驶过程中轮胎磨损颗粒物的运动轨迹.结果表明:汽车尾部旋转涡流对颗粒物扩散横向距离有较大影响,对扩散高度影响不大.当距离汽车前轮中心竖直平面后方一定时,颗粒物扩散高度与车速基本呈线性关系.在距离汽车前轮中心竖直平面后方5 m时,地面处不同位置颗粒物质量浓度变化呈双峰分布,而在距离为10 m时呈单峰分布,与气流在截面形成不同尺度的漩涡有关.车速相同时,粒径越大,颗粒物沉积越显著.随着车速的增大,0.1～10μm的颗粒物在地面处质量浓度不断降低;10～200μm的颗粒物在地面处质量浓度先增大后减小,并在车速为60 km?h-1时达到最大值.     

半圆形粗糙元壁面颗粒沉积数值模拟研究

为研究半圆形粗糙元壁面对颗粒沉积的影响,分别采用雷诺应力模型（RSM）和离散相模型（DPM）求解流场与颗粒运动轨迹,并结合临界速度判别颗粒沉积的方法。通过构建不同半圆形粗糙元参数（e/D,p/e）的通风管道计算域,研究了1~10 μm颗粒沉积速度变化及沿气流方向颗粒的沉积趋势,分析了流场所引起的湍流变化对颗粒沉积的影响,与相同参数下的方形粗糙元壁面颗粒沉积特性进行了对比。同时,分析了粗糙元参数对颗粒沉积速度的影响。结果发现,半圆形壁面颗粒沉积速度小于同参数下的方形壁面颗粒沉积速度,这是由于半圆形壁面的回流区相对方形粗糙元更小,捕捉颗粒能力差,半圆形粗糙元流体附壁效应导致半圆形粗糙元拦截效率较低。当e/D=0.02,p/e=3时,颗粒沉积速度变化较大,但在其余参数下变化并不大。半圆形粗糙元壁面的迎风面是颗粒沉积的主要区域。     

双层滤料颗粒床高温除尘器气固两相流场数值模拟

为了解决工程应用中粗大粉尘颗粒大量进入双层滤料颗粒床从而导致反吹清灰困难以及增加颗粒床的过滤负担的问题,在过滤床入口处安装导流板以促进粉尘的惯性分离.本文运用Fluent软件中的离散相模型对除尘器的气固两相流场进行数值模拟,分析不同导流板布置方式时的粉尘沉降率及床层进入率.仿真结果表明:等速布置方式导流板,能阻止较粗粉尘颗粒进入过滤床,提高沉降室底部粉尘沉降率,为双层滤料颗粒床除尘器的设计提供参考.     

利用模拟代谢活化体系研究污染物的基因毒性

利用二氯乙烷、三氯乙烷、三氯乙烯、N，N二甲基甲酰胺、内酮作为典型污染物与Fe^2＋/EDTA／H2O2／联氨模拟体系反应，所产生的活性中间体与4-（对硝基苄基）吡啶反应生成了紫红色物质，据此，本文建立了一种分光光度法检测活性中间产物的新方法，该办法测量灵敏度高（10mol／L），应用该方法证实了其中4种污染物（二氯乙烷、三氯乙烷、三氯乙烯、N，N-二甲基甲酰胺）具有形成DNA加合物的能力．同时对代谢活化体系的各种显色条什进行了优化。     

断裂力学的数值模拟

含有限裂纹的弹性板是裂纹理论中的基本问题,作者将著名的Ｄｉｎｅｓ,Ｐａｒｋｉｎ,Ｑｒｔｉｚ等的离散解与连续解Ｎｏｖｏｚｈｉｌｏｖ和Ｔｈｏｍｓｏｎ的杂交解进行了比较,对Ｔｈｏｍｓｏｎ与Ｎｏｖｏｚｈｉｌｏｖ的模型进行了全面的对比,分析了Ｎｏｖｏｚｈｉｌｏｖ的Ｒ－子数和Ｔｈｏｍｓｏｎ的点阵函数的特性,利用Ｔｈｏｍｓｏｎ模型证明了“断裂孤立子”理论的存在,解释了Ｃｈｅｒｎｙ－ｋｏｚｏｒｅｚｏｖ模型中的松驰     

梯级河岸人工湿地的数值模拟研究

通过梯级河岸人工湿地的数值模拟,以总磷(TP)在梯级河岸人工湿地的运移为例,通过流场、TP浓度场和TP运移归宿的分析,探讨了植物根系和填料对TP运移和去除效果的影响.研究结果表明,对TP而言,有植物湿地的去除率均大于相应无植物湿地的去除率;含豆石层(降解系数和渗透系数相对较大)湿地的去除率均略大于相应无豆石层湿地的去除率.     

2004～2009年深圳空气质量及其污染物扩散条件分析

利用2004～2009年深圳市空气监测网络的监测结果,对深圳地区近6年空气质量及污染物浓度进行了统计分析,并利用2005～2008年深圳常规地面气象观测资料对污染物扩散条件及其成因机理进行了研究。同时对2008年12月15日到2008年12月20日深圳空气污染系数连续偏高的现象进行了特征分析。分析研究表明:深圳近6年首要污染物为可吸入颗粒物,次要污染物为NO2;南山、宝安空气质量较其它区域差;深圳大气污染物的扩散与温度、降水量呈正相关,与气压、静风频次呈显著的负相关,而与日照相关性相对较小;2004～2009年深圳空气质量状况总的来说良好,环境空气污染指数(API)值呈下降趋势。     

南昌市地下水系统数值模拟

研究区供水水源由地下水为主转变为以地表水为主,以及新老工业区地下水开采变化,使得研究区地下水流场几经更迭。自20世纪70年代中期后,研究区地下水开采总量呈缓慢下降态势,至2007年,开始基本稳定,然而地下水降落漏斗仍呈扩展趋势。分析研究区水文地质条件后,建立相应的水文地质概念模型,在此基础上应用GMS软件对研究区地下水水流进行模拟。对模型进行检验与识别后,分现状及规划条件两种开采方案,对研究区2011-2020年的地下水水位进行了预报,预报结果显示漏斗中心及其他工业区地下水开采量较大地方观测孔水位先降后升,说明研究区地下水流场受人类活动因素影响大,现在的流场尚未稳定,仍处于形成过程中。     

电离层断层成像数值模拟

将计算机断层成像(CT)技术用于电离层探测,可以得到电离层垂直剖面大尺度的电子浓度分布。根据电离层cT有限投影角度和稀疏接收站的实际探测条件,提出了增加接收站观测数据及扩展投影角度的方法。在迭代过程中对重建结果引入了最平稳解约束,以此构造了一个能量函数,在迭代过程中结合模拟退火方法,求得全局最优解。     

西北太平洋海浪数值模拟

以QSCAT／NCEP全年的风场资料为驱动风场,用第三代深海波浪模型WAVEWATCH Ⅲ（WW3）建立波浪后报数值模式,进行西北太平洋海域波浪的数值模拟,旨在得到比传统的波浪统计方法更为精确的时空网格上长时序的波浪场,以便做出更可靠的波浪要素的统计分析．经对比QSCAT／NCEP风场资料与船测的风速资料、水下地形资料（由上海海图出版社出版的最新海图经数字化转化而成）和海浪有效波高计算值与船舶实测值（相关系数在0．9以上）,从三个方面验证了计算结果的精确性．此外,建立了集分析数据和图像输出一体化的后处理系统．根据计算所得的西北太平洋全年的波浪要素值,对此海域的全年海浪的时间和空间分布特征进行分析,进行了综合评价．计算结果和统计数据可以直接应用于科学试验、船舶与海洋工程．     

混凝土材料的平板撞击实验与数值模拟研究

通过实验和数值模拟研究了混凝土材料在强冲击载荷（平板撞击）下的动态特性.采用内径57mm的一级轻气炮实验结合高阻锰铜压阻计的动态测试技术,得到了C40混凝土试样的原始电压-时间波形曲线,并换算得到相应的应力-时间波形;分析应力波传播速度,得到材料的最大应变率约为55.40×10s-1,压力峰值区间为0.340~2.702GPa.实测结果表明：不同位置处的压力在快速上升至峰值后均随时间衰减,且冲击波峰值随传播距离快速衰减,呈现出明显的粘弹性特征和耗散特性.并利用LS-DYNA程序对混凝土试样的平板撞击实验过程进行了数值模拟,模拟的应力-时间曲线与实测压力波形走势完全一致,峰值很接近,整体吻合较好.     

基于三维数值模拟的高填方边坡强夯效应研究

根据某拟建变电站高填方边坡地质资料建立三维数值计算模型,计算分析不同夯击能和夯击位置条件下边坡土体的竖向位移、水平位移和加速度等响应随动力时间的变化规律.不同工况下的计算结果表明:夯击主要影响表层土体,夯击能越大夯击区域表层土体位移越大,不同夯击能下土体影响区变化较小;夯击引起的土体加速度峰值随夯击能的增大而增大;夯击点离边坡面越远,夯击影响区有所增大而夯沉量有所减小,且边坡顶部和边坡面中部水平位移下降十分显著.研究结论可为类似高填方边坡工程强夯施工设计提供参考.     

一次强沙尘暴长距离输送的数值模拟研究

利用HYSPLIT-4传输,扩散模式对2003年4月9日发生在我国西北的强沙尘暴进行长距离输送的数值模拟研究,并进行轨迹和浓度分析.研究结果表明:(1)2003年4月9日强沙尘暴过程的沙尘来源并非某单一地区;(2)此次沙尘暴长距离输送过程中,主要有两个高浓度中心向东传输.一个在北纬35度附近,主要在1 500～3000m高空传输,另一个在北纬40度附近,且主要在1 500m以下传输.后期两者合二为一.     

脉冲调制微波放电等离子体的数值模拟

建立零维空气与氩气微波放电等离子体数值模型,研究调节约化电场强度和占空比对空气和氩气微波放电等离子体的影响,系统地阐述不同约化电场强度和占空比下电子密度的时间演化与平均粒子密度的变化,以及空气反应中粒子的主要生成路径。计算结果表明：在放电阶段,随着约化电场强度的增加,空气与氩气微波放电等离子体的电子密度峰值呈增大趋势。随着占空比的增加,空气微波放电等离子体电子密度峰值呈减小趋势,氩气等离子体电子密度峰值保持不变。大部分粒子的平均密度随着约化电场强度和占空比的增大而增大,且氩气等离子体的平均电子密度高于空气的。     

信号灯控制下的交通流数值模拟

为研究信号灯控制下的交通流特性,利用先前提出的一个改进的NaSch模型对信号灯控制下的单车道交通流进行了建模和模拟,模型中考虑了司机和车辆的敏感性．模拟得到的流量一密度图包括3个不同的密度区域,即畅通交通、饱和交通和拥挤交通．结果显示：当信号周期丁小于某个值时,饱和流量随着丁的增大而增大,这与大多数微观模型的模拟结果不同．随后通过车辆演化时空图分析了其中的微观机理,得出司机和车辆的敏感性对流量的变化起着重要的作用．同时对交通拥堵特性也进行了研究,表明当处于饱和交通时,信号灯不仅会引起局部拥堵,还会对整体交通造成影响．     

基于可破碎颗粒的高填方碎石土地基强夯颗粒流数值分析

依托某碎石土地基强夯工程, 通过PFC2D建立模拟碎石土地基在单点多次夯击作用下碎石颗粒破碎的过程. 结果表明: 相比于不考虑颗粒破碎, 考虑颗粒破碎情况下造成的强夯沉降更大, 模拟效果更好. 强夯过程中, 初始阶段主要是夯坑底部碎石颗粒发生破碎, 随着夯击次数增多, 颗粒破碎带逐渐向夯坑两侧发展, 破碎的碎石颗粒的广度和深度一定程度上与夯击能大小成正相关. 夯坑底部主要由破碎的块石颗粒与土颗粒嵌合形成壳状结构起到加固作用.     

高铁挡风墙对强风沙响应规律的数值模拟研究

为保证列车在强风沙环境下安全运行,本文研究挡风墙布设对高速列车周围流场特性的影响.借助CFD方法,运用DPM模型,在强风沙环境下,对有无挡风墙两种情况所导致的其他变量进行对比分析,对不同强度的风沙通过挡风墙的情况进行数值模拟,研究挡风墙背风侧流场特性及挡风墙结构参数对强风沙的响应规律.结果表明,在未布设挡风墙时,携沙气流遇到路堤后在路堤的路肩处形成分区,在迎风侧路肩上方位置风速急剧增大,对路肩的侵蚀最为严重;在布设挡风墙后,携沙气流遇到挡风墙出现速度分区的现象,高速区由路堤的路肩前移到挡风墙上方区域,同时挡风墙也起到了净化气流的作用,减少了沙粒沉积在轨道的数量;不同风速的携沙气流通过挡风墙时,风速垂直廓线的规律大致相同,呈现先缓慢波动增长、后指数规律增长的趋势,最后逐渐接近初始风速.     

线性梯度高分子与纳米颗粒共混体系相分离的模拟研究

采用蒙特卡罗(Monte Carlo)结合退火技术研究了线性梯度高分子与纳米颗粒共混体系的相分离行为.模拟研究发现其相分离不但与梯度高分子的分布函数f(t)有关,还与链长、相互作用能和纳米颗粒浓度相关.随着参量的改变发现了无序相与层状相(L)或穿孔层状相(P)以及无序相与球状相(S)相变,此外,当在特定的单体A浓度时同时还出现了共混相,同时纳米颗粒随机分布在单体A区域内.     

基于数值模拟的涡轮风扇结构优化设计

采用有限元方法分析出涡轮风扇支板个数为10时发生断裂的原因是高周疲劳破坏,并且叶片发生疲劳的主要原因是支板个数设置不合理.通过Campbell图分析出了两种优化方案,即支板个数为3和19.从共振点个数、应力水平及理论寿命来看,支板个数为19均优于3.分别对支板个数为10和3的叶片进行疲劳寿命模拟计算,结果表明,两者的疲劳寿命均较短,不符合工程实际要求,最终确定支板个数19为优化方案.