分类： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 提交时间： 2017-11-07 合作期刊: 《工程热物理学报》
摘要： 本文通过对肿瘤与生物组织的物理模型简化，应用生物传热方程，建立肿瘤热疗的数学模型。运用数值模拟预演了热疗过程，通过控制探针的开关，控制了肿瘤中心温度在54℃以下，肿瘤边缘温度在4345℃之间变化，分析了肿瘤内部的温度分布，提出了基于温度控制的热疗方案，为临床肿瘤热疗的温度控制提供理论依据。
分类： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 提交时间： 2017-11-07 合作期刊: 《工程热物理学报》
摘要： 基于带有叶轮转子的双吸叶轮的概念，设计了一种新型无轴双吸式血液泵。为了研究血液泵的水力性能和溶血性能，对设计工况下血液泵进行了三维非定常数值模拟，同时考虑作为人类心脏用时的搏动流工况，以此为边界条件计算分析了搏动流工况下的内部流场的速度、压力和壁面剪切应力分布以及对泵运行稳定性的影响。数值计算结果表明，搏动流工况下，实现泵流量与扬程的波动输出，与非搏动流相比，其压力稳定性较差。该结果为血液泵在人工心脏、人工透析等现代机械辅助系统的应用提供有益的参考。
分类： 农、林、牧、渔 >> 农业基础学科 提交时间： 2017-11-08 合作期刊: 《中国生态农业学报》
摘要： 地表温度是影响陆-气之间能量和物质交换的重要地球物理变量, 对调节全球气候系统能量循环起着不可或缺的作用。为探讨美国国家大气研究中心(The National Center for Atmospheric Research, NCAR)公共陆面模式(Community Land Model, CLM)对地表温度的模拟能力, 利用1948—2004 年美国国家环境预报中心(National Centers for Environmental Prediction, NCEP)大气强迫场和NCAR 陆面模式CLM3.0、CLM3.5、CLM4.0和CLM4.5 对内蒙古地区1981—2004 年的地表温度进行off-line 模拟, 并与观测地面温度资料进行对比。结果表明: NCAR/CLM 系列陆面模式模拟地表温度都能较好地再现内蒙古地表温度的时空变化特征, 与台站观测有着较好的一致性, 其中CLM4.5 在内蒙古地区模拟能力最好, 与观测的相关系数最高、平均偏差和均方根误差都最小, 这主要得益于CLM4.5 对粗糙度计算的改进; 不同版本CLM 模拟地表温度普遍较观测数值偏低,在冬季各版本CLM 模拟结果与观测值之间的平均偏差达到最小, 在夏季的偏差增大, 尤其是在东部地区, 夏季偏差3 ℃以上, 说明对最高地表温度的模拟能力东部和中部地区明显低于西部地区; 西部地区各个版本差别并不如东部和中部地区明显, 这与CLM4.0 和CLM4.5 改进了雪模式和水文过程有关。综上, CLM4.0 和CLM4.5 在内蒙古地区有较好的适用性, 且模拟值均低于实测地表温度, 冬季偏差较小, 夏季偏差增大, 东部地区偏差大于中部和西部地区。
分类： 力学 >> 应用力学 提交时间： 2022-12-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于平板试验数据和数值模拟方法研究民用飞机内襟翼结构的抗轮胎碎片冲击性能。通过材料力学性能试验拟合得到某型轮胎碎片橡胶材料的Ogden本构模型。利用PAM-CRASH软件进行了铝合金矩形平板的轮胎碎片冲击数值模拟,通过与试验对比,确认并验证了数值模型的合理性和可靠性。根据适航要求和工程算法确定了民机内襟翼结构承受轮胎碎片冲击的最严酷工况,基于验证后的轮胎碎片冲击结构数值分析方法开展了内襟翼结构严酷工况下的动力学分析,获得了内襟翼结构受轮胎碎片冲击后的损伤状况以及关键接头的载荷。研究结果可用于指导民用飞机结构抗轮胎碎片冲击设计。
分类： 地球科学 >> 地理学 提交时间： 2021-08-12 合作期刊: 《干旱区研究》
摘要： 基于CFD（Computational Fluid Dynamics）数值模拟，以青海省中灶火省道303公路为研究区域，对流动沙丘区公路路基风沙流场进行了模拟分析，揭示了流动沙丘区路面沙害的形成机制，以期为流动沙丘区路面沙害的防治提供理论依据。数值模拟结果表明：当气流经过流动沙丘和路基时，气流速度产生分区；当存在流动沙丘时，路基周边的减速区范围明显增大，路基坡面和背风坡全部处于气流低速区的范围，沙丘高度以上，在沙丘顶部气流速度急剧增大，受障碍物自身形状的影响，风速变化由“Ω”型分布变为“M”型分布。当沙丘表面的原有防护体系疏于维护、更新，沙粒在沙丘附近大量堆积，沙丘会慢慢沿主风向移动，成为沙源，掩埋路基而形成沙害。数值模拟结果与现场实际相吻合，证实了数值模拟的准确性。对于流动沙丘区公路的沙害防治，应详细考察当地的地貌形态及风沙流运动规律，定期检查维护原有防护体系，及时清理积沙，既要阻止风沙流对沙丘进行沙源供给，又要防止沙丘本身成为沙源。
分类： 环境科学技术及资源科学技术 >> 环境科学技术及资源科学技术其他学科 提交时间： 2021-03-02 合作期刊: 《干旱区研究》
摘要： 使用耦合化学模块的高分辨率中尺度数值模式WRF-Chem3.4，结合近地层观测资料评估YSU、MYJ、QNSE、MYNN2.5和BouLac共5种边界层参数化方案对2007年3月27日西北地区一次沙尘天气过程模拟效果的影响，结果显示5种边界层参数化方案均可模拟出此次沙尘天气的发展演变过程，其中YSU和BouLac方案模拟出相对较高的地表摩擦速度、10 m风速、2 m温度和地面PM10浓度以及相对较低的2 m相对湿度，从而模拟的地表沙尘天气过程较强，MYJ、QNSE和MYNN2.5方案模拟的地表沙尘天气则相对较弱，这表明不同边界层参数化方案通过摩擦速度的不同模拟效果对沙尘排放通量和PM10浓度的模拟有重要影响，较大的摩擦速度会使起沙参数化方案计算的沙尘排放通量和PM10浓度更高，加之午后近地层的强风、高温和低湿特征对沙尘天气的增强作用，使得BouLac方案模拟的沙尘天气最强，而QNSE方案的模拟结果最弱；利用民勤站观测资料对5种边界层参数化方案模拟结果的统计分析表明，不同方案对民勤站沙尘暴前后有关气象要素的模拟效果存在一定的差异，其中QNSE方案对PM10浓度的模拟效果最好，BouLac方案对10 m风速的模拟效果最好，YSU方案对2 m温度和2 m相对湿度的模拟效果最好，整体而言，YSU方案对民勤站近地层气象要素的模拟有一定的优势，QNSE方案的模拟结果相对最差。
分类： 环境科学技术及资源科学技术 >> 环境科学技术基础学科 提交时间： 2018-11-08 合作期刊: 《干旱区研究》
摘要： 农田铺设地膜是目前我国干旱半干旱地区采用较广泛的耕作方式。为了研究大面积地膜覆盖对东亚区域的气候效应，基于地膜试验观测与理论研究，建立了地膜覆盖的地-气-水热传输过程模型，并将地膜覆盖农田下垫面模块引入区域气候模式RegCM4和WRF模式中，对17 a夏季气候进行模拟试验。通过RegCM4模式输出的降水量、土壤温度、土壤湿度、感热通量和潜热通量等参量，与试验观测值、理论值进行对比，并通过WRF模式输出结果进行验证。结果表明：加入地膜覆盖农田下垫面模块的区域气候模式能够较为真实的描述其下垫面特征。进一步分析模拟结果发现，通过地膜覆盖影响近地面水热传输并作用于区域位势高度场、风场，进而影响大范围水汽输送，最终造成我国西北、华南地区降水减弱，西南地区和淮河流域降水增加。
分类： 力学 >> 基础力学 提交时间： 2023-04-24 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在输水工程中,由于地形、地质等因素的限制,分叉型结构管道得以广泛推广和应用,分叉结构输水管道泄漏是国内外学者非常关注的一个重要问题,而瞬变流法是目前高效、精确且快速的泄漏检测方法之一。基于此,本研究构建了含分叉结构输水管道的瞬变流模型,探究了影响阀门末端压力变化的因素。结果表明,压力曲线的差异性随分叉管长度的增加而增大; 压力曲线的衰减速率随阀门关闭时间的增加而变慢; 泄漏量对压力曲线变化周期影响不大,但随着泄漏量增大,压力曲线的面积积分变小; 泄漏位置不同,压力曲线在幅值处的形状不同,当泄漏位置位于管道上半段时,曲线在幅值处会凸起,当位于管道下半段时,曲线在幅值处会出现凹陷的趋势。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 考虑熔滴和小孔对熔池的影响, 建立了基于FLUENT软件的激光+熔化极电弧(GMAW)复合热源焊三维瞬态熔池流体流动数值分析模型. 利用双椭球体热源描述电弧热输入, 将激光热输入视为热流峰值可调节的双曲线旋转体热源, 其热源分布参数通过简化的小孔形状尺寸模型确定; 将熔滴过渡过程视为从熔池上部特定区域流入熔池高温液态金属的过程, 并通过建立液态金属流速对时间的周期函数表征熔滴过渡频率; 将小孔视为由激光致蒸汽反作用力引起的熔池表面变形, 以简化计算过程, 重点考虑小孔的存在对熔池流体流态的主要影响. 利用所建模型对不同焊接条件下的激光+GMAW复合热源焊小孔形态、熔池流体流动和温度场进行模拟计算, 分析了激光+GMAW复合热源焊流场特征, 探讨了激光功率对复合焊熔池动态行为的影响规律. 结果表明, 在1 m/min 焊速条件下, GMAW焊(激光功率为0 W)出现驼峰缺陷; 当激光功率为500 W时, 驼峰缺陷消失, 但熔池中无小孔产生, 且流体流动模式与GMAW焊相近; 而当激光功率增至2000 W, 熔池中出现小孔, 使得流体流动模式更为复杂. 将焊缝横断面形状尺寸的计算结果与实验结果进行比较, 2 者吻合较好, 从而证明了模型的准确性和适用性.
分类： 地球科学 >> 地理学 提交时间： 2023-02-02 合作期刊: 《干旱区地理》
摘要： 台特玛湖干涸湖盆区风蚀沙漠化快速发展，发育了以新月形沙丘和风蚀坑（主要为槽状坑和碟状坑）为主的风沙地貌。风蚀坑的发育不仅受来流风影响，还与坑内三维流场有关。基于风洞实验和计算机流体力学（Computational fluid dynamics, CFD）数值模拟，对风蚀坑三维流场进行了探究。结果表明：（1）从入风侧到出风侧，槽状风蚀坑和碟状风蚀坑底面的风速均呈减速加速减速加速的变化模式，上口所在水平面的风速变化呈加速减速加速变化模式，上口气流压强也相应地发生变化，槽状风蚀坑和碟状风蚀坑整体呈低压高压低压变化模式，其中槽状坑变化更为明显。（2）两种形状风蚀坑对气流均具有一定的吸附效应，使坑外一定范围的风沙流被吸入坑内，聚集能量和风沙流，加剧风蚀坑风蚀发育。（3）风蚀坑加剧了地表侵蚀，侵蚀程度与风蚀坑尺度有关，风蚀坑尺度越大，对地表侵蚀越强。本文直观展示了两种典型风蚀坑中的三维速度、压力、风沙流流向分布，揭示了风蚀坑的风沙流吸附机制，研究结果可加深对风蚀坑形态动力学的理解，也可为内陆干涸湖盆沙漠化防治提供理论指导。
分类： 力学 >> 基础力学 提交时间： 2022-12-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究串联回转体高速入水问题,基于求解雷诺时均的Navier-Stokes方程,采用VOF多相流模型和6自由度(6DOF)刚体运动模型,引入Schnerr-Sauer空化模型,结合重叠网格技术建立了串联回转体高速入水的三维数值计算模型,发现了串联回转体入水空泡演化的一些新现象,获得了不同入水时序下串联回转体入水空泡的演化规律,结合入水空泡的演化规律,分析了入水空泡演化过程对串联回转体运动特性的影响,给出了串联回转体高速入水的运动模式。结果表明:次发回转体入水过程受到首发回转体入水空泡流场的影响,在入水撞击阶段,次发回转体受到的冲击力小于首发回转体的,而且在入水过程中次发回转体的速度衰减小于首发回转体的; 随着入水时序增大,串联回转体入水运动模式依次出现追尾模式和弱扰动模式,在追尾模式中,次发回转体能够进入首发回转体形成的入水空泡内部运动并最终追上首发回转体,在弱扰动模式中,首发回转体的入水空泡演化过程不受次发回转体入水的影响,而次发回转体的入水空泡演化和运动受到了首发回转体空泡尾迹的干扰。
分类： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 提交时间： 2018-02-01 合作期刊: 《工程热物理学报》
摘要： 为了研究过渡流下后向台阶的流动与瞬态传热特性，建立了二维不可压缩后向台阶流动的数值传热模型，采用非定常数值方式模拟了后向台阶的内部流场，比较了台阶下游底面瞬时努塞尔数Nu和时均努塞尔数Num的分布，分析了台阶下游通道内温度分布规律。结果表明：过渡流下台阶底面Nu数沿着流动方向出现多个峰值，Nu数始终围绕Num数发生波动。Re数为700时，主回流区未出现二次回流，Nu数在主回流区下游才发生波动；Re数为1200时，主回流区出现二次回流，Nu数在主回流区就发生了波动。台阶下游通道内温度沿法向呈阶梯式变化，Re数越大，近底面处的温度变化梯度也越大。
分类： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 提交时间： 2017-05-24 合作期刊: 《工程热物理学报》
摘要： 复合发动机预冷器以其轻质紧凑的结构且高效的传热性能逐渐应用于超音速飞机发动机中，研究高流速高温差极端环境下微小尺度紧凑结构内换热机理对于提高发动机性能具有重大意义。本文针对Sabre复合发动机的预冷器，建立三维稳态可压缩流体横掠叉排管束的强制对流换热模型，研究管内流体速度，管外流体速度，入射角度以及管间距对于管外空气换热性能的影响机制。结果表明，通过增大管内制冷介质的流量，缩小管间距以及空气垂直入射等几种手段，均能达到提高预冷器换热效率的效果。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2017-03-31 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 针对已有板形瓢曲浪形缺陷冷轧高强钢板的淬火过程，应用ABAQUS有限元分析平台及其UMAT二次开发功能，建立淬火过程温度-组织-应力应变多场耦合的有限元仿真模型，研究淬火过程高强钢板的弹塑性变形行为及其对初始板形瓢曲缺陷的改变。通过热模拟实验结果对该有限元仿真模型进行了验证，模拟再现了已瓢曲高强钢板的淬火过程及弹塑性变形，获得了板形瓢曲浪形在淬火过程中的演变规律，指出钢板宽度方向上的温度梯度以及依先后顺序相变所引起的钢板纵向延伸变形沿宽度方向上分布不均匀，导致原有板形瓢曲浪形发生改变，甚至可以生成新的瓢曲浪形。定义了描述板形瓢曲浪形改变程度的指标，如浪高变化率、浪宽变化率、浪距变化率，定量揭示横向温差、张力等工艺参数对冷轧高强钢板淬火过程板形变化的影响规律。搭建实验室冷轧钢板淬火实验研究系统，开展具有单边浪板形瓢曲缺陷钢板的淬火实验，实验结果与仿真计算结果取得定性一致。本工作的数值模拟方法建立了冷轧高强钢淬火过程工艺参数和板形缺陷变化之间的联系，为实际热处理过程提供了支撑。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2017-03-31 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 板坯低温加热工艺是国内外生产取向硅钢的先进工艺，而渗氮是通过低温工艺生产取向硅钢的关键工序。本文通过在实验室模拟取向硅钢的渗氮生产工序，实测了不同渗氮时间下的渗氮量，并通过电子探针、场发射扫描电镜等观察了渗氮后氧化层的变化、氮在硅钢带厚度方向的浓度梯度。根据实测的组织形貌和渗氮动力学特点，首次建立了针对取向硅钢的渗氮动力学模型，并成功地进行了数值模拟计算。研究结果表明： (1) 取向硅钢带的平均N含量在渗氮初期增加缓慢，之后逐渐加快，直至90 s时渗氮速率达到最大值之后保持恒定；在750 ℃渗氮2分钟时间内，在近表面0.04 mm范围内存在显著的氮浓度梯度；(2) 脱碳退火后，取向硅钢的氧化层主要为层状氧化物，渗氮时氧化层被氢气还原，层状氧化物转变为球状，氧化层的变化对渗氮动力学影响恒定； (3) 分析了N由气相穿过表面氧化层至铁基体的传质系数所遵循的可能模型，发现只有当传质系数遵循氧化层还原动力学模型时，即Avrami函数模型f=1-exp?(-kt^n)，计算结果才能与实测的渗氮动力学特征高度吻合。
分类： 动力与电气工程 >> 工程热物理学 提交时间： 2017-03-22 合作期刊: 《工程热物理学报》
摘要： 本文介绍了由VM型热压缩机驱动的脉冲管制冷机基本结构、数值模拟与实验研究。热压缩机借鉴VM制冷机产生压力波动的方式，即依靠室温与冷源之间的温度差产生压力波动，驱动低温级脉冲管制冷机。利用液氮温区制冷机为热压缩机提供所需要的冷量，避免使用低温液体带来的不便。低温级脉冲管制冷机的回热器与脉管采用U型布置，调相机构采用小孔气库加双向进气方式。这种结构不使用有阀压缩机，可以产生低频压力波动，保证回热器在低温区高效工作。在原有结构的基础上，改造热压缩机回热器尺寸与填料，使用Sage软件进行了整机模拟，对调相机构进行优化，考察其在不同的运行频率、平均压力、排出器位移下的制冷性能。对改造后的脉冲管制冷机进行了初步的实验研究，获得14.4 K无负荷制冷温度。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2016-11-05 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 考虑熔滴和小孔对熔池的影响，建立了基于FLUENT软件的激光+GMAW复合热源焊三维瞬态熔池流体流动数值分析模型.利用双椭球体热源描述电弧热输入，将激光热输入视为热流峰值可调节的双曲线旋转体热源，其热源分布参数通过简化的小孔形状尺寸模型确定；将熔滴过渡过程视为从熔池上部特定区域流入熔池高温液态金属的过程，并通过建立液态金属流速对时间的周期函数表征熔滴过渡频率；将小孔视为由激光致蒸汽反作用力引起的熔池表面变形，以简化计算过程，重点考虑小孔的存在对熔池流体流态的主要影响.利用所建模型对不同焊接条件下的激光+GMAW复合热源焊小孔形态、熔池流体流动和温度场进行模拟计算，分析了激光+GMAW复合焊热源焊流场特征，探讨了激光功率对复合焊熔池动态行为的影响规律.结果表明，在1m/min 焊速条件下，GMAW焊(激光功率为0 W)出现驼峰缺陷；当激光功率为500 W时，驼峰缺陷消失，但熔池中无小孔产生，且流体流动模式与GMAW焊相近；而当激光功率增至2000 W，熔池中出现小孔，使得流体流动模式更为复杂.将焊缝横断面形状尺寸的计算结果与实验结果进行比较，两者吻合较好，从而证明了模型的准确性和适用性.
分类： 力学 >> 固体力学 提交时间： 2023-06-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 古塔多为高耸结构,长期受高压应力作用下内部具有损伤缺陷,致使结构可靠性降低,需对古塔结构进行受压性能评定及加固方法研究。以陕西省西安市兴教寺玄奘塔底部结构为原型,按缩尺比例1/8砌筑2个子结构模型,对受压破坏后的子结构模型进行角钢围箍约束。通过古塔子结构模型受压试验与数值计算,分析加固后古塔受压力学性能与破坏机制,研究围箍约束对古塔受压性能的影响,并进行了参数拓展分析。结果表明:采用角钢约束后塔体边缘处受拉破坏形式发生变化,受拉破坏范围减小,结构的整体性增强,受压承载力和变形能力提高; 数值计算结果能较好模拟古塔模型受力性能与破坏特征,模型极限承载力计算值与试验值误差在14%以内; 增加角钢厚度和宽度都对塔体承载力有提高作用,对轻微损伤古塔加固时可增大角钢厚度,对损伤严重古塔加固时可增大角钢横截面宽度,以增强塔体抗裂性能与极限承载力。为古塔结构的安全性评定和加固提供参考。
分类： 生物学 >> 植物学 提交时间： 2023-05-30 合作期刊: 《干旱区研究》
摘要： 研究典型株型沙生灌丛周围的流场分布，旨在为干旱、半干旱地区合理选择不同株型的防风沙植被提供理论依据。本文利用FLUENT软件对3类典型株型（坛形、梭形、帚形）灌丛周围的流场进行数值模拟，分析不同植株形态对风沙流的影响，并加以风洞试验验证，结果表明：（1）3类株型周围流场可分为5个区，且株后均存在3个涡流。受涡流强度的影响，在积沙初始阶段，梭形、帚形植株主要在株后6~7 H处积沙，而坛形植株在3 H附近积沙。（2）受植株最大侧影面积高度层的影响，3类株型灌丛株后1 H处的风速极小值依次出现在0.3 m、0.4 m、0.8 m高度处，最优防护高度依次为0.2~0.4 m、0.3~0.6 m、0.8~1 m。3类株型株后的空气动力学粗糙度逐渐减小，且坛形的粗糙度明显高于其他株型。（3）3类株型在-2~10 H范围内均可有效降低风速，株后近地表区防风效益表现为坛形＞梭形＞帚形，而中高空区防风效益均随株距增加而减小。（4）在T=10 s时，3类植株周围总积沙长度分别为8.5 H、6H、4.5 H，梭梭、沙拐枣分别在距入口5~5.5 m、4.5~6 m处存在不同程度的风蚀现象。对比其他植株，白刺（Nitrariasphaerocarpa）具有较好的阻沙效果，在防风固沙工程建设中建议将其与梭梭（Haloxylon ammodendron）、沙拐枣（Cal⁃ligonum mongolicum）结合，既能发挥白刺的阻沙作用，又可利用梭梭、沙拐枣较好的中高空防风效果。
分类： 材料科学 >> 材料科学（综合） 提交时间： 2023-03-19 合作期刊: 《金属学报》
摘要： 针对双钨极TIG 电弧热源, 在已建立的双钨极电弧-熔池统一的三维数学模型的基础上, 以SUS304 不锈钢为母材,模拟得到了双钨极TIG电弧和熔池的温度、速度、电流密度、磁通密度和电磁力等分布, 模拟结果与已有的实验结果吻合良好. 考虑了熔池所受浮力、电磁力、等离子流拉力和Marangoni 剪切力以及湍流效应, 分析了熔池热输入的分布和熔池表面剪切力的变化, 并分别比较了这几个力单独作用下的熔池流动与传热, 同时结合无量纲数Pe, 比较了熔池热传导和热对流的相对强弱. 结果表明, 双钨极电弧的非轴对称特性导致熔池表面的电流密度、热流密度、等离子流拉力和Marangoni 剪切力等出现非轴对称分布, 最终形成了熔池的非轴对称形貌, 而熔池的发展演化对电弧行为无明显影响. 与TIG电弧相比, 双钨极TIG 电弧的等离子流拉力明显减小. Marangoni 剪切力决定不锈钢熔池的流动状态, 且对流传热主导不锈钢熔池的热传递, 这两者的共同作用决定熔池的传热过程, 是形成不同熔池形貌的根本原因.
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