重力波波包在临界层附近的传播

应用二维可压大气线性与全非线性数值模型, 模拟了重力波波包在临界层附近的传播. 对线性传播的波包来说, 临界层相互作用与线性理论描述非常一致. 大初始振幅尽管会使对流不稳定条件在传播过程中得到满足, 但波包并不会因此变得不稳定. 在无风背景中, 重力波波包的位能和动能可以自由转化. 在进入切变风场后, 在线性传播中这种转化将立即停止; 而非线性传播过程中该转化仍将继续. 非线性作用显著改变了背景平均流, 减小了波包的动量和能量传输速度, 降低了临界层高度; 并使得波包的部分区域变得不稳定, 破碎成更小尺度运动. 波破碎首先消耗动能. 在破碎发展到一定程度后, 位能也开始损耗. 这表明, 是剪切不稳定首先导致了波破碎的发生.     

三维可压大气中重力波波包非线性传播的数值模拟

采用全隐Euler格式(FICE)对重力波波包在风场中的三维非线性传播进行了数值模拟, 给出了重力波波包三维非线性传播的全过程, 分析了重力波的传播特性及风场对重力波传播的影响. 结果表明: 二维全隐Euler格式能够推广到三维情况下使用, 并能保持计算的长期稳定; 波振幅的增长比线性条件下的指数增长要快, 非线性传播使水平扰动速度大幅度增长, 会导致局地背景风场的增强; 波包非线性传播的路径、能量传输速度不同于线性重力波理论给出的结果, 非线性效应导致了重力波传播特性的改变；风场会改变重力波传播的路径和速度.     

能够实现芯区均匀场的几种三层平板波层结构

通过对非线性包层三层平板波导典型实例的理论研究和数值计算，发现存在5种波导结构，当光功率合适时，芯区场能够实现均匀分布，此时包层分布呈指标衰减，分别给出5种结构的场分布曲线。波导芯中存在均匀场分布，对于波导、光电子及光子器件具有潜在的应用前景。     

爆轰波绕射问题的高精度数值模拟研究

高精度数值模拟方法在具有化学反应及强间断的炸药爆轰问题数值模拟中具有重要的应用价值.本文通过求解柱坐标系下二维轴对称反应流欧拉方程组,采用基于Level set界面捕捉方法的欧拉型高精度多介质数值方法,编写了凝聚相炸药非理想爆轰程序,并对TATB基炸药在拐角效应中的死区现象进行了数值模拟研究.通过对比基于压力的点火增长...     

隧道长度对高速列车交会压力波的影响研究

高速列车隧道交会空气压力波的幅值对于车体结构及气密强度设计有非常重要的意义．我国的工程条件下需要对该工况对应的最不利隧道长度以及隧道长度对列车表面压力变化幅度的影响进行估计．本文通过理论分析研究了隧道压力波的形成和峰值影响因素,推导了压力极值对应的最不利隧道长度关于列车长度、运行马赫数的表达式．同时研究了隧道长度对最大负压值变化趋势的影响,并得出了负压极值快速变化所对应的临界长度区间．随后建立了二维的隧道交会数值模拟方法,并对典型工况下不同长度隧道内的列车交会进行了计算,其结果很好的验证了理论分析的预测表达式,证明前述表达式能够有效地应用于实际工程设计当中．     

基于有限差分的直接顶稳定性影响因素的数值模拟分析

基于有限差分计算方法,利用flac2d有限差分数值模拟软件,在不考虑节理间距的情况下对不同结构参数和不同力学参数的直接顶垮落过程进行数值模拟;分析直接顶力学参教、结构参数与直接顶稳定性的数值关系;并得出了直接顶的力学参数和结构参数对直接顶稳定性的影响结果,为制定岩层控制措施,支架选型及支护参数以及直接顶的稳定性分类提供一定的理论依据.     

矩形液池中热毛细对流起振过程的数值模拟

本文数值研究微重力条件下浅液池中大Pr数流体(Pr=105.6)热毛细对流的转捩过程.当液池两侧的温度差超过临界温度差时,在液池中会出现热毛细振荡对流.振荡对流的涨落值远小于时间平均值,涨落值表现为从冷端向热端传播的热流体波.起振时,涨落值的胞元分布在液层的中心区域;随着外加温度差的增加,涨落值的胞元逐渐充满液层.本文的结果显示了有限延伸矩形容器液层中热毛细对流及其起振过程与其它类型热毛细对流不同的特征.     

地源热泵垂直换热器的热响应测试与数值模拟

分析了进出口温度、速度和埋管深度等地源热泵垂直换热器换热性能的影响因素。在青奥村进行实地岩土热响应测试基础上,采用了GAMBIT建立双U形管换热器与周围土壤换热的物理模型,并用FLUENT进行了数值计算。结果表明,在科学的建立数学与物理模型基础上,得到的模拟结果与试验结果误差在10％之内,可以认为模拟结果是有效的,同时应该根据实际需要确定埋管深度,而不是盲目的增大埋管深度来增加换热量。     

三维Hall MHD数值模拟中初始载流子对场向电流分布的影响

用Hall MHD数值模拟的方法研究了Hall等离子体中不同初始粒子载流情形下磁场拓扑形态结构的改变以及场向电流与Alfven波的产生．在考虑了初始离子载流子的影响后,模拟结果中磁场的拓扑形态结构更加复杂．模拟结果中除了传统的By四极结构以外,还出现了一个与传统By四极结构相反的反四极结构,这种结构的出现使Hall MHD理论能解释完全电子载流情形下不能解释的观测现象,作为事例给出了Cluster卫星观测事例．同时还得出以下几个非常有意义的结果：1）受Hall效应影响的区域（空间变化尺度小于或相当离子回旋半径的区域）电子与离子分离．在非Hall效应影响的大部分区域,受初始离子＋y方向运动的影响整个磁结构向＋y方向偏移;而在受Hall影响的较小区域,受电子运动影响磁力线向-y方向弯曲．随之,By产生;2）由于By的出现,场向电流（FACs）产生．与完全电子载流的情形相比,结果中场向电流分布的中心随离子载流比例的增加向＋y方向偏移,场向电流主要分布在y〉0的区域;3）模拟结果中Ae≈0．76,Ai≈1．36,Ae×Ai≈1．03,完全符合Hall等离子体中的瓦伦关系,证实了Alfven波的存在．     

巷道布置对围岩稳定性影响的数值模拟

采用理论分析不同应力场下巷道轴线与最大水平主应力方向夹角的最佳角度,利用数值模拟不同夹角情况下,巷道围岩应力分布、正前方应力分布及变形特征。得出：1）最大水平主应力σH〉最小水平主应力σh〉垂直主应力σr时,最佳角度为0°;σt〉σH〉σh时,最佳角度为90°;σH〉σa〉σA时,最佳夹角为α0.2）巷道开挖后,水平应力在两帮出现应力降低区,在顸、底板出现应力集中区;垂直应力在两帮出现应力集中区,在顶、底板出现应力降低区;随角度变化,应力变化区均有明显变化,正前方断面的最大主应力变化明显。3）巷道达到最佳角度时,围岩变形相对较小,最大主应力围绕在巷道周边,呈环状或类环状分布;其它角度时,围岩变形相对较大,最大主应力逐渐向顶、底板的四角或两帮发展。     

三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.     

SOFA技术对减轻锅炉水冷壁结渣的可行性分析及数值模拟

研究了水冷壁结渣的两个主要原因即还原性气氛和风粉气流,并提出了解决措施:适当的减弱还原性气氛,防止灰熔点降低.在深刻探讨水冷壁结渣成因的基础上,分析了采用SOFA技术解决这一问题的可行性,并利用CFD数值模拟得出了氧量、温度和氮氧化物生成的特点,模拟的结果为减轻水冷壁结渣和工程应用提供了一定的指导意义.     

百叶窗式翅片散热器的数值模拟和实验研究

先对百叶窗式翅片散热器进行了理论计算;然后对其物理模型进行合理的简化处理,利用ANSYS软件,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型,通过求解三维N-S方程和能量方程模拟了散热器的散热过程;最后进行了试验研究。试验测试和理论计算、数值模拟三者数据基本吻合,说明数值模拟方法能真实反映百叶窗式翅片散热器的传热特性,为散热器的设计和改进提供理论依据。     

沿岸流不稳定运动对边缘波影响的实验研究

利用小波变换分析了1:100和1:40平直斜坡不规则波条件下沿岸流不稳定运动对边缘波的影响;沿岸流不稳定运动在垂直岸线方向和沿岸线方向时空变化特性;坡度对沿岸流不稳定运动的影响;沿岸流不稳定运动在实验室内的可重现性.结果表明:边缘波可以和沿岸流不稳定运动同时在垂直岸线方向和沿岸方向存在.在垂直岸线方向边缘波(波动周期20 s)的能量分布比沿岸方向更加明显,并且不会和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)有能量交换.而在沿岸方向,边缘波(波动周期20 s)的能量不再像垂直岸线方向更加周期性的出现,而且还和沿岸流不稳定运动(波动周期100 s)的能量有交换,特别是在均值沿岸流最大值附近.在时均沿岸流最大值附近,沿岸流不稳定运动获得能量的时间最早,而从这个位置向向岸和向海方向则开始逐渐延后;从地形影响角度看,坡度增大使得沿岸流不稳定运动在垂直岸线和沿岸方向的能量增强,并且在沿岸方向增大的程度要大于垂直岸线方向的.通过实验结果分析,相同实验条件下沿岸流不稳定运动有一定的可重现性.     

超燃冲压发动机燃烧室内湍流燃烧流场的数值模拟研究

应用经显式可压缩修正的SST湍流模型,对超燃冲压发动机燃烧室流场进行了三维数值模拟,并与实验结果进行了对比.通过对燃烧室流场数值模拟结果的分析给出了湍流燃烧流场的特征.为了定量分析超声速流动条件下湍流燃烧的作用特点,基于湍流燃烧理论与湍流燃烧的数值模拟结果,通过对控制无量纲参数在流场中变化的研究发现：超声速燃烧发生的区域为充分发展的湍流区;在喷口附近湍流和燃烧的作用最强烈;超声速燃烧流动中,湍流引起的火焰非定常效应和局部火焰熄灭现象均可忽略,定常火焰面的近似假设是成立的.     

应力波作用下岩石类孔隙介质变形破坏与能量耗散机制的数值模拟研究

通过CT扫描、X射线衍射和物理实验等方法获取了天然砂岩的孔隙结构参数、矿物组成和物理力学性质,研制了具有与天然砂岩相同的孔隙结构特征和基体性质、但孔隙率不同的岩石类孔隙介质的物理模型．利用孔隙介质物理模型的CT扫描图像和MIMICS构建了具有不同孔隙率的孔隙结构三维有限元模型．通过设定应力波动理论假设的条件模拟了孔隙介质SHPB冲击破坏过程,分析了波动应力作用下岩石类孔隙介质的动力学响应、应力传递模式和变形破坏机制．研究表明：利用孔隙介质三维有限元模型可以直观定量地分析应力波传播过程中岩石类介质内部孔隙和基体的应力、应变状态及变形破坏机制．一定压强和波速的应力波传播过程中,孔隙率低于15％的岩石介质内部的孔隙未发生明显变形,变形主要体现为孔隙周边基体的微塑性（剪切变形）和开裂（横向拉应变）,以及孔隙周边开裂区域的相互连通．剪应力使基体单元产生微塑性,拉应力使基体单元开裂．孔隙周边基体单元的破坏及相互贯通主要是由于基体单元的横向拉应力或拉应变超过材料的极限值．模拟得到的孔隙介质的应力波传播规律、变形与破坏模式以及能量耗散性质与物理模型的实验结果相吻合．本文研究为解析岩石类孔隙介质的复杂多变动力学响应的内在机制、应力传递模式、变形破坏与致灾机理提供了参考．     

区域构造应力场对煤与瓦斯突出影响的数值模拟分析

依据地质动力区划方法,对鹤壁八矿进行Ⅰ～Ⅴ级活动断裂划分,确定了区域构造的特征。分析了煤层的顶板岩性和构造断裂特点,并在此基础上建立了构造应力计算模型。结合对矿区地应力测量和岩体应力状态分析,确定了岩体应力状态的分布规律。通过对结果的分析,认为区域构造应力场控制鹤壁八矿地应力的分布状态,从而决定煤与瓦斯突出呈区域性分布。确定了易发生煤与瓦斯突出的应力升高区的位置,为开采煤层时何时何地采取防突措施提供了科学依据。     

碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土电热性能的数值模拟与试验研究

碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土是一种新型纤维增强水泥基复合材料,不仅具有良好的力学性能,而且具有优异的导电性能。本文进行了碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝小板电热升温试验,并建立数学模型,采用有限元进行数值模拟,得到了不同环境温度、导热层厚度、输入功率条件下小板表面的温度变化规律,并进行了有无隔热层情况的对比。结果表明：碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土通电后可以形成良好的导电加热网络,产生热量使混凝土温度升高,升温过程中电阻率十分稳定,数值分析结果与实验结果吻合较好。通过野外融雪试验,验证了该材料良好的电热融雪效果。利用碳/玻璃纤维混合编织网增强混凝土的电热性能,可以实现安全、环保、高效的融雪化冰。     

超声速气流中喷射角度对射流混合特性的影响研究

本文采用AUSMPW格式,求解全NS方程加SST双方程湍流模型,研究了超音速气流中横向喷射的流场.数值模拟给出了流场中由于射流喷射引起的附面层分离、马赫盘等现象,计算结果的壁面压力分布和试验结果吻合较好.在此基础上重点分析了喷射压力和喷射角度对燃料混合特性的影响.     

走廊转角条件对人员疏散规律的影响分析研究

在建立走廊转角疏散模型的基础上,将房间人员密度设置4种情况,采用计算机数值模拟软件FDS＋Evac模拟了不同转角角度,不同圆角半径的走廊转角条件下的人员疏散过程。研究表明：走廊转角角度从O°增加到90°,疏散时间先增长然后缩短最后又增长。同条件下,圆角疏散能力优于折角。圆角半径大小对人员疏散没有显著影响。研究结果为建筑走廊设计提供了参考依据。