船舶与海洋平台结构冰载荷的高性能扩展多面体离散元方法

船舶与海洋平台结构的冰载荷是寒区海洋工程结构物设计中的关键参数,而离散元方法是有效计算结构冰载荷的重要手段. 本文采用基于闵可夫斯基和原理的扩展多面体离散元方法模拟船舶与海洋平台结构的相互作用过程. 其中,构造扩展多面体的近似包络函数并建立了基于优化模型的快速接触搜索算法;考虑单元间粘结作用的刚度软化过程建标识码元间的粘结-破碎模型. 同时,发展了 CPU-GPU 协同异构环境下的高性能并行算法. 为分析海冰与海洋结构作用中的冰载荷,采用ISO标准验证了扩展多面体离散元分析结构冰载荷的准确性. 采用离散元方法计算了船舶结构的冰载荷,研究了船舶结构表明的线载荷分布特点,并采用船舶结构冰阻力经验公式验证了计算结果的合理性. 采用离散元方法计算了平整冰区与多桩腿平台结构的相互作用,分析各桩腿上的冰载荷特点. 针对碎冰区的海冰管理过程,采用离散元方法分析了船舶结构绕行过程中的船舶和海洋平台结构冰载荷. 本文方法可有效应用于海洋结构冰载荷分析,能为极地船舶与海洋平台结构的设计和安全运行提供科学的分析手段.      

基于Voronoi切割算法的碎冰区构造及离散元分析

离散元方法广泛应用于海冰,特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟。为构造碎冰区中的冰块几何特性,基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态,并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填充,从而确定碎冰区的初始分布场。在采用Voronoi图进行碎冰区构造时,可对冰块尺寸、几何形态和密集度等海冰参数进行设定。为确定冰块的不同几何规则度,综合采用排斥法和扰动法以定量地控制碎冰块几何形态从完全随机分布到规则分布的连续变换。为分析不同几何规则度下碎冰块的几何特性概率分布规律,对计算域内冰块的面积和边数等参数进行统计分析,从而可更合理地参数化控制初始冰场中碎冰块的几何特性。在此基础上,本文基于粘接-破碎的球体离散元方法对不同冰况下锥体结构的冰荷载进行了数值计算,讨论分析了碎冰区的海冰密集度、冰块面积和几何规则度对冰载荷的影响。     

防覆冰涂层构建机理及制备

航空、通信、电力和运输设备的覆冰现象给人们的生产、生活带来许多不便,甚至引起重大经济损失,防覆冰涂层主要通过材料表面特殊物理化学性能与微相形貌来实现抗冰目的,这类材料需要兼具防结冰性和疏冰性,从延长结冰时间和降低冰的附着力两方面来减轻甚至消除冰雪积聚,是目前研究的热点。本文从防覆冰机理入手,深入探讨了防结冰性和疏冰性的影响因素,阐述了防覆冰涂层材料的设计与制备方面的最新进展,并对防覆冰涂层目前存在的问题与发展方向进行了分析和展望。     

DX-300离子色谱测定山地冰川雪冰中的有机酸与无机酸阴离子

 利用AS4A SC分离柱 ,AG4A SC保护柱 ,ASRS Ⅱ抑制器 ,TAC 2阴离子富集柱和ATC 1阴离子捕集柱 ,以四硼酸钠 (Na2 B4O7)为淋洗液试剂 ,2 5mmol/LH2 SO4为化学抑制的再生液 ,采用梯度淋洗方式 ,对中国天山乌鲁木齐河源一号冰川雪冰中的生物有机酸和无机酸阴离子进行了测试分析。 2mL雪冰融水样品可在 16min内通过一次进样检测出氟离子、乙酸根离子、甲酸根离子、丙酮酸根离子、一氯乙酸根离子、氯离子、亚硝酸根离子、溴离子、硝酸根离子、磷酸根离子、硫酸根离子和草酸根离子共 10多种有机酸和无机酸阴离子。     

过冷水滴撞击螺旋桨桨叶表面的数值模拟

本文介绍了某型螺旋桨在不同飞行状态下.求解桨叶水滴撞击特性的数值方法.该方法对桨叶运动模型进行简化,并在对绕桨叶运动的气流场计算的基础上,采用拉格朗日方法求解气流场中水滴运动方程,得到水滴运动轨迹.进而,确定了水滴对桨叶的撞击特性参数,为桨叶防冰系统设计提供条件.主要结论如下:(1)在巡航状态下,桨叶沿展向方向上总收集系数Em和局部收集系数β不断增大;(2)在爬升状态下,随着爬升高度H不断增大,飞行速度V0不断增大,水滴撞击在桨叶表面的范围有所增加,而且β随之增大;(3)随着水滴平均有效直径(MVD)的增大,水滴撞击在桨叶表面的范围明显增加同时,β在桨叶表面同一位置的值也随之增大.     

高分辨电感耦合等离子体质谱仪测定中亚山地冰川雪冰中超痕量元素

在超净实验条件下,利用高分辨电感耦合等离子体质谱仪直接测定雪冰样品中浓度在1ng/L~100μg/L之间的多种超痕量元素Al、Fe、Mn、Co、Cu、Zn、Sr、Sb、Cd、CsBa、Tl、Pb和Bi的实验方法进展。在测定过程中灵敏度的变化可通过监测ArAr质谱峰的变化进行校正,并建立了数学校正公式。以1%HNO3为空白溶液获得了各元素的检出限(ng/L)分别为:Al40、Mn6、Fe40、Co2.74、Cu9.6、Zn20、Sr0.03、Sb0.15、Cs0.04、Ba0.4、Tl0.07、Pb0.8和Bi0.05。利用标准参考物质SLRS-4对测试方法的准确度进行了评价。研究了在硝酸含量分别为0.5%、1%、2%和4%时雪冰中超痕量元素质谱信号强度的变化特点。测定结果发现,对于污化层样品,当硝酸的含量为1%时痕量元素的质谱信号强度最大;对于非污化层样品,痕量元素的质谱信号强度在硝酸含量为0.5%时较大,但与硝酸含量为1%时的质谱信号强度相比变化率小于10%。结合中亚山地冰川雪冰中痕量元素浓度差别大的特点,确定硝酸在样品中的含量为1%为合适的酸度。并对卓奥友峰和珠穆朗玛峰雪坑样品进行了分析方法的重复性研究。     

输电线路覆冰形状自动识别与参数描述方法

为实现输电线路覆冰形状分类识别和参数化描述的全自动过程,针对现有研究中冰形定义不准确、描述不统一的不足,提出一种基于偏心椭圆方程的常见冰形统一参数描述方法,该方法考虑了覆冰表面不对称性和导线扭转的影响.对于不规则的真实覆冰,建立了冰形自动化识别系统,通过内点法计算最优冰形参数,并采用预先学习的支持向量机模型对识别结果进...     

提高架空输电线覆冰承载能力的研究

将高压架空输电线简化为悬索模型,对输电线的张力进行了研究,由于求解方程非线性,不能直观得到张力与悬线跨度、高差等变量的关系,故通过MATLAB软件进行求解。文中对冰厚与输电塔之间悬线高差的关系进行了研究,发现增加悬线的高差可以有效地提高输电线承受冰载的能力,从而为增强输电线的抗冰能力提供了新思路。     

发热电缆除路面冰雪经济性分析

冬季下雪或结冰引发交通事故,对交通造成影响,给人民生活和国民经济造成损失。目前广泛使用的融雪剂化雪法不仅对路面及设施造成损害,而且破坏环境。发热电缆化雪法作为彻底去除路面冰雪的一种方法,值得尝试推广。本文通过对化学融化法与热融化法进行比较,说明了发热电缆法除冰雪的技术经济可行性。     

试析输电线路防冰除冰的原则及防治策略

在电力系统之中，输电线路有着十分重要的地位与作用，输电线路运行是否正常将会直接影响到电力供给的可靠性与稳定性。然而，在目前状况下，我国的输电线路并不是“百毒不侵”，它会受到很多因素的制约与威胁，从造成原因上，主要分为人为因素与自然因素两大类。在自然因素当中，又以冰雪天气为最。作为供电企业而言，他们应当采取积极有效的措施，排除冰雪天气对输电线路的危害，从而对供电的稳定性与可靠性进行一定程度的保证。本文就针对输电线路防冰除冰应遵循的原则及防治策略进行研究与分析。