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多因素耦合下燃气管道非定型弯管冲蚀模拟
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作者 郭凯 严哲楸 凌晓 《化学工程》 北大核心 2025年第4期59-64,共6页
特殊角度弯管在实际燃气管道工程中使用广泛,由于非定型弯管角度特殊,流体流经弯头造成的流速和压力突变使其更易发生冲蚀,甚至致其失效。基于气固两相耦合、DPM(离散相)和冲蚀模型,采用CFD模拟,建立有限元体积数学模型,对兰州市某燃气... 特殊角度弯管在实际燃气管道工程中使用广泛,由于非定型弯管角度特殊,流体流经弯头造成的流速和压力突变使其更易发生冲蚀,甚至致其失效。基于气固两相耦合、DPM(离散相)和冲蚀模型,采用CFD模拟,建立有限元体积数学模型,对兰州市某燃气管线中的106.4°非定型弯管进行冲刷腐蚀模拟,分析实际工况下及耦合不同流速、含水率、颗粒直径等因素时弯管的冲刷腐蚀特性。结果表明:实际工况下颗粒冲蚀集中在外侧壁面,分布面积沿曲面对称,呈“甲虫”状。在耦合流速和质量流率、含水率和流速、粒径和密度、温度和颗粒密度4种情况下,前3种因素与冲蚀速率间均呈“互同”耦合关系,后者呈“互逆”关系。研究发现在流率为0.1 kg/s下,流速增大,冲蚀面积右移,含水率0.008%—0.01%对非定型弯管冲蚀速率影响最大。 展开更多
关键词 燃气管道 非定型弯管 耦合多因素 冲蚀 模拟
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一种基于浸没边界-大涡模拟的降落伞流固耦合计算方法
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作者 张扬 濮天梅 +2 位作者 周春华 欧阳弘扬 童旭东 《空气动力学学报》 北大核心 2025年第2期96-109,I0002,共15页
降落伞充气过程涉及复杂的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)现象,浸没边界(immersed boundary,IB)方法作为一种边界非协调方法,适合处理这种非线性大变形FSI问题。将Mittal等提出的尖锐界面IB方法与大涡模拟(large eddy simul... 降落伞充气过程涉及复杂的流固耦合(fluid-structure interaction,FSI)现象,浸没边界(immersed boundary,IB)方法作为一种边界非协调方法,适合处理这种非线性大变形FSI问题。将Mittal等提出的尖锐界面IB方法与大涡模拟(large eddy simulation,LES)相结合(LES/IB),应用于中高雷诺数(Re)降落伞绕流的模拟。在此基础上,结合非线性有限元方法,建立了一种基于适合复杂外形非均匀湍流的动态Vreman亚格子(Vreman subgrid-scale,Vreman SGS)模型的FSI方法,用于模拟降落伞充气过程。最后,通过经典的圆柱绕流算例(Re=3900)验证所发展的LES/IB方法的准确性。结果表明,LES/IB方法对平均阻力系数(C_(D))、后缘点平均背压系数(-C_(p,b))和斯特劳哈尔数(St)的计算结果与直接数值模拟、LES和实验结果吻合较好,误差均低于8%。此外,利用发展的Vreman SGS模型对典型的圆伞和十字伞充气过程中的气动性能和结构响应进行了分析,并与Smagorinsky SGS模型进行了对比。结果表明,在降落伞充气呼吸阶段,两者对阻力系数和投影面积的计算结果吻合较好,相对误差均在5%以内,验证了本文FSI方法的可靠性。 展开更多
关键词 降落伞充气 流固耦合 浸没边界方法 大涡模拟 亚格子模型
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基于重叠网格技术柔性旗帜与流体耦合运动数值模拟
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作者 杜小振 郭东兴 +3 位作者 王文秀 韩艺 刘晓彤 王淑珺 《科学技术与工程》 北大核心 2025年第2期473-483,共11页
为研究分析自然界与风能采集领域中柔性旗帜与空气流固耦合运动特性,基于空气动力学原理和二维柔性板轴向不可拉伸假设推导旗帜颤振非线性理论模型,研究了旗帜与空气之间的耦合运动,分析长度、质量比和风速对其运动特性影响。利用双向... 为研究分析自然界与风能采集领域中柔性旗帜与空气流固耦合运动特性,基于空气动力学原理和二维柔性板轴向不可拉伸假设推导旗帜颤振非线性理论模型,研究了旗帜与空气之间的耦合运动,分析长度、质量比和风速对其运动特性影响。利用双向流固耦合方法及重叠网格技术对旗帜随风摆动过程进行数值模拟,得出流场中旗帜运动行为及周围流场特性。结果表明:临界颤振风速随旗长增加而减小,摆动位移随风速增加先增大后减小;质量比越大,颤振频率越小,斯特劳哈尔数受其影响较小;旗帜尺寸一定时,风速较小,摆动位移、频率较小,风速超过临界颤振风速发生大幅度颤振现象;旗帜周围漩涡会经历产生、脱落和消失过程,周围压力及速度会随漩涡运动过程发生变化。可见采用基于重叠网格技术的数值模拟方法可有效解决柔性旗帜大变形问题,实现理论与数值仿真验证分析。 展开更多
关键词 柔性旗帜 流固耦合 重叠网格 流场 数值模拟
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考虑斜坡地形影响的光伏组件流固耦合风致振动数值模拟研究
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作者 陈伏彬 王羽 +1 位作者 祝瑜哲 王薇嘉 《太阳能学报》 北大核心 2025年第3期404-411,共8页
为研究斜坡地形对光伏组件风振特性影响,基于流固耦合(FSI)方法开展光伏阵列风致响应的数值模拟研究,分析光伏阵列流场特征以及光伏组件风振响应模态,揭示位于不同坡度斜坡上的光伏组件在不同离地高度、间距上所表现出的风振特性。结果... 为研究斜坡地形对光伏组件风振特性影响,基于流固耦合(FSI)方法开展光伏阵列风致响应的数值模拟研究,分析光伏阵列流场特征以及光伏组件风振响应模态,揭示位于不同坡度斜坡上的光伏组件在不同离地高度、间距上所表现出的风振特性。结果表明:1)坡面引起气流堵塞,致使光伏组件位移幅值增加,同时也降低光伏阵列中前排光伏组件对后排光伏组件的遮挡效应;2)从流场特征中可看出,迎风前缘的首块光伏组件产生旋涡,脱落于后排区域,致使第2块光伏组件前流场变得复杂,第3块光伏组件周流场则相对稳定,说明越处于下游的光伏组件受流场影响越小;3)光伏组件的振动由低阶振型主导,坡面对后排光伏组件振动有较大影响;4)间距增大对位于坡面上的光伏阵列振动响应有影响,且随着坡角的增大影响更加显著;5)增加坡面上光伏阵列的高度,首块光伏组件位移幅值变化较为明显,其余两块光伏组件影响较小。 展开更多
关键词 光伏组件 地形 流固耦合 风致振动 数值模拟
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空间非均匀TOPMODEL与陆面模式SSiB4的耦合及流域水文模拟
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作者 王倩 丹利 邓慧平 《气候与环境研究》 北大核心 2025年第3期311-321,共11页
为了寻求合理简化的流域地形指数水文模型TOPMODEL(Topographic Index model)用于大尺度的陆面模式,推导了土壤表层饱和导水率k0、衰减因子f和地下水补给速率R空间都可变的扩展的TOPMODEL,并将f空间非均匀分布的TOPMODEL与陆面模式SSiB... 为了寻求合理简化的流域地形指数水文模型TOPMODEL(Topographic Index model)用于大尺度的陆面模式,推导了土壤表层饱和导水率k0、衰减因子f和地下水补给速率R空间都可变的扩展的TOPMODEL,并将f空间非均匀分布的TOPMODEL与陆面模式SSiB4耦合(SSiB4/GTOP)。通过耦合模型在f空间非均匀条件下进行实际流域的水文模拟,分析f空间非均匀对流域土壤湿度、蒸散发、地表径流、基流和总径流的影响。主要结论有:(1)k0和R的空间变化并不改变经典TOPMODEL原有关系式,只要定义新的地形指数,k0和R空间非均匀TOPMODEL与空间均匀的TOPMODEL并无区别;(2) f空间变化条件下由于局地的地下水埋深还与局地的f值有关,地形指数相同的区域具有水文相似性这一结论不再成立;(3)与f空间均匀的模拟结果相比较,f随海拔高度h i增加而线性减小使模拟的流域土壤湿度、地表径流和流域蒸散减小但使基流和总径流增加;(4) f空间非均匀对流域水文模拟结果有影响,但其影响明显小于流域地形因子的影响。 展开更多
关键词 空间非均匀性 扩展的TOPMODEL推导 耦合模型SSiB4/GTOP 流域水文模拟 f空间非均匀影响
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基于分布式水文水动力耦合模型的秦淮河流域洪水模拟 被引量:2
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作者 王雨洁 李致家 +1 位作者 姚成 牛颢然 《河海大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期11-18,114,共9页
为更准确地模拟秦淮河流域洪水演进情况,采用松散耦合方法,结合水文、水动力过程,构建了分布式水文模型与一维、二维水动力耦合模型,该模型在上游采用网格新安江模型,下游则结合一维与二维水动力模型模拟复杂水流动态,在河道采用一维模... 为更准确地模拟秦淮河流域洪水演进情况,采用松散耦合方法,结合水文、水动力过程,构建了分布式水文模型与一维、二维水动力耦合模型,该模型在上游采用网格新安江模型,下游则结合一维与二维水动力模型模拟复杂水流动态,在河道采用一维模型,在主要城区采用二维模型进行模拟,形成全流域的分布式水文水动力耦合模型。验证结果表明:该模型能够有效模拟2015-2020年间的5场洪水,模拟结果的平均纳什效率系数达0.932,验证了模型的高精度与可靠性。以20200713号洪水为例模拟了下游南京市城区的淹没情况,发现秦淮河下游城区多处区域(如郑淮路、凤凰东街、武定门闸区域等)存在显著淹没风险,最大淹没水深均超过0.5m。 展开更多
关键词 水文水动力耦合模型 洪水淹没模拟 网格新安江模型 秦淮河流域
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基于水-热-化耦合数值模拟的地热田开发方案优化设计--以河北雄安新区岩溶热储为例
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作者 刘健 曹强 +3 位作者 任小庆 卢星辰 刘一茗 杨宝林 《石油实验地质》 北大核心 2025年第2期406-416,共11页
为优化河北雄安新区岩溶热储的地热资源开发方案,在构建三维地质模型的基础上,对地热田开采状态进行水—热—化多场耦合数值模拟。通过敏感性分析,探讨开采时间、采灌流量、井距、回灌温度和回灌率等关键参数对地热田开发效果的影响。... 为优化河北雄安新区岩溶热储的地热资源开发方案,在构建三维地质模型的基础上,对地热田开采状态进行水—热—化多场耦合数值模拟。通过敏感性分析,探讨开采时间、采灌流量、井距、回灌温度和回灌率等关键参数对地热田开发效果的影响。结果表明,地热井开采时间延长会导致温度下降和热突破现象,在现有开发场景下,100年开采周期内雄县及容城地区部分地热井温度下降可达4℃。减少开采流量或增加井距能有效延缓热突破,延长地热田寿命。在雄县地区,建议井距保持在500~600m。回灌温度对地热田整体温度场影响不大,但降低回灌温度可提高热利用率。回灌率对地下水位影响显著,100%回灌率能维持地下水位稳定,而90%回灌率会导致地下水位持续下降。总之,合理调整开采周期、采灌流量、井距和回灌策略,可以有效延长地热田的使用寿命,并提高资源利用效率。 展开更多
关键词 地热田开发方案 水—热—化耦合数值模拟 岩溶热储 雄安新区
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SPH-DEM耦合模拟方法在啮合型双螺杆挤出机中的应用
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作者 杨文明 谢林生 +2 位作者 王玉 马玉录 李果 《化工进展》 北大核心 2025年第7期3748-3756,共9页
为探究啮合型双螺杆挤出机内固液两相物料的流动方式、颗粒受力及两相混合过程,本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)与离散单元法(DEM)耦合的方法进行了仿真模拟。由于其无网格特性,SPH方法能够有效克服有限元方法在针对啮合型双螺杆这一... 为探究啮合型双螺杆挤出机内固液两相物料的流动方式、颗粒受力及两相混合过程,本文采用光滑粒子流体动力学(SPH)与离散单元法(DEM)耦合的方法进行了仿真模拟。由于其无网格特性,SPH方法能够有效克服有限元方法在针对啮合型双螺杆这一特殊结构上划分网格困难的问题。基于所建立的流体单元模型、流体黏度模型和固体颗粒模型、颗粒接触模型等,对啮合型双螺杆的螺纹段和捏合块段内固液两相物料的流动混合过程进行了模拟,分析了固液两相物料分别在挤出机输送段和混合段的受力行为以及流动过程中的相互作用。模拟结果表明:流体包裹固体颗粒的混合物料在挤出机中的流动方式为随螺杆作周向转动的同时沿轴向方向缓慢推进,在加料12s后混合物料到达出口;混合物料在捏合块段的受力明显大于螺纹段,颗粒受到的法向力、切向力和流体力最大值均出现在第一个捏合盘区域;固液两相物料在捏合块段的填充程度和混合效果均高于螺纹段,混合后物料的Lacey混合指数高达0.9。 展开更多
关键词 SPH-DEM耦合方法 啮合型双螺杆 固液混合 颗粒受力 多相流 计算机模拟
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CoSim:一个用于多过程、多相态及多尺度分析的耦合模拟器
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作者 徐文杰 周乾 +4 位作者 冯泽康 张杨杨 王君豪 陈雍之 欧阳鹏浩 《防灾减灾工程学报》 北大核心 2025年第2期247-262,共16页
多过程、多相态、多尺度(“3M”)是自然界及工业、工程领域共同面临及亟待解决的问题。数值计算是现代科学研究和工程分析的重要范式。从“3M”的物理力学机制出发,以不同数值方法的优势为基础,发展耦合算法实现数值方法间的优势互补,... 多过程、多相态、多尺度(“3M”)是自然界及工业、工程领域共同面临及亟待解决的问题。数值计算是现代科学研究和工程分析的重要范式。从“3M”的物理力学机制出发,以不同数值方法的优势为基础,发展耦合算法实现数值方法间的优势互补,形成以算法间的“耦合”为特色,并以GPU并行加速为支撑实现大规模、高性能计算分析,研发了新型的高性能数值计算平台—耦合模拟器(CoSim)。CoSim软件目前涵盖固体力学、流体力学及不同算法间的耦合,共16个求解器模块和1个CAE模块,突破了现有大部分软件集中于单一算法难以解决复杂“3M”问题模拟的瓶颈,有效地实现了岩土体及其它材料在“变形→渐进破坏→灾变”全过程中的连续‐非连续、连续→破裂、流体‐固体、细观‐宏观的耦合分析,以更好地逼近复杂实际的物理力学过程,为解决复杂的“3M”问题提供了有效的新质生产力。 展开更多
关键词 耦合模拟 数值计算 地质灾害 耦合算法 流-固耦合
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断背斜储层物性演化及流固耦合数值模拟——以库车坳陷克拉苏构造带白垩系储层为例
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作者 汪顺宇 王健 +3 位作者 李勇 王阿瑞 陈美伊 刘可禹 《东北石油大学学报》 北大核心 2025年第2期30-45,70,共17页
以库车坳陷克拉苏构造带逆冲断层相关褶皱为研究对象,分析断背斜储层的粒间体积分布特征,采用流固耦合数值方法模拟断背斜的形成过程与物性演化,评价构造挤压与流体流动对储层物性演化的控制作用。结果表明:在库车坳陷克拉苏构造带的断... 以库车坳陷克拉苏构造带逆冲断层相关褶皱为研究对象,分析断背斜储层的粒间体积分布特征,采用流固耦合数值方法模拟断背斜的形成过程与物性演化,评价构造挤压与流体流动对储层物性演化的控制作用。结果表明:在库车坳陷克拉苏构造带的断背斜形成过程中,储层处于压应变状态,受外弧扩张作用和逆断层的影响,断背斜的枢纽和后翼是高孔隙度储层的优势发育部位。晚期构造挤压型超压对储层储集空间的保护作用有限,保护孔隙度为0.25%~0.47%和0.18%~0.43%的断背斜枢纽和后翼免受构造挤压应力的破坏。压应变演化路径控制储层孔隙度演化,早期强压应变导致孔隙度快速下降,后期外弧扩张作用抵消部分压应变,早期损失的储层孔隙度不能完全恢复。该结果为挤压背景下的断背斜优质储层分布及预测提供依据。 展开更多
关键词 储层物性演化 流固耦合数值模拟 构造 流体 断背斜 有限元 白垩系 克拉苏构造带 库车坳陷
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矢量推力模拟测试装置耦合及解耦
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作者 孙文举 任宗金 +3 位作者 李新阳 林山 周伟 张军 《航空发动机》 北大核心 2025年第3期148-153,共6页
针对航空发动机试车台进行矢量推力试车时维间耦合误差较大的问题,以航空发动机模拟测试装置为研究对象,提出了一种基于鲸鱼优化算法的神经网络解耦方法。在理想情况下,通过对测试装置的测量分析,以及基于螺旋理论推导出矢量力解算方程... 针对航空发动机试车台进行矢量推力试车时维间耦合误差较大的问题,以航空发动机模拟测试装置为研究对象,提出了一种基于鲸鱼优化算法的神经网络解耦方法。在理想情况下,通过对测试装置的测量分析,以及基于螺旋理论推导出矢量力解算方程进行的各向同性分析,得到了测试装置理论耦合关系,开展了测试装置矢量标定试验。试验结果表明:测力组件受力产生的轴线偏移现象导致测试装置产生了非线性维间耦合且耦合较大。选用了基于鲸鱼优化算法的BP神经网络对测试装置进行解耦分析,并与传统线性最小二乘法解耦、BP神经网络解耦结果进行对比,结果表明:基于鲸鱼优化算法的BP神经网络解耦效果最好,测试数据的耦合误差从8.822%减小到2.581%,减小了70.744%。该解耦方法大幅减小了耦合误差,为实际航空发动机试车台的高精度解耦测量提供了有效的方法支撑。 展开更多
关键词 矢量推力 模拟测试装置 维间耦合 解耦 鲸鱼优化算法 神经网络 航空发动机
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柔性耦合边界下饱和土不排水三轴试验模拟方法研究
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作者 张杰 聂如松 +1 位作者 谭永长 李列列 《计算力学学报》 北大核心 2025年第2期258-263,328,共7页
针对目前离散元(DEM)中柔性耦合边界无法模拟不排水三轴试验的现状,将流体耦合算法(CFM)与柔性耦合边界构建方法结合起来,从而将柔性耦合边界扩展到不排水三轴试验模拟中。首先,通过CFM与DEM耦合实现了刚性边界下饱和土的固结不排水(CU... 针对目前离散元(DEM)中柔性耦合边界无法模拟不排水三轴试验的现状,将流体耦合算法(CFM)与柔性耦合边界构建方法结合起来,从而将柔性耦合边界扩展到不排水三轴试验模拟中。首先,通过CFM与DEM耦合实现了刚性边界下饱和土的固结不排水(CU)三轴试验模拟,将结果与常体积法(CVM)进行对比,验证了CFM-DEM耦合的可靠性。其次,进行了柔性耦合边界下饱和土的CU三轴试验模拟,将其与刚性边界下的模拟结果进行对比,证明了柔性耦合边界的优势。最后,采用基于柔性耦合边界的CFM-DEM模型进一步模拟了不同初始孔隙率饱和土试样的CU三轴试验,研究了不同初始孔隙率试样的不排水剪切特性,结果表明提出的模拟方法可以重现室内试验中孔隙率造成的试样应力路径的转变,初步证明所提方法的有效性。该方法为进一步从细观角度认识饱和土的不排水剪切特性提供基础。 展开更多
关键词 离散元模拟 柔性耦合边界 固结不排水三轴 流体耦合算法 饱和土
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煤矿开采水浸弱化流固耦合模拟方法与工程应用
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作者 张村 黄玄皓 +3 位作者 王永乐 师旭涛 王方田 韩鹏华 《煤炭科学技术》 北大核心 2025年第6期407-417,共11页
煤矿开采造成覆岩含水层涌入开采区域,弱化煤岩体强度进而造成巷道煤柱等失稳。基于此,针对煤矿开采水岩作用弱化工程问题,提出了水浸弱化流固耦合模拟方法,可以实现采动水浸过程中煤岩体渗透率和强度的实时更新。以离散元方法为主详细... 煤矿开采造成覆岩含水层涌入开采区域,弱化煤岩体强度进而造成巷道煤柱等失稳。基于此,针对煤矿开采水岩作用弱化工程问题,提出了水浸弱化流固耦合模拟方法,可以实现采动水浸过程中煤岩体渗透率和强度的实时更新。以离散元方法为主详细论述了模拟实现的主要流程,并进一步讨论了有限元模拟方法实现的主要特点。离散元模拟方法主要通过应力和裂隙开度更新渗透率,同时提出了考虑裂隙可压缩性变化的变节理刚度模拟方法。在水渗入节理裂隙中,含水率的更新则通过节理开度变化计算。在煤岩体发生屈服前,煤岩体强度弱化可以根据含水率与煤岩体强度的关系进行更新。相比于离散元模拟方法,有限元模拟方法渗透率更新需要考虑各向异性,饱和含水率的更新则根据孔隙率计算。在此基础上,通过模拟充水断裂构造巷道围岩弱化验证了本文模拟方法的可行性,并进一步通过巷道顶板下沉和围岩裂隙发育实测结果验证了模拟结果的可靠性。最后,讨论和展望了提出的水浸弱化流固耦合模拟方法,认为掌握煤岩体力学渗流特征的尺度效应以及模拟中实现长期水浸弱化更有助于煤矿水岩作用工程问题分析。 展开更多
关键词 煤矿开采 水浸弱化 渗透率更新 流固耦合 数值模拟
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基于耦合模型的钦江流域水土流失模拟研究
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作者 张志勇 李勋贵 +5 位作者 杨其永 孙剑 李政昌 赵张 甘富万 陈立华 《广西大学学报(自然科学版)》 北大核心 2025年第2期287-298,共12页
为了研究平陆运河所在的钦江流域水土流失变化规律,建立了水文水动力耦合模型。通过土壤与水评估工具(SWAT)模型模拟了2005—2019年钦江径流和泥沙输移过程,并耦合水文工程中心-河流分析系统(HEC-RAS)模型对钦江流域上游河道(陆屋水文... 为了研究平陆运河所在的钦江流域水土流失变化规律,建立了水文水动力耦合模型。通过土壤与水评估工具(SWAT)模型模拟了2005—2019年钦江径流和泥沙输移过程,并耦合水文工程中心-河流分析系统(HEC-RAS)模型对钦江流域上游河道(陆屋水文站以上长度约12 km的干流)开展水动力模拟。研究结果表明:(1)SWAT模型在径流和泥沙模拟结果中纳什效率系数(NSE)值均大于0.561,表明该模型在钦江流域具有较好的适用性;(2)HEC-RAS模型在5次洪水事件的流量、水位模拟中,NSE值均大于0.758(除2017-07-09场次的NSE值为0.420外),表明模型在河道洪水演进模拟中具有较强的稳健性;(3)钦江流域的主要沙源位于陆屋江上游,该区域为土壤侵蚀严重敏感区域。 展开更多
关键词 水土流失模拟 水文水动力耦合 土壤与水评估工具 水文工程中心-河流分析系统 钦江流域 平陆运河
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基于SD-PLUS耦合模型的杭州市土地利用多情景模拟 被引量:1
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作者 蔚芳 蒋雨薇 《农业资源与环境学报》 北大核心 2025年第1期44-56,共13页
气候变化威胁全球粮食安全并造成土地退化和荒漠化,反之土地系统问题又成为气候变化的驱动因素。为探讨在气候变化背景下如何合理配置土地资源,本研究基于2020年IPCC(政府间气候变化专门委员会)发布的共享经济路径(SSPs)与典型浓度路径(... 气候变化威胁全球粮食安全并造成土地退化和荒漠化,反之土地系统问题又成为气候变化的驱动因素。为探讨在气候变化背景下如何合理配置土地资源,本研究基于2020年IPCC(政府间气候变化专门委员会)发布的共享经济路径(SSPs)与典型浓度路径(RCPs)耦合的SSP1-2.6、SSP2-4.5和SSP5-8.5气候情景,构建并验证了综合考虑社会经济因素及气候变化因素的SDPLUS耦合模型,以2000—2020年为历史数据,模拟了2030年杭州市三种气候情景下的土地利用变化。结果表明:SD模型预测误差在5%以内,PLUS模型模拟结果Kappa系数为0.84,总体精度为0.93,SD-PLUS耦合模型能够较为精确地反映土地利用变化情况。三种情景下土地利用变化整体上呈现生态用地向耕地和建设用地转移,但仍存在差异性:SSP2-4.5和SSP5-8.5情景生态用地在临安区、富阳等中心城区周边地区转移为建设用地,SSP5-8.5情景变化最为激烈,建设用地大幅扩张了608.94 km^(2);只有SSP1-2.6情景下建设用地在各市区中心周边有序扩张,生态用地减少得到控制。SSP1-2.6情景下,保护生态用地能够有效避免建设用地无序扩张,提升土地利用效率,实现区域均衡发展。研究表明,基于气候变化背景的SD-PLUS耦合模型能够有效模拟不同气候情景下杭州市土地利用空间格局的变化趋势,研究结果可为杭州市未来经济发展与生态保护区域协同提供科学支撑。 展开更多
关键词 气候变化 SD-PLUS耦合模型 土地利用 SSP-RCP情景 多情景模拟 杭州市
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高超声速飞行器流场电磁场全耦合数值模拟
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作者 李恒 金科 +3 位作者 寇勇 李凯 王斌 叶柳青 《宇航学报》 北大核心 2025年第5期862-873,共12页
针对磁流体力学两种经典方法,低磁雷诺数近似方法和全磁流体力学方法均无法适用于高超声速飞行器流场电磁耦合问题数值模拟及分析的问题,以流场N-S方程求解和电磁场双曲Maxwell方程求解为基础,将相关数值方法深度整合起来,建立了适用于... 针对磁流体力学两种经典方法,低磁雷诺数近似方法和全磁流体力学方法均无法适用于高超声速飞行器流场电磁耦合问题数值模拟及分析的问题,以流场N-S方程求解和电磁场双曲Maxwell方程求解为基础,将相关数值方法深度整合起来,建立了适用于高超声速飞行器流场电磁场耦合分析的全耦合数值模拟方法。对3个经典的磁流体力学算例,Brio-Wu激波管、Orszag-Tang vortex和Strong blast进行了分析,数值模拟结果与文献吻合良好。对典型高超声速飞行器外加偶极子磁场下不同磁雷诺数的流场电磁场耦合问题进行了分析,数值模拟结果表明:在小磁雷诺数Re_(m)=0.125 9时,是否考虑感生磁场对导电流体作用对激波脱体距离和壁面压强分布的影响可以忽略。在中等磁雷诺数Re_(m)=1.889 2时,忽略感生磁场作用会导致过高估计激波脱体距离33.3%,过高估计壁面压强峰值17.5%。文章的数值模拟方法适用于高超声速飞行器典型飞行工况,为高超声速飞行器流场电磁耦合问题分析提供了一种有效方法。 展开更多
关键词 计算流体力学 磁流体力学 耦合 数值模拟 高超声速飞行器
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基于离散裂隙等效连续介质耦合模型的哈尔克山裂隙网络模拟
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作者 漆琳靖 王泽清 +2 位作者 那金 岑畅 马军 《吉林大学学报(地球科学版)》 北大核心 2025年第4期1256-1268,共13页
哈尔克山位于天山北部,复杂的地质结构和强烈的地形切割导致该地区断裂发达,河谷裂隙发育。哈尔克山地区对天山北麓整体水资源及生态环境有重要影响,为了对其进行地下水渗透能力评价研究,探讨该区域基岩裂隙渗透特征,基于离散裂隙网络模... 哈尔克山位于天山北部,复杂的地质结构和强烈的地形切割导致该地区断裂发达,河谷裂隙发育。哈尔克山地区对天山北麓整体水资源及生态环境有重要影响,为了对其进行地下水渗透能力评价研究,探讨该区域基岩裂隙渗透特征,基于离散裂隙网络模型(DFN)与等效连续介质模型(ECM)的理论基础,提出一种离散裂隙等效连续介质耦合模拟方法。首先,基于研究区水文地质背景,结合其天然裂隙网络特征,开展区域裂隙空间特征分析;然后,根据天然裂隙网络特征开展离散裂隙网络模拟,构建符合实际区域地质条件的离散裂隙网络模型;最后,基于等效介质模型理论,耦合裂隙与地质单元体,计算裂隙网络等效渗透率。结果表明:研究区裂隙受哈尔克山断裂构造影响,整体走向呈NWW向和NEE向;区域裂隙隙宽服从对数正态分布,裂隙在空间分布上服从Fisher分布;裂隙等效半径为312.9~780.6 m,隙宽为1.43~25.19 mm,渗透率为2.3~66.7 mD①,裂隙密度为0.10~5.25 m^(-1);等效渗透率xx方向为0.050~1.877 mD,yy方向为0.050~1.947 mD,zz方向为0.100~2.825 mD,整体区域渗透率均小于3 mD;哈尔克山地区基岩裂隙网络渗透率较低,断裂带及河谷裂隙发育带是山区地下水的主要运移通道。将模拟结果同前期开展的水文地质试验结果对比,二者数值较为相近,证明离散裂隙等效连续介质耦合模拟方法的可靠性。 展开更多
关键词 离散裂隙网络模型 等效连续介质模型 哈尔克山 离散裂隙等效连续介质耦合模拟 水文地质
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用于高矿化度矿井水低碳化处理的RO-PRMD耦合系统的构建及模拟研究
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作者 李鹏 刘兆峰 +3 位作者 武洋 李杰 郭强 李井峰 《水处理技术》 北大核心 2025年第6期62-68,共7页
膜基浓缩技术已成为高矿化度矿井水零排放处理的主流技术之一,然而高浓缩倍率导致反渗透工段操作压力剧增,能耗陡升。本文以废热利用及脱盐低碳化为目标,首先在原有零排放工艺中引入压力延迟膜蒸馏(PRMD)热能-机械能转化单元,提出基于P... 膜基浓缩技术已成为高矿化度矿井水零排放处理的主流技术之一,然而高浓缩倍率导致反渗透工段操作压力剧增,能耗陡升。本文以废热利用及脱盐低碳化为目标,首先在原有零排放工艺中引入压力延迟膜蒸馏(PRMD)热能-机械能转化单元,提出基于PRMD的膜集成耦合系统,将低品质废热(如地热尾热)转化为流体机械能,实现高矿化度矿井水的脱盐浓缩低碳化,从而进一步降低脱盐能耗。其次,在理想溶液体系下对微元尺度下的PRMD系统进行模拟研究,结果显示,在设定的各变量范围内,微元渗透通量随温差的增大而增大,随进料流量的增大而增大,随水力压力差、热测、冷侧料液浓度的变化而变化不大;确定最优的操作条件温差70℃、进料流量0.80 kg/s、冷侧水力压力9.00 bar。最后,在膜组件尺度下计算出单个PRMD膜元件内流体温度、压力及流量分布,并在系统尺度下构建可评估RO-PRMD耦合系统技术-经济性的数学模型,模拟结果显示,耦合系统的吨水能耗随系统产水量的增加而下降,但耦合系统较独立RO系统节省的吨水能耗量呈现下降趋势,且在高回收率下吨水能耗节省量要低于低回收率(10000 m^(3)/d系统产水量,低回收率下最多可节省0.17 kWh/m^(3),而高回收率仅可最多节省0.15 kWh/m^(3));若以本文选用的膜元件作为PRMD基本装配单元,不考虑膜以外其他固定资本投资,且耦合系统节省能耗若全部用于PRMD膜购置及更换,当前疏水膜最大承受压力(9 bar)下计算得到的系统盈亏平衡时膜最高价格远低于国产商品膜目前的高位价格,但是若提高至26 bar以上,即可实现一定的经济效益。因此,本文提出的RO-PRMD耦合可实现高矿化矿井水脱盐低碳化,但若实现其更大的经济效益,须在保证疏水膜高渗透通量的同时,提升疏水膜的液体浸润压力。 展开更多
关键词 高矿化度矿井水 耦合系统 压力延迟膜蒸馏 脱盐低碳化 模拟
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棉纱纬平针织物的热湿耦合仿真模拟
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作者 邓智豪 荣政 +2 位作者 刘为炜 唐宁 武维莉 《现代纺织技术》 北大核心 2025年第5期116-125,共10页
为探究在服装内外环境存在差异的情况时的织物热湿传递机理,提出了一种预测棉纱纬平针织物热湿耦合传递的仿真模型。采用光学显微镜观测织物试样的几何结构,利用AutoCAD建模软件创建织物的三维几何模型;使用COMSOL有限元仿真软件,建立... 为探究在服装内外环境存在差异的情况时的织物热湿传递机理,提出了一种预测棉纱纬平针织物热湿耦合传递的仿真模型。采用光学显微镜观测织物试样的几何结构,利用AutoCAD建模软件创建织物的三维几何模型;使用COMSOL有限元仿真软件,建立包含静止空气的织物热湿耦合仿真模型,并根据人体穿着服装的实验数据设置边界载荷,运算得到仿真模型的温度、相对湿度分布云图与数据;将织物系统模型的模拟热湿阻结果与实验对比,验证仿真模型的有效性和准确性。结果表明:当纬平针织物内发生热湿耦合传递时,皮肤表面的热量主要通过线圈串套区域向外界传递,而线圈内静止空气的传热量较少;皮肤表面的汗液蒸发后,水分优先被纱线吸收,再通过织物孔隙中的空气向外界扩散。在热湿耦合传递达到动态平衡后,织物系统的模拟热阻相对误差为2.3%,模拟湿阻的相对误差为4.2%。研究表明将有限元仿真模拟技术应用于纺织品的物理性能研究中具备可行性,为探究针织物在日常穿着状态下的热湿耦合传递现象提供理论参考。 展开更多
关键词 棉纱纬平针织物 三维几何模型 热湿耦合传递 有限元仿真模拟技术
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FDM-DEM耦合方法模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击试验
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作者 李云丽 杨振睿 吴文平 《计算力学学报》 北大核心 2025年第1期19-25,共7页
全球对月球的探索在近几年再次掀起一阵热潮,下一阶段的探月任务主要集中于对月球极地的取样与资源勘探,涉及月球极地水冰模拟物大量动力学问题的研究。本文采用有限差分法(FDM)与离散元法(DEM)的耦合方法,开展了月壤水冰模拟物的分离... 全球对月球的探索在近几年再次掀起一阵热潮,下一阶段的探月任务主要集中于对月球极地的取样与资源勘探,涉及月球极地水冰模拟物大量动力学问题的研究。本文采用有限差分法(FDM)与离散元法(DEM)的耦合方法,开展了月壤水冰模拟物的分离式霍普金森压杆(SHPB)试验模拟,研究了月壤水冰模拟物在冲击载荷下的动力学性能及损伤特性。通过与试验结果对比,发现本文提出的FDM-DEM模型能够很好模拟月壤水冰模拟物的SHPB冲击测试。获得了月壤水冰模拟物峰值强度与应变率的关系,发现月壤水冰模拟物表现出应变率增强效应,即应变率越高,峰值应力越大,这与砂土的应变率不敏感性存在明显差异。冲击过程中,试样的损伤随着冲击速度的增加而增大,但损伤持续时间变短。损伤裂纹首先出现在试样与压杆的交界处,随着试样的压实,试样内部产生裂纹,最终内外部裂纹相互扩展交汇,直至破坏。研究结果为深入理解月球极地月壤水冰模拟物的动力学性能和失效行为提供了重要的参考。 展开更多
关键词 月壤水冰模拟 分离式霍普金森压杆(SHPB)试验 FDM-DEM耦合 动态冲击特性 破坏形态
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