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[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 周游   陈根发   陈明洪   陈鑫   何茜  
为克服传统计算流体动力学离散元法(CFD-DEM)中流体网格需为颗粒尺寸数倍的限制,该文综合考虑相间作用力和颗粒湍流相互作用,建立了基于扩散平均算法的全耦合CFD-DEM密集颗粒水力输送模型。经实验验证,全耦合模型能很好地预测管内两相流动特性。研究了管道倾角对2 mm粗颗粒水力输送特性包括颗粒空间分布、两相轴向速度、流体湍动能和压降等的影响。结果表明:随着倾角增加,颗粒由偏向管道底部堆积的分布逐渐向近乎均匀的分布转变,流体轴向速度和湍动能分布先逐渐不对称后恢复对称,在60°时不对称程度最大;颗粒颗粒和颗粒壁面间碰撞次数均随倾角增加先略微增加后迅速减小;两相流压降随倾角增加先增加后减小,在60°时最大。为降低能耗,输送颗粒应避免使用60°倾斜管,尽量使用小角度或大角度倾斜管。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 刘德天  傅旭东  王光谦  
CFD-DEM耦合方法已越来越广泛地应用于多相流研究,流体体积分数模型是其连接宏观尺度(连续介质)与微观尺度(离散介质)的桥梁。该文提出了一种基于特征点剖分的SKM(statistical kernel method)改进型体积分数算法,通过在颗粒空间影响范围的三维方向上布置特征点,实现对所影响CFD网格的标记和对颗粒体积的分解,将CFD网格的迭代搜索转化为空间特征点的识别;结合算法参数优化,有效解决传统算法在并行计算中内部边界处的截断误差,显著提升计算效率。数值实验表明:改进的算法可以有效处理颗粒粒径D
[期刊] 中国农业大学学报  [作者] 宋学锋  戴飞  张雪坤  谢军海  杨杰  张锋伟  
为解决传统物理方法难以对揉丝机排料装置内物料运动进行可视化研究的问题,基于CFD-DEM气固耦合法,采用RNG K-ε湍流模型及Euler-Lagrange耦合算法对揉丝机不同主轴转速下排料装置内物料运动过程、内流道气流速度分布、气流对物料的耦合力分布进行了数值模拟,并对风扇主轴转速3 000r/min时物料运动过程进行分区域研究。结果表明:在风扇主轴额定转速3 200r/min范围内,主轴转速2 000、2 500和3 000r/min在模拟结束时分别排出物料数量为6 191、6 669和7 161个;
[期刊] 中国农业大学学报  [作者] 余莲英  周丹洋  徐春晖  徐泳  
为经济便捷地测定微量液桥力与球颗粒间距的关系,提出基于微量天平的手动与连续测试的方法,能实现两球位置精确移动和间隙调整,观察并记录液桥从拉伸直至断裂的形态和液桥力变化,采用连续测量方式还可自动实现液桥力数值的连续输出。对等径球和异径球液桥力的测试记录与不同公式计算结果的比较表明,手动和连续测试方法具有较高测试精度且经济适用,可用于对不同液桥力公式的精度进行评估;对异径球液桥力的测试与不同公式结果的比较还表明,静态液桥力近似公式简洁明确精度较好,可供选用。
[期刊] 统计研究  [作者] 田茂再  梅波  
本文考虑函数型数据的结构特征,针对两类函数型变量分位回归模型(函数型因变量对标量自变量和函数型因变量对函数型自变量),基于函数型倾斜分位曲线的定义构建新型函数型倾斜分位回归模型。对于第二类模型,本文分别考虑样条基函数对模型系数展开和函数型主成分基函数对函数型自变量展开,得到倾斜分位回归模型的基本形式。参数估计采用成分梯度Boosting算法最小化加权非对称损失函数,提高计算效率。在理论上证明了倾斜分位回归模型的系数估计量均服从渐近正态分布。模拟和实证研究结果显示,倾斜分位回归模型比已有的逐点分位回归模型具有更好的拟合效果。根据积分均方预测误差准则,本文提出的模型有一致较好的预测能力。
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 包劲青  杨晨旭  许建国  刘洪霞  王高成  张广明  程威  周德胜  
以有限元方法为基础,采用2套方程描述水力压裂过程中岩石变形、裂缝扩展、裂缝内流体流动和滤失等关键力学问题。通过同步求解2套耦合有限元方程,建立水力压裂全三维全耦合数值模拟模型。通过数值模型和经典的水力压裂物理实验对比,在流体净压力、裂缝宽度、裂缝长度及裂缝扩展模态等方面数值实验结果和物理实验结果具有良好的一致性。模型得到经典物理实验验证,同时表明裂缝宽度即使在微米级别水力压裂理论中的立方体定律仍然适用。
[期刊] 统计与决策  [作者] 朱俊  
协同评价是解决系统间同步与共生关系的重要手段。针对经典耦合协同模型存在的多种问题与不足,文章提出了基于增长率和相离度的双系统协同评价模型,该模型能有效解决原模型存在的主要问题,并通过数学上的分析讨论了模型的相关性质。针对模型中的参数设置问题,通过仿真实验分析了其敏感性和稳健性,并通过算例进一步验证了所提模型的实用性与合理性。同时,进一步讨论了模型在多系统和非时序数据方面的扩展问题。新模型对解决社会经济发展各领域的系统协同性评价问题具有一定的参考意义。
[期刊] 沈阳农业大学学报  [作者] 陶志影  孙家伟  韩志恒  刘橙  张林  叶鼎承  何金成  
为了得到异位发酵床垫料颗粒精准的离散元模型接触参数,以谷壳作为发酵床垫料,对谷壳部分物理参数及其物理力学特性进行测定分析,利用离散元仿真软件进行谷壳堆积角的模拟试验。选用Hertz-Mindlin (no slip)模型作为颗粒之间的接触模型,以堆积角作为评价指标,选取谷壳间的静摩擦系数、谷壳间的滚动摩擦系数及谷壳的剪切模量3个因素,通过单因素试验与三因素三水平正交试验相结合对垫料谷壳颗粒离散元模型参数进行筛选,得到对谷壳堆积角有显著影响的参数,从而来找出最佳参数组合,使得模拟试验中颗粒的堆积角与现实中颗粒的自然堆积角一样,从而建立准确的离散元仿真模型。结果表明:颗粒堆积角影响比较明显的参数有静摩擦系数、滚动摩擦系数和剪切模量3个参数,且静摩擦系数影响最大。剪切模量为3.75e+8Pa,静摩擦系数为0.41,滚动摩擦系数为0.15时,模拟试验的堆积角值与实际谷壳颗粒的堆积角值最为接近。说明试验标定的参数精准,可以为颗粒床离散元仿真建模基本参数的标定提供理论依据,并为翻抛刀具的设计提供研究基础。
[期刊] 长江流域资源与环境  [作者] 阳海鸥  廖玲莉  冷清明  
基于江西省11个地级市2015~2019年数据,利用空间自相关法分析城市化和大气颗粒物时空分布特征,构造耦合协调度模型探究二者动态关系。结果表明:(1)2015~2019年全省城市化综合水平稳步上升,PM_(2.5)和PM_(10)浓度先升高后降低。(2)城市化综合水平空间离散特征显著,PM_(2.5)和PM_(10)自2016年起具有空间集聚特征,城市化综合水平、PM_(2.5)和PM_(10)的局部自相关特征高度一致,呈“西北高,东南低”格局。(3)2015~2019年城市化与大气环境的耦合协调度整体提高,城市化往大气环境友好型发展,11个地级市耦合协调度提升差异显著,部分地市仍有较大提升空间;耦合协调度具有空间离散特征,以南昌为中心呈“中间高,四周低”分布格局。江西省会城市南昌实现了城市化与大气环境的良好协调发展,除南昌以外多数地级市的发展仍以牺牲生态环境为代价,建议各地级市因地制宜地探索具有区域特色的新型城镇化道路。
[期刊] 沈阳农业大学学报  [作者] 宫元娟  王大龙  白雪卫  邱硕  
为建立玉米秸秆散粒体成型离散元模型,以不同压缩参数进行成型试验,利用离散元仿真软件基于内置Burgers模型对压缩过程建立仿真模型,并利用控制变量法针对模型参数设计了5组对照试验,分析颗粒模型微观参数对模型宏观力学行为影响规律。仿真试验结果表明:Maxwell体弹性系数增大时,加载至目标载荷所需位移增加,仿真结束时残余应力增加;Maxwell体黏性系数增大时,加载结束后残余应力增加。Kelvin体弹性系数增大时加载至目标载荷所需的位移减小,仿真结束时残余应力减少。Kelvin体黏性系数增大时加载结束时应力突降值增大,但仿真结束时残余应力减小。摩擦系数主要影响加载至目标载荷所需位移,摩擦系数越大,加载至目标载荷位移越小。依此规律,通过调试微观参数,确定适用于描述样品玉米秸秆散粒体物料的仿真模型参数:Maxwell体弹性系数Em为1.75×105N·m-1,黏性系数ηm为2.6×107N·s·m-1;Kelvin体弹性系数Ek为1.8×104N·m-1,黏性系数ηk为0.7×104N·s·m-1,摩擦系数f为0.5。该参数下仿真模型压缩过程力学曲线与实验室物料压缩试验所得力学曲线吻合;物料填充阶段,力链强度受物料自重影响,载荷开始施加后,强力链主要集中于加载面附近,当施加应力达到0.92MPa时,强力链在成型腔内趋于均匀分布。压缩结束后力链分布特征与实验室物料压缩样品特征吻合,证明了所建立的仿真模型的合理性及模型参数确定方法的可行性,为后续生物质物料成型研究提供了参考。
[期刊] 长江流域资源与环境  [作者] 王晓青  李哲  
结合SWAT分布式模型研究污染负荷的优势和MIKE21模型对水动力水质先进的模拟技术,构建SWAT与MIKE21耦合模型。根据澎溪河地形、土壤、植被、气象、水文、水质资料,在空间上建立流域SWAT水文单元与MIKE21水动力模型边界的连接,在量值上建立SWAT模型各水文单元污染物负荷输出量与MIKE21模型污染浓度输入量之间的分配关系,研究澎溪河流域输沙量、氮、磷负荷量和水污染。模拟结果表明:2009年3月至2010年3月澎溪河渠马、高阳、黄石、双江大桥4个断面的总氮、总磷浓度和叶绿素a含量的模拟值与实测值具有较好的一致性,澎溪河回水区水质为中营养~中富营养状态,水体氮、磷等营养盐浓度主要受面...
[期刊] 清华大学学报(自然科学版)  [作者] 陈佳辰   陈海龙   廉冰   王彦  
难以通过食物链转移的核素(如铀等),很可能通过再悬浮的气溶胶颗粒的形式被人体吸入,造成内照射。因此,研究放射性气溶胶颗粒的再悬浮行为对于控制其对人体的危害以及保障人类健康意义重大。该文使用CFD软件模拟了进风引起的放射性气溶胶颗粒的再悬浮运动过程和运动轨迹,分析了进、排风口设置对再悬浮箱体内气流场分布特征的影响。模拟结果表明:进风口风速设置为10 m/s时会引起地面上放射性气溶胶颗粒的再悬浮,且空间内气流分布均匀,颗粒再悬浮量较多;近地面处中心区域的模拟风速处于该地区地表面风速范围内,能很好地表征该地区地表风速对颗粒再悬浮的影响。该模拟研究可为放射性气溶胶颗粒的沉降和再悬浮实验设计提供依据,也可为放射性污染区域工作或者活动人员的辐射防护行动提供指导。
[期刊] 地理科学进展  [作者] 初京刚  张弛  周惠成  
目前水文科学研究的热点是采用水文模拟途径,在确定水文变化基准期的基础上,利用流域水文模型还原人类活动影响期间的天然径流量,定量评价气候变化和人类活动对流域水资源变化的影响,得出气候变化及人类活动对流域水循环过程影响的响应规律和机理,其中应用最为广泛的流域水文模型是SWAT模型和MOD-FLOW模型。首先分析将SWAT模型与MODFLOW模型耦合进行地表水与地下水联合模拟的必要性,然后对实现这两种模型耦合中的单元转换等接口问题及框架结构作了重点研究。由于SWAT模型和MODFLOW模型模拟的最小计算单元分别为水文响应单元(HRU)和网格(CELL),使得要实现SWAT模型与MODFLOW模型的耦合必须首先完成HRU与CELL之间的转换,即实现SWAT与MODFLOW模型耦合的接口,因此提出了一种在Arc-SWAT2005环境下实现HRU与CELL转换的方法,给出了SWAT-MODFLOW耦合模型的框架结构,并将该方法应用到浑河与太子河流域,为其进行地表水与地下水联合模拟奠定基础。
[期刊] 中国农业大学学报  [作者] 李婧涵  董玲  
为了解磁性纳米颗粒在DNA分离纯化中的应用,采用文献综述和归纳总结的方法,阐述了1997—2021年以铁氧化物为核心的磁性纳米材料的研究进展,同时比较了材料结构和表面相关活性官能团的修饰对DNA提取效率的影响。结果表明:1)应用磁性纳米颗粒的固相萃取有着安全无毒、操作简单、可重复使用、能够实现自动化与高通量操作等多种优势,提取DNA效率相比于商业化试剂盒也有优势。2)目前磁性纳米材料已有比较全面的研究。磁性纳米颗粒的尺寸、孔径大小、磁化强度及引入的活性官能团不同等性质均对DNA的提取效率有影响,改变这些性质研发新型且高效的功能化磁性纳米颗粒或改变磁性纳米材料的制备方法、所提取DNA的形态性质、溶液的pH或盐浓度等试验条件,以提高DNA与材料的解吸率,不断优化磁性分离过程,提高DNA分离效率和质量。3)发展高通量商业化的核酸提取程序,是磁性固相萃取可观的发展前景。4)磁性纳米颗粒除了在核酸提取中的应用,在其他生物医学应用中也有着广泛的研究。以上结果均表明磁性纳米材料有着极强的研究发展前景。
[期刊] 实验技术与管理  [作者] 肖尊群  常燕斌  吕振滔  王慧  王福琦  邓名慧  李浦宇  郑月鹏  
传统的室内岩石力学实验只能提供岩石的宏观力学参数和岩石试样宏观破坏特征,不能获得岩石实验加载过程中,组成岩石试样的内部颗粒细观参数的时-空演化关系,不利于学生对岩石相关宏观力学参数和破坏模式的理解。将颗粒流软件PFC2D引入岩石力学压缩实验教学,通过室内实验和数值实验的双重训练,能够使学生从岩石的微观组构特征角度认识岩石力学的特性差异,拓展了思维,开阔了眼界,提升了科研兴趣,取得了较好的教学效果。
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