粒子系统在复杂风场及湍流场中的实现

为真实地模拟气溶胶在复杂风场中的输运扩散效果,提出一种将计算流体力学计算的风场结果与粒子系统相结合的方法.以一个存在障碍物的三维区域为例,采用非结构四面体网格对其进行网格划分,运用计算流体力学方法对这一区域的风场和湍流场进行求解;在仿真平台Unity 3D中建立了与计算模型对应的环境模型,并将风场和湍流场的计算结果导入环境模型中,实现了风场在虚拟环境中的可视化.在环境模型中建立了粒子系统,并在存储于非结构网格中的风场及湍流场的作用下模拟了粒子系统的运动变换,实现了虚拟环境中复杂风场、湍流场条件下的气溶胶的扩散仿真.     

先进制造模式扩散外部影响的建模与分析

针对先进制造模式应用实施过程中的外部影响，从控制模型的视角研究了先进制造模式扩散中外部影响的建模与分析．首先，分析了先进制造模式扩散的外部影响因素，结合先进制造模式扩散的动力学模型，建立了扩散的控制模型；其次，对扩散控制模型的稳定性、能控性及能观性进行分析，给出定性分析的结果；再次，利用极点配置设计了反馈控制器；最后，针对具体的先进制造模式扩散过程，采用Matlab7．1对控制模型进行了仿真，仿真结果与定性分析结果相一致，验证了模型的正确性．     

分子模拟研究不同条件下沥青自愈合规律

采用沥青四组分的方法来确定沥青模型,并通过比较沥青模型的密度和实际沥青的密度,来验证沥青模型的合理性.采用合理的沥青大分子模型建立沥青裂缝模型,并模拟不同条件下沥青自愈合的试验过程.在裂缝模型中加入定量的水分子,用以模拟不同含水率的环境.根据实际的老化沥青中各组分的含量变化,建立老化沥青分子模型,模拟沥青老化对沥青愈合的影响.结果表明:愈合模型在30 ps之后开始稳定;水分子的加入会使沥青自愈过程的扩散系数降低,当含水量大于3%时,水对沥青扩散的影响逐渐稳定;选取Z轴方向上的水分子浓度曲线,当含水率高于3%时,水分子浓度的峰值集中在分子的愈合裂缝处.     

混合气体在典型多孔介质内扩散过程的数值模拟

为研究孔径大小对扩散过程的影响及组分之间在扩散过程中的相互作用,采用Maxwell-Stefan模型对混合气体在典型多孔介质内的扩散过程进行了数值模拟.首先引用前人的实验结果验证了该模型及数值方法的可靠性.在此基础上,采用该模型研究了孔径大小对CH4/Ar二元混合气体在多孔介质内扩散过程的影响,以及CH4/Ar/H2三元混合气体在多孔介质内扩散过程中各组分之间的相互作用.研究表明:当孔半径小于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程随孔半径的增大而加快,当孔半径大于0.5μm时,CH4/Ar的扩散过程不受孔半径的影响;当不同组分之间的相互拖带作用大于自身的浓度梯度作用时,可能产生逆向扩散、局部压力回升现象;小分子较大分子扩散得快;Maxwell-Stefan模型能够有效地模拟多元混合气体的扩散过程.     

环境风洞的模拟技术研究

在环境风洞中模拟大气边界层是大气污染对流扩散试验研究的前提．根据环境风洞污染扩散试验的特点，通过试验调整大气边界层模拟装置，实现了在环境风洞中模拟部分大气边界层，并通过湍流结构确定了模拟比尺，当大气边界层得到正确模拟时，在环境风洞中模拟污染扩散和在大气边界层中的实际情形相似。     

喷射条件对气溶胶烟幕释放效果的影响

为了研究气溶胶颗粒在高速气流中的形成状态及遮蔽效果,构造基于高速射流的喷射型红外遮蔽冷烟幕,对该流场进行数值求解,研究不同喷射条件对气溶胶烟幕遮蔽区的影响效果,气溶胶烟幕颗粒扩散利用离散相模型模拟,对两相流流场进行非稳态计算,通过Lambert-Beer定律求解气溶胶烟幕的透射率分布,计算得到烟幕低透射区的变化规律,并分析了射流喷射压力和气溶胶粒子喷射流量的影响.结果表明:低透射区呈类锥形,当粒子喷射流量较小时,下游局部扩散的低透射率区呈团状,不能对红外辐射形成有效遮蔽,增加粒子喷射流量时,低透射率区连续分布,气溶胶烟幕遮蔽效果提升.射流喷射压力的提高可以增加低透射区范围,压比过高时射流出现膨胀波系,膨胀波段射流核心区局部透射率升高,遮蔽效果下降.研究结果对射流喷嘴的合理设计及喷射压力,流量的合理选取具有一定的参考意义.     

浮式液化天然气生产储卸装置重气泄漏扩散模拟分析

为了研究浮式液化天然气（FLNG）生产储卸装置的甲板上部区域储罐发生泄漏后的扩散后果,建立了FLNG装置甲板上部区域的泄漏扩散模型,并利用计算流体力学（CFD）技术对其进行了液化天然气（LNG）重气泄漏的扩散模拟,得到了扩散后的区域影响结果,模拟结果满足重气扩散过程的堆积理论和低压卷吸理论．结果表明：该模型和模拟方法能够在一定程度上反映LNG泄漏扩散的真实物理情况,当离生活区最远储罐的前表面发生泄漏后,其泄漏范围不会扩散到生活区,对生活区没有影响;而当位于FLNG中部附近的储罐前表面发生泄漏后,在动力区建筑物的影响下,生活区背风处会形成低压空腔区,且该区域的LNG浓度较高．     

块状纳米材料的设计理论研究

在二元共晶Spinodal系统中 ,Spinodal波长的大小随过冷度的增加而减少 ,并存在一个最小的波长 ,此时合金的生长速度最快 .提出当过冷度足够大时 ,液态Spinodal的波长进入到纳米尺度 ,形成块状纳米材料 .由于液态的扩散较易发生 ,当波长为纳米量级时 ,Spinodal的转变时间为微秒量级 .由于液体表面张力等的影响 ,液态Spinodal的组织由网状变成微粒形态 .     

非线性出生率对双斑块模型动力学行为的影响

考虑一类具有非线性出生率的单种群双斑块扩散模型，研究非线性出生率和扩散对生物种群的影响.探讨系统平衡点的存在性、局部稳定性和全局稳定性，运用数值模拟分析非线性出生率和扩散常数D₁、D₂对种群动力学的影响.研究结果表明，在一些适当的假设下，绝灭平衡点或唯一正平衡点可能全局渐近稳定，且非线性出生率和扩散会使得两个斑块内种群持久生存或灭绝.通过数值模拟，当出生率(a₁)增大或密度依赖系数(A)减小时，种群总密度会增加.当D₁减小或D₂增大时，种群总密度也会增加.以上结果表明，物种的出生率和扩散对系统动力学行为起重要的作用.     

考虑沸腾传热的车用永磁同步电机峰值工况温升特性研究

为研究电动汽车在高原环境下峰值工况运行时永磁同步电机的温升问题，建立RPI过冷沸腾换热模型。该模型考虑了气泡分离直径、气泡分离频率和气泡成核密度等的影响，能够对沸腾换热过程中两相流状态进行准确分析。运用沸腾传热理论研究电机的温升特性，在流体域中建立沸腾传热模型以及气泡子模型，模拟电机在高原环境下的运行环境来研究冷却液进口温度、海拔高度以及进口流速等因素对电机温升的影响。结果表明：在电机热机后进行试验与仿真，考虑沸腾传热时电机的温升特性更接近试验结果，所以研究电机的温升特性时应该要考虑冷却系统沸腾传热的影响；峰值工况下电机的温升特性随着冷却液进口温度的升高，电机绕组达到150℃所用的时间越少，即电机温度越高；在平原或者高海拔环境下，电机在峰值工况运行时的温度增长速率均随着冷却水进口水温的增大而增大，而电机的温度随着大气压强的降低而下降；由于冷却水的相变两相流沸腾传热现象，在高海拔地区运行时的温升特性比平原地区更好。     

A GIS-Based 3D Simulation for Occupant Evacuation in a Building

The evacuation efficiency of building plans is of obvious importance to the public safety. The complexity of building plans, however, makes it difficult for the efficiency evaluation. This paper presents a computational model AutoEscape, which can simulate the evacuation process for any given occupant distribu-tion in buildings. Designed as an extensible multi-level structure, the model constructs the geometry level and occupant level and establishes the interactions between levels. The GIS-based environmental analysis is realized to automatically generate the geometric representation and formulate the cognition of agents. The multi-agent based technology is employed to simulate the crowd behaviors with autonomously acting individuals. A visualization component, which provides 3D free observations for the simulation process, is developed on the platform of OGRE and integrated into the system interface in form of ActiveX control. Finally, a case study has been conducted and the results have been compared with the results of an existing model to show the reliability and capacity of AutoEscape simulation.     

基于广义随机Petri网的轨道车辆门系统可靠性分析

轨道车辆车门系统的安全性和可靠性极为重要。采用广义随机Petri网建立轨道车辆车门系统工作过程的可靠性模型,描述系统的静态结构及动态运行过程;对该模型进行Monte-Carlo仿真计算,计算系统在各时间段的可靠性指标。研究表明,应用Petri 网建立的车门系统可靠性模型结构清晰,拓展性强,便于仿真实现,能够为车门系统设计及维保安排提供指导。     

基于MATLAB的直流电动机启动的仿真研究

本文介绍了利用MATLAB软件中的Simulink组件对直流电动机启动过程进行仿真,获得了反映系统性能的曲线,并对仿真结果进行了比较分析。直流电动机的启动过程是直流电动机调速的基础,也是电动机调速的特例。结果表明,应用MATLAB进行系统仿真具有方便、高效及可靠性高等优点。     

地层温度场下地下开采矿山斜坡道内氡运移数值模拟研究

开展伴生放射性矿的氡运移研究有利于开采过程中的氡污染治理,对矿山的安全生产有重要意义。引入温度梯度函数进行地层温度模拟,通过建立对流-扩散-衰变数学模型与斜坡道三维几何模型,对地层温度场下伴生放射性矿斜坡道进行了数值模拟研究,探索了地层温度场和通风流场对氡累积与运移的影响。研究表明:流场特征很大程度上决定氡浓度场的空间分布特征,而温度场同样也影响各区域的氡浓度大小。采用通风降氡时,流场中气流组织更好的区域氡浓度变化更大,地层温度场对硐室氡浓度影响更为敏感,本次模拟中温度升高1 K斜坡道氡浓度增加14.7 Bq/m³,硐室增加约22.0 Bq/m³。     

含硫化氢天然气井井喷事故后果数值模拟

 井喷事故后果严重,特别是当井喷物质中含有H2S等有毒气体时,会造成重大的人员伤亡和财产损失,研究含H2S天然气井喷气体的扩散蔓延规律具有重要的应用价值。本文建立了含H2S天然气井井喷事故模型,对含H2S天然气井喷事故进行了数值模拟计算,模拟得到含H2S天然气井喷事故中,井喷气体的速度及浓度场的分布情况。数值模拟结果表明井喷气体符合气体射流规律,并可以数值模拟结果为依据进行井喷事故发生后危险区域的划分。     

考虑腐蚀影响的钢结构轴压构件可靠度预后分析

针对腐蚀会严重影响结构的性能甚至使其崩塌失效这一事实,基于蒙特卡洛方法和Weibull模型提出了钢管轴压构件考虑腐蚀的时变可靠度预测方法.首先利用幂函数模型替代钢材的实际腐蚀过程计算腐蚀厚度,其次利用蒙特卡罗方法计算不同年限时的腐蚀钢管轴压构件的可靠度,同时依据Weibull模型提出钢管在腐蚀作用下的可靠度随时间变化预测曲线.最后通过实际算例验证了所提方法的有效性.结果表明:Weibull模型可以较好地模拟腐蚀影响下的可靠度随时间变化的模型;提出的时变可靠度曲线与理论值吻合较好;考虑腐蚀影响的可靠度值在一定年限以后将会小于目标可靠度.     

Z-pin增强复合材料T型接头拉伸数值模拟与参数分析

利用内聚力模型建立了Z-pin增强复合材料T型接头拉伸破坏过程的数值分析模型,并对Z-pin的分布进行参数分析.通过Z-pin桥联试验得到Z-pin拔出的位移-载荷曲线,再将该曲线转化为Z-pin所在区域的界面单元属性,从而模拟Z-pin对T型接头性能的增强效果.通过静力拉伸试验验证了该模型的可靠性.在此基础上分析了不同Z-pin分布对T型接头拉伸性能的影响,结果表明:Z-pin列距越小则拉脱载荷及极限位移越大,Z-pin行距的变化对结构承载能力影响较小,而Z-pin与中轴面的距离增大会使拉脱载荷呈线性减小的变化趋势.     

中国地区工业硫酸盐气溶胶对辐射和温度的影响

 将大气化学模式和区域气候模式连接,以中国地区1994年1,4,7,10月为研究对象,模拟了气候变化,并分析了由于大气化学过程形成的硫酸盐气溶胶的对地气系统辐射收支、温度、降水量等气候因子的影响.通过分析发现:硫酸盐气溶胶在晴空大气顶和云天大气顶处产生负的辐射强迫,将使地表温度下降,使降水量减少.     

基于元胞自动机的污染物潜水面扩散仿真算法

污染物由介质进入地下潜水面后,会在饱和带随地下水径流发生扩散。对该过程进行动态模拟与评估,可为地下水污染应急决策提供可视化手段。以元胞自动机为基础,耦合地下水污染扩散的分子扩散和机械弥散过程模型,构建了污染物地下水扩散的元胞自动机规则。采用抛物线方程模拟污染源汇项的输入,在二维平面上通过经验公式推演水动力弥散系数,计算元胞的污染扩散通量。将该方法应用到北京密怀顺地区,动态模拟农药在潜水面的扩散过程,具有较好的可视化效果。     

重气瞬时扩散数值模拟的实验验证及应用研究

运用计算流体力学方法对重气瞬时扩散现象进行数值模拟,并与重气扩散理论及野外现场实验观测结果进行定性和定量对比分析. 结果表明,数值模拟方法可以再现重气瞬时扩散的物理过程并以较高的可靠性预测浓度场的时空分布特征. 将数值模拟结果应用于实际的风险分析和安全评价中,可以定量地预测特定地点危险浓度的到达时间、持续时间以及特定时间危险浓度的空间分布;得出了在重气毒性阈值较低的情况下,近源区和远源区中毒风险一样高等结论.