应用KPK力学方法研究落体的运动

利用动量流强度,分析了在阻尼介质中的物体包括高空跳伞运动员的运动规律。首先介绍了德国卡尔斯鲁厄物理教程的力学体系,该体系将动量和速度定为力学的中心物理量,根据力的定义式与电流的定义式的类比把力看成动量流强度,利用动量的连续性方程来解决力学问题。接着运用卡尔斯鲁厄物理教程的力学方法计算了物体在空气中下落时速度变化规律,继而定性地分析了具有水平运动速度的高空跳伞运动员在达到第一收尾速率之前会有一个极小速率的原因,说明卡尔斯鲁厄物理教程的力学体系解决力学问题不仅是可行的,而且是有效的,更能让人们在新的高度认识物理学。     

面阵CCD空间滤波技术测量颗粒流速度场分布

为解决线阵CCD空间滤波技术无法直接测量滚筒颗粒流速度场的整体分布,并且难以准确测量颗粒流中具有复杂速度变化的单点区域的问题,提出了基于面阵CCD空间滤波技术的滚筒颗粒流测量方法。通过对采集图片进行分割,模拟子滤波器,对每个模拟子滤波器区域分别进行空间滤波测速,最终得到滚筒颗粒流速度场整体分布。对于滚筒颗粒流中具有复杂速度变化的边壁区域采用正交算法进行速度矢量和运算,避免了角度测量的误差,从而提高了对单点位置速度测量的精度。最后,搭建了实验装置,对测量方法进行了实验验证,并分析了方法时空分辨率,标定了方法精度。研究结果表明,该方法能够测量滚筒颗粒流速度场整体分布,测量误差小于2%。     

基于改进SPH方法的圆柱绕流尾迹特性研究

针对传统光滑粒子动力学(SPH)计算成本过高问题,运用自适应粒子细化技术将精细空间分辨率集中在局部区域,通过优化缓冲区域粒子参数的查找方法、修正缓冲区域边界粒子的核梯度等方法提出了一种改进的SPH方法.采用该方法对不同雷诺数下的圆柱绕流进行数值模拟,系统分析了圆柱尾流流态和水动力系数并与试验值进行了对比.计算所得的水动力系数与实验数据较为相符,且模拟出来的圆柱尾流能够清晰捕捉到实验中观测的现象.结果表明:改进的SPH方法算法有效可靠,适用于绕流场尾迹特性研究,对钻井平台张力腿和海洋立管等工程领域的研究具有一定的参考价值.     

市政排涝自吸泵启动过程气液两相流动及压力脉动分析

为了探明自吸泵的自吸机理.以外混式自吸泵为研究对象,利用CFX仿真软件中的VOF(volume of fluid)两相流模型和k-ε湍流模型,并结合网格滑移技术进行自吸过程非稳态数值模拟,分析了不同时刻下泵内气液两相体积、液相速度、出口气体体积分数和压力的分布情况.同时改变非稳态模拟的时间步长及总时长,监测自吸过程叶轮及蜗壳内监测点的压力变化.结果表明:自吸泵的吸气与排气主要集中在启动过程的初期和中期,叶轮入口和泵出口的气体体积分数分别超过60%和75%;叶轮出口的气液混合带导致了叶轮出口到蜗壳内侧大片区域内的流动紊乱现象,降低了叶轮的做功能力,进而影响了泵的正常排气;叶轮监测点压力脉动幅值与距叶片工作面的大小有关,蜗壳内监测点压力脉动幅值与距叶轮外缘的大小有关.     

基于三轴试验的AC-20级配优化

为了提高沥青混合料的高温稳定性,利用PFC~(3D)(partical flow code in 3 dimensions)软件构建沥青混合料三轴数值模拟方法,结合室内三轴试验评价了其可靠性.通过三轴数值模拟和室内三轴试验,研究粗集料级配、细集料级配和粗细集料比例对沥青混合料抗剪强度的影响规律.通过研究19.000,4.750,0.075 mm筛孔通过率对AC-20性能的影响,提出基于抗剪强度的AC-20矿料级配,并验证其路用性能.结果表明:沥青混合料三轴数值模拟结果与室内试验结果吻合度较好;当粒径为19.000～26.500,16.000～19.000,13.200～16.000,9.500～13.200,4.750～9.500 mm的粗集料的体积比为4:12:4:10:15、细集料取I=0.75时所对应的级配、粗细集料体积比为60:40时,沥青混合料抗剪强度最大;建议在19.000,4.750和0.075 mm通过率范围分别为90.0%～100.0%,35.0%～45.0%和4.0%～7.0%时,确定基于抗剪强度的AC-20优化级配范围;与规范级配相比,优化级配AC-20混合料抗剪强度和动稳定度分别提升26%,29%.     

采用双经验回放池的噪声流双延迟深度确定性策略梯度算法

为了进一步提高双延迟深度确定性策略梯度算法(TD3)的网络探索性能和收敛速度,提出一种采用基于多步优先和重抽样优选机制的双经验回放池的噪声流TD3算法。该算法在策略网络中的每一层添加噪声流以增加参数的随机性,并引入多步优先经验回放池,将多个连续样本组成一个基础单元进行存储,训练时通过多步截断双Q处理实现对值函数的有效逼近,同时增加一个经验回放池采用重抽样优选机制来存储学习价值更大的样本,双经验回放池的设置可弥补样本多样性不足的问题。在OpenAI Gym平台的Walker2d-v2场景中进行仿真实验,结果表明,与对比算法相比,本文算法获得的回报值有明显改善,网络收敛速度也大大加快。     

旋流条件下的气液环空流流动规律研究

针对涡流工具排液效果的问题,开展了旋流条件下气液两相流动模型的研究。考虑到旋流中角速度的存在,研究中采用气液流动在径向和周向上的动量和角动量平衡的方法,建立了气液流动控制方程,计算了液膜厚度,气液相旋流强度等参数以及压降梯度,并进行涡流工具实验验证模型。涡流工具降低压降损失的机理结果表明,安装涡流工具后流动压降可以降低5%~20%。根据实验及模型,在低速（气相速度小于13 m/s）时,小旋流角和高旋流强度更利于降低压降,而高速（气相速度大于16 m/s）时,高旋流强度会增加额外摩擦阻力。旋流强度的衰减速度会随着液相速度增大而减小,而随气相速度增大而增大。该研究结果可对涡流工具进行优化设计,以达到最佳排液效果。     

高风速区钢箱梁桥施工过程抗风稳定性分析

 对大跨度钢箱连续梁桥施工过程最大悬臂状态进行非线性气动稳定性分析.提出基于风荷载非线性及结构几何非线性的气动稳定性分析理论.以某跨海大桥为工程背景,进行静风效应及风致抖振效应计算,明确钢箱梁最大悬臂状态位移响应均方根最大值,并以结构一期恒载作用下的位移为初始缺陷,静风力与抖振力作为荷载进行主梁最大悬臂状态非线性气动稳定性验算.结果表明,随着桥位处风速的增加,主梁悬臂端和跨中水平及竖向位移均呈现非线性增长趋势;结构的位移响应随着风攻角的正负变化而产生变化,风荷载的影响不容忽视.由于主梁刚度较大,在120 m·s^-1风速范围内并没有出现失稳临界状态,但悬臂端水平及竖向位移变化幅度较大,为了保证人员安全及合龙顺利进行,提出3 种抗风措施.     

瓦斯抽采钻孔受限空间内钻屑运移特征

 应用气力输送理论,建立钻屑颗粒群孔内悬浮模型,推导钻屑颗粒群启动最小气流速度求解方程,结合案例分析钻屑颗粒直径、摩擦系数及钻孔倾角对钻屑颗粒群启动速度的影响规律.结果表明,施工俯孔时,最小启动风速存在极值θ_D,θ_D<θ<0 时,伴随钻孔倾角θ绝对值增大,所需最小启动风速v_a逐渐增大,在θ_D～-π/2 范围,伴随钻孔倾角绝对值的增大,所需最小启动风速va呈现小幅度减小趋势;施工仰孔时,存在角度θ_U,当0<θ<θ_U时,伴随仰孔倾角逐渐增大,所需最小启动风速逐渐降低,当θ>θ_U时,钻屑在自重作用下自行滑落;摩擦系数对最小启动风速的影响规律与钻孔倾角类似,当俯孔倾角θ=-π/2 时,不同摩擦系数曲线交于同一点,表明当θ=-π/2 时,最小启动风速与摩擦系数无关.     

单向和双向行人流经过通道瓶颈的实验

通过实验研究了人群经过通道瓶颈时的自组织现象. 采用不同的瓶颈宽度和初始分布,分别进行了单向和双向行人流通过瓶颈的实验, 发现了瓶颈前人群呈类扇形的聚集形态、行人侧身通过狭窄瓶颈和振荡流等现象. 产生该现象的原因是由于行人具有同向跟随、异向避让的行为特征. 另外, 探讨了单向和双向实验在协同性、流量、单位宽度流量等方面的异同. 研究发现: 随着瓶颈宽度的增加, 流量随之增加; 单向实验的单位宽度流量先下降后增大, 而双向实验的单位宽度流量持续下降; 当瓶颈宽度小于肩宽时, 单向流的效率最高, 而当瓶颈宽度略大于肩宽时, 双向流的效率高于单向流.