电站锅炉燃烧器的数值模拟与应用

本文以电站锅炉旋流燃烧器为研究对象,应用大型商用软件FLUENT,基于结构化网格的有限体积法,采用标准RNG k-ε湍流模型,研究了二次风速在40m/s、50m/s、60m/s三种不同工况下燃烧室内的速度场、温度场、湍流强度的分布及变化规律,并进行了对比分析。结果表明:随着二次风速的增大,燃烧室内的温度场分布均匀,但局部区域存在空气剧烈流动现象,将对燃烧器的内壁造成磨损。此结论可为电站燃烧器的实际运行调整工作提供参考依据。     

基于 Fluent 的锂离子电池及模组风冷温度场数值研究

为了研究锂离子电池充（放）电过程中热性能特点,更好地进行热管理分析,基于 Fluent 软件建立锂离子电池组三维瞬态散热模型并对温度场进行仿真计算,分析不同条件对电池及模组散热性能的影响。结果表明：减小充（放）电倍率和增大表面对流换热系数可改善电池因温度过高而导致的热失控。进口风速从 0.5 m/s增至 6 m/s 且 4C 充电终止时,电池组最高温度、平均温度、温差、一致性系数降低了 33.57 K、21.23 K、9.84 K 和 2.82%,但泵功耗增加了 0.35 W。进风温度从 298.15 K 降至 283.15 K 且 4C 充电终止时,电池组最高、平均温度降低 12.8 K 和 13.92 K,温差与一致性系数升高 1.86 K 和 0.76%。即增大风速,电池组温升和温度均匀性得到改善;降低进风温度,可控制电池组温升,但温度均匀性抑制效果变差。     

方形锂离子电池热行为集总建模仿真与实验

针对锂离子电池电化学产热机理复杂、热分析建模参数多等问题,引入集总模型思想,建立单体方形电池少参化产热模型。通过大量实验、数据分析,辩识电池热物性参数,获得基于真实物理参数的热行为仿真集总模型。对比单体电池在不同放电倍率下温度场的实验数据和仿真结果发现：在0.2、0.5、1 C恒流放电工况下,集总模型对电池表面温度的预测误差均低于0.55℃,误差率小于1.94%,达到实际工程预测精度要求。该研究结果可为商业化锂离子电池热行为分析提供参考。     

高速飞行器化学气相沉积ZnS窗口材料气动热和应力数值模拟研究（英文）

研究目的:基于飞行器外流场的分析,计算窗口材料的温度场和应力场。创新要点:1.通过流场分析,得到窗口处热流密度和换热系数;2.通过热-结构分析,得到窗口的温度场和应力场;3.为窗口材料的气动力和气动热的材料破坏提供理论依据。研究方法:1.计算标准大气情况下,高度为15 km、马赫数分别为3、4、5和6时飞行器的流场;2.根据流场分析得到数据,用有限元法计算红外窗口的热-结构场。重要结论:1.当马赫数为6时,材料的最大应力高于材料的强度,材料失效;2.当马赫数为3、4和5时,材料的最大温度和最大应力均低于安全值,材料符合条件。     

少量管冻结稳态温度场数学模型（英文）

目的:少量任意布置冻结管冻结的稳态温度场无解析解。建立任意布置少量管冻结稳态温度场模型,获得解析解,解决人工冻结温度场理论问题。创新点:1.基于势函数叠加原理,确立人工地层冻结中少量管冻结稳态温度场的通用求解方法;2.建立任意布置的3根和4根非等温冻结管下冻结稳态温度场数学模型,获得其解析解通解及特解。方法:1.通过理论分析,将冻结管简化为热汇点源,确定人工地层冻结热势的拉普拉斯方程表述;2.应用势函数叠加原理建立少量管冻结稳态温度场的通用求解方法;3.建立少量管冻结稳态温度场的数学模型,通过理论推导获得温度场解析解;4.通过数值模拟,验证所提方法、数学模型和解析解的正确性和准确性。结论:1.将冻结管简化为点源(热汇),其冻结形成的热势场服从拉普拉斯方程,其解即为热势函数;2.多根冻结管冻结时,将单根冻结管的热势函数叠加,由冻结管的位置决定每根冻结管的热流,再根据边界条件定解。这一方法(即势函数叠加法)可以用于任意布置冻结管冻结稳态温度场解析解的求解;3.将冻结管简化为点源导致获得的解析解存在一定的误差,但误差仅发生在冻结管附近极小的范围内,并且误差微小,完全满足工程上的精度要求。     

深埋圆形富水隧道应力与位移的弹塑性解（英文）

研究目的:推导获得深埋圆形富水隧道应力场与位移场分布的弹塑性解析解。创新要点:基于弹性力学厚壁圆筒受均布压力的拉姆解答和Mohr-Coulomb屈服条件,推导了考虑渗流作用和应力释放时含衬砌深埋隧道的弹塑性解,并采用FLAC3D有限差分程序验证了其正确性。研究方法:通过理论分析建立考虑渗流作用和应力释放的含衬砌深埋圆形隧道的解析模型(图1),然后推导了基于Mohr-Coulomb屈服准则的隧道围岩与衬砌渗流场、位移场和应力场计算的弹塑性解析公式,并通过数值模拟程序(图2)验证了推导公式的正确性。重要结论:基于前人研究基础,推导获得了深埋富水隧道应力与位移场分布的理论解析解,并通过数值模拟方法验证了其正确性。该解析解一方面可以用于深埋高水头隧道的预设计,如预测隧道周围的水压力、应力场和位移场分布规律,另一方面可用于校核大型复杂数值模型的正确性。     

液氮冻结竖直向与水平向温度场特性

分析液氮冻结的现场实施情况,结合工程背景资料建立数值分析模型,通过计算分析并与现场实测成果验证,系统研究液氮冻结过程中竖直方向与水平方向温度场分布特征及其变化规律。结果表明：液氮冻结通过沸腾吸热与对流换热方式达到降温冻结的效果,相较于盐水循环冻结方式,液氮冻结效率高,周期短;但其冻结温度场分布不均匀,在竖直方向上存在较大温差,温度最低区域分布在液氮沸腾区范围,而水平方向上分布较为均匀;温度场中低温区域并不在两排冻结管之间均匀发展,冻结区域向连续墙方向发展的速度比土体方向发展速度快。基于研究成果,提出了液氮冻结加固设计、施工的优化建议,为今后液氮冻结工程提供理论依据与技术参考。     

喷孔上游涡流发生器诱导下的横向射流流动特性研究（英文）

目的:通过在喷孔上游安装涡流发生器(VG)来研究超声速横向射流(JISC)的流动特性。采用纳米粒子平面激光散射(NPLS)和空间粒子图像测速(SPIV)技术对流场进行观测,并设计三种工况进行对比实验,以研究横向射流的流动特性。创新点:1.采用NPLS和SPIV为实验观测手段,定量化地研究涡流发生器对超声速来流的穿透深度和横向扩散的影响;2.根据实验观测结果展示涡流发生器与横向射流相互作用的流场特性,揭示涡流发生器的混合增强机理。方法:1.采用NPLS流场进行观测,获得瞬态流场灰度图(图6、7和10～12),并分析不同观测平面的瞬态流场结构;2.基于瞬态流场灰度图,通过边缘检测和统计分析方法,提取射流穿透深度和横向扩散边界(图14),并对涡流发生器的混合增强效果进行分析;3.采用SPIV技术对流场进行观测,获得多个观测截面的平均速度场,并根据速度场计算涡量场(图8、11和15),揭示射流流向涡的涡量分布。结论:1.在设计的三个实验工况中,CASE0是横向射流基本工况;与CASE0相比,CASE1中的VG在喷孔附近的羽流两侧产生了两个诱导涡,在形态上形成了一个耳朵形涡结构;CASE2中VG尾流的间歇性大尺度涡对射流迎风侧的诱导涡起主导作用,产生了一个大尺度流向涡。2.与CASE0相比,CASE1中射流的穿透深度和横向扩散边界分别增加了8.5%和17.0%,而CASE2中的穿透深度和横向扩散边界分别增加了26.2%和0.5%;因此,在CASE2中,穿透深度的增加更显著,而横向扩散没有明显改善,这与相互作用模式的涡结构特性有关。3.涡量分布表明,CASE1中存在一个复杂流向涡系统,且VG的尾流在射流反转旋涡对(CVP)的内侧形成了一对诱导涡,而在CASE0中,诱导涡应该在CVP的下方。4.根据多个yoz截面的涡量场分布可以发现,VG促进了射流肾形涡的形成和发展。     

煤层底板水害危险源效应实验平台的建立

基于煤层底板隐伏断层、陷落柱物理效应规律,以华北C-P型煤田水文地质结构和条件为背景,研制了能够进行煤层底板导水隐伏断层和陷落柱物理效应的三维沙槽实验平台,并对导水断层和陷落柱分别进行了水头、水温和浓度效应的三维实验。实验直观地反映了地下水流场、温度场、浓度场的分布规律,和矿区的实际情况吻合,和数值模拟计算结果吻合。经误差分析拟合度可达90%以上,说明实验模型及平台的设计是合理的。该实验平台能够实现对试验条件的稳定控制,对危险源效应的自动检测和高频采样,可以反映水害危险源的细微变化。为危险源的定位提供依据。     

模拟法描绘静电场实验方法

根据电流场和静电场分布相似的原理,设计用电流场模拟静电场间接测量场分布的实验方法.电流场中的电流密度矢量和静电场中的电场强度矢量所遵从的物理规律具有相同的数学形式.通过理论推导获知:在边界条件相同的情况下,2个场具有相同的解,论证了电流场模拟静电场在理论上的可行性.通过实验获得同轴圆柱面形电极在水中产生的电流场的等位线,并根据等位线与电力线垂直的原则绘出其电力线分布.实验结果与理论曲线相吻合,再次验证了模拟法描绘静电场方法的可行性.该实验方法的应用,简化了静电场测量的实验设备,降低了对实验测量技术的要求.     

摩擦副材质对超声波测量膜厚的影响

设计了一套机械可调式标定装置,基于该装置实验研究了3种摩擦副材质对超声测量精度的影响,并利用COMSOL Multiphysics仿真软件对实验结果进行了分析。结果表明:利用超声波探头得到的膜厚测量值相对误差普遍低于5%,说明探头测量精度较高;利用超声技术测量液体膜厚度时需考虑两侧摩擦副材质对测量精度的影响,两不锈钢板间的膜厚测量精度最高(最大相对误差为5.27%),而两PMMA板间的最低(最大相对误差为10.81%);此外,设计的机械可调式标定装置具有成本低、测量范围广、测量精度高等特点。     

初中物理教学的性别启示

正建构主义认为,知识是由于人的主动探索和环境浸泡而获得的,而人类通过与周围环境的"摩擦"到"无摩擦"的过程,逐步建立自己的人生观、世界观和价值观.建构主义有四个学习属性:情境、协作、会话和意义建构.根据性别差异,从这四个属性的教学方式分别做出改变,以达到减少甚至消除性别因素导致的物理学习的差异.一、建构主义和性别议题的关系由于建构主义的出现和发展,科学家倾向于认为性别不仅     

基于自适应Moore响度算法研究高速列车车内声品质（英文）

目的:高速列车的车内噪声以中低频为主,传统的线性和A计权声压级都无法客观描述人耳的听觉感受。本文旨在探索Moore响度应用于车内声品质分析的可行性。创新点:1.提出了一种自适应Moore响度算法(AMLA),该算法可有效提升计算的精度和效率;2.采用AMLA分析了高速列车车内噪声在不同工况下的声品质特征。方法:1.基于信号的等矩形带宽(ERB)谱,提出AMLA方法的理论;2.参照ANSI标准中的仿真信号,评价AMLA的计算精度和效率;3.采用AMLA辨别有色噪声信号与车内噪声样本,验证声品质分析的有效性;4.结合在线搭载试验,运用AMLA分析稳态工况(不同行车速度和空间位置等)和瞬态工况(加速和减速等)下的车内声品质特征。结论:1.相比传统方法,AMLA方法的计算精度和效率相对较高,且适用范围更广;2.高速列车的车内噪声与深红噪声信号具有相似的特征响度分布;3.稳态工况下,车内噪声的响度成分集中在27.6 erbr以内,在300~350 km/h的速度区间内车内声品质较稳定,空间分布特征为"端部大、中间小";4.瞬态工况下,车内噪声在20~27 erbr内的响度成分与列车速度密切相关,而在12~15 erbr内的成分相对稳定。     

基于电阻层析成像技术的弹状流实验研究

在气液两相流研究中,相分布、相速度等流场特征信息对深入了解流动机理、提高模型计算精度有重要意义,但由于气液流动的复杂性与随机性,使得它们的准确测量较为困难。该研究基于快速电阻层析成像技术,首先对垂直向上气液管流中弹状流流型下多种工况的流动结构进行图像数据采集与重建;然后通过互相关算法得到轴向速度场分布,并与漂移流模型进行对比;再对按时序排列的横截面图像序列进行调整得到正确比例的空间三维图像;最后获得段塞长度、频率等特征信息。结果表明,快速电阻层析成像技术可以测得速度场分布、段塞长度、频率等特征信息,可用于优化与这些参数相关的理论模型和经验关系式,有助于提高气液两相流的模型计算精度。     

高星级旅行社门店的空间选择偏好分析——以长沙市五星级旅行社为例

基于长沙市五星旅行社门店空间位置数据,通过核密度估计,Ripley’s K函数,最近邻指数,相关分析等方法,研究长沙市五星旅行社的空间选择偏好及其影响因素,结果表明:1.空间分布总体较为集中,主要沿交通道路向四周呈放射状扩散,并以各大商圈、交通枢纽为依托,向郊区逐渐扩散,形成多个集聚亚圈;2.波动提升期(2005—2019年)较低速发展期(1989—2004年)空间集聚程度高,集聚特征更为显著;3.长沙市五星旅行社门店空间选择偏好倾向于第三产业生产总值、人口密度、三星以上酒店数量、人均消费支出、居民文教娱乐服务消费支出。     

基于应变片法的低温条件下热膨胀特征参数的测量方法与装置（英文）

研究目的:为了满足低温系统的材料选择和结构设计对于材料热膨胀特征参数的需求,研发低温条件下精确、快速、方便操作、低成本的热膨胀特征参数测量方法和系统装置。创新要点:完成了卡玛合金箔应变片在77–293 K低温温区敏感系数的修正,保证了基于应变片技术的低温条件材料热膨胀特征参数测量的精度;所研制装置合理的热设计和等速率式温度控制模式使得材料热膨胀特征参数在77–293 K温区的测量可在14小时内快速完成。研究方法:针对77–293 K温区,基于应变片测量方法,研制了采用比例-积分-微分(PID)温控系统的固体材料热膨胀特征参数测量装置(见图2和3)。通过将304不锈钢的测量数据与美国国家标准与技术研究院(NIST)公布数据进行比较,完成了卡玛合金箔应变片在77–293 K低温温区的敏感系数修正(见图7和8)。采用修正后的敏感系数进行无氧铜线性收缩率测量,并与NIST公布数据比较(见图9和表2),验证了该装置在77–293 K低温温区的测量精度。重要结论:获得了77–293 K低温温区卡玛合金箔应变片敏感系数的修正结果;基于修正敏感系数的应变片法测量装置,采用0.3 K/min的等速率式温度控制模式,可实现77–293 K低温温区固体材料热膨胀特征参数的精确、快速测量。     

塔台管制室空调气流组织方式的热舒适性研究

针对目前国内塔台管制室空调气流组织方式无专用设计规范、管制岗位热舒适感差这一现状,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD),利用FLUENT软件对三种气流组织方式的温度场和速度场进行数值模拟,综合温度、风速和吹风感指标对管制室进行热舒适性评价。评价结果表明:塔台管制室空调系统采用上送上回的气流组织方式符合舒适性空调的设计要求;空调送风口设置在房间吊顶边缘位置,回风口设置在房间吊顶中央位置为最优设计方案,能最大限度地满足不同塔台岗位的热舒适性需求。     

螺旋槽密封环在热-流-固耦合下的变形研究

以螺旋槽干气密封的动静环和密封气膜组成的系统为研究对象,在Solidworks中建立密封环三维耦合模型,Fluent中计算获得流场动压微气膜分布,将得到的微气膜数据载入Workbench平台的结构场和温度场,设置相应的刚性约束和边界条件,基于热-流-固耦合变形理论来分析密封环在热-流-固耦合下的应力、变形情况,研究不同压差下应力、变形的遵循规律。结果表明：动静环的应力在密封环外径处较大,热-流-固耦合下变形最大区域在中径处。随着压差的增大,密封环的应力、变形均增大,在一定压差范围内动环的应力大于静环,而静环的变形大于动环。     

大型发酵机多层搅拌流固耦合仿真分析

基于有限元法对流固耦合作用下的刀具转速开展搅拌效果及受力变形分析。 在流体动力学分析中,采用示踪剂浓度法、多重参考系法研究转速对搅拌效果的影响。 将静力学和动力学模块进行连接搭建,研究不同转速下的刀具受力变形情况,获得搅拌叶片的安全转速取值范围。 结果表明:在达到临界转速前,所需混合时间对转速的变化敏感,搅拌桨的受力和变形也随转速的增加而增大;从流场、混合时间、应力和应变的角度综合考虑,搅拌转速设置为200 rpm 时综合指标更高。     

学科核心素养下高中物理课堂教学情境设计的实证研究 ——基于高中物理优课教学案例

教学情境是培养学生核心素养的重要媒介.以6节高中物理优课教学案例为对象,从组成特征、功能特征和过程特征3个维度构建教学情境测评标准,对高中物理优课的教学情境进行量化研究,同时基于古德和布罗菲透视课堂方法进行质性研究,以判断物理教学情境的创设是否达到教学预设目标.研究发现:优课教师将多种优质教学情境特征贯穿物理课堂,营造良好的课堂现象,但部分教师为了构建丰富、多种多样的教学情境忽视了情境内部之间的连贯性和逻辑性,造成课堂互动效果不佳,加之教学情境呈现方式单一化,情境延展性较低,未突出对学生科学探究能力的培养.建议高中物理教师基于学科核心素养,注重教学情境的整体设计;围绕教学目标,强化学生科学探究能力的发展;增加教学情境的导入方式,丰富情境使用的多样性.