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2024年, 第41卷, 第3期
刊出日期：2024-05-25 上一期    下一期
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Mie-Grüneisen混合模型减小边界差商的重构算子 吴宗铎, 严谨, 庞建华, 孙一方, 满庆洋 2024, 41(3): 277-286.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8712 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(2168KB) ( )   将守恒型单调迎风格式(MUSCL)和双曲正切界面捕捉(THINC)算法组合到一起进行数值重构, 并通过重构建立新的算子。重构的算子主要作用是尽可能降低网格的边界差商。在MUSCL和THINC算法下, 网格左右边界处的状态可以导出一个优化算法的差商判定机制。再按照这一边界差商优化值最小(BVD)的原则, 对MUSCL和THINC进行二选一。在BVD重构算子的作用下, 数值断面变得平滑, 并且有效地限制振荡。BVD重构算子的计算性能将通过一维和二维数值算例来进行检验。

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基于对数应变的孔隙黏弹性有限变形理论 唐熊, 郑佩 2024, 41(3): 287-297.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8723 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3120KB) ( )   在有限变形理论框架下, 基于对数应变和Kelvin流变模型提出一个孔隙黏弹性理论模型。该模型通过假设Kirchhoff应力和孔隙压力与对数应变和Lagrangian孔隙度的变化量存在线性关系, 将线性孔隙黏弹性模型中的无穷小应变直接替换为对数应变而得到。作为验证, 将该理论模型用于研究经典的Terzaghi一维固结问题, 通过与孔隙弹性有限变形模型的数值结果对比, 结果显示: 在固结早期, 孔隙固体骨架的黏弹性响应和弹性响应曲线几乎是一致的, 但随着时间的推移, 孔隙固体骨架的黏性逐渐主导骨架的变形, 并影响固结的最终结果; 并且, 骨架的黏性会延迟孔隙压力的扩散。此外, 通过设置黏性贡献系数ζ=0.001, 从数值角度实现了孔隙黏弹性响应"退化"为孔隙弹性响应, 这在一定程度上验证了模型的正确性。

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液滴碰撞不同接触角线缆表面的模拟 淮继茹, 王鹏, 杨梦宇 2024, 41(3): 298-307.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8717 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13751KB) ( )   针对常见的液滴输电线缆搭建对应的计算模型, 通过Fluent内置的VOF对不同疏水性表面进行计算, 讨论液滴与线缆的接触时间、铺展半径与接触角度之间的关系, 并分析不同接触角下液滴的压力云图和速度矢量图。模拟计算结果显示: 液滴与壁面接触的运动状态受壁面接触角的影响, 液滴铺展面积和接触时间与壁面接触角呈反比关系; 提高壁面接触角会降低铺展面积、减少接触时间, 加快液滴的回缩、回弹, 运动液滴最终滑落离开壁面; 小接触角壁面铺展面积增大、接触时间增加, 液滴最终完全铺展停留于壁面上。研究结果对探究不同疏水性下液滴在线缆壁面结冰的原理及特性具有一定的指导和参考意义。

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真实气体的一种近似冲击波关系式 薛社生, 朱希睿 2024, 41(3): 308-315.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8718 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(1080KB) ( )   以接近理想气体状态方程的取至第二维里系数的维里方程, 作为考虑稠密效应的真实气体状态方程。利用冲击波基本关系式, 依维里方程所包含的小参数, 用摄动法求得冲击波后气体密度、压力及速度随冲击波速度及冲击波马赫数变化的显式表达式。结果显示, 对相同的波前参数和冲击波马赫数, 与理想气体相比, 所得波后压力、速度及密度较低, 尤其是密度, 且二者的差异随冲击波马赫数增大而增大, 随初始气体密度增大而增大, 反映了气体分子自身体积和排斥作用的影响。理想气体的冲击波关系, 可以视为本文所得冲击波关系的零级近似。这些关系适用于密度大约低于100 kg·m-3的气体, 便于作冲击波性质和波后参数的分析。

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基于格子玻尔兹曼方法的井筒热流固耦合数值模拟 胡春余 2024, 41(3): 316-324.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8715 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(4161KB) ( )   基于格子玻尔兹曼方法(LBM)建立一种求解井筒温度分布的模型。该模型可同时求解井筒内流体的温压耦合流动、流体流动中的强制热对流和井筒与地层的流固热交换三种效应的控制方程, 实现井筒内流体域流动场-流体域温度场-固体域温度场三场的耦合求解, 克服了传统模型井筒流速为定值的缺陷, 并且具有更广的适用范围。通过理论分析和对比分析, 验证模型的可靠性和精度。研究结果表明: 井筒内流体流速变化影响流体在井筒中的温度分布, 在产出条件下, 在同一深度处会造成流体中心温度高、流体边界处温度低的分布情况。流体沿井筒轴向的温度的下降趋势会经历缓-稳-缓三个阶段, 且此三个阶段受到流动雷诺数或者流体普朗特数的影响。

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驱替压力梯度对水驱油田采收率影响研究 崔文富 2024, 41(3): 325-333.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8726 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12535KB) ( )   针对特高含水期砂岩油藏, 利用Volume of Fluid (VOF)可以追踪相界面动态变化、再现微观渗流物理过程的优势, 研究了驱替压力梯度对剩余油微观赋存状态和水驱采收率的影响。通过分析微观孔隙结构内的渗流特征和剩余油赋存状态, 揭示了驱替压力梯度对水驱采收率的影响规律: 驱替压力梯度增大能突破小喉道毛管力, 形成新的渗流通道, 进而增大水驱采出程度; 原油黏度和润湿性会对不同压力梯度下采出程度产生影响。

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氢、氩柱状等离子体天线在非均匀磁场中的辐射特性研究 潘光祖, 杜丹, 周华, 杨开建, 乔冠瑾, 胡少雄, 姚卫博, 龚学余 2024, 41(3): 334-344.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8722 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(12181KB) ( )   在非均匀磁场条件下建立氢、氩等离子体天线的二维轴对称模型, 在低压条件下根据COMSOL软件计算结果对比分析磁场分布对单极柱状氢、氩等离子体天线辐射方向图、电子密度分布和增益性能的影响。当其他条件一定时, 模拟结果表明: 1)调控磁场和波频可控制氢、氩等离子体天线的辐射方向, 在特定波频, 氢、氩等离子体天线方向性好, 副瓣小, 通过调控磁场分布可在保持方向性不变的条件下提高氢、氩等离子体天线的增益; 2)氩等离子体天线电子密度分布受磁场分布的影响比氢等离子体天线的大, 氩等离子体天线电子密度分布不均匀, 而氢等离子体天线电子密度相对均匀; 3)磁场分布对氩等离子体天线增益的影响比氢等离子体天线的大, 磁场主要分布在阳极附近时, 氢等离子体天线增益大于氩等离子体天线, 阴极附近磁场强度逐渐增加时, 氩等离子体天线增益远大于氢等离子体天线。

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硅改性酚醛树脂物理性能的分子动力学模拟 许铋立, 景昭, 刘骁, 代波, 姬广富, 张魁宝, 葛妮娜 2024, 41(3): 345-356.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8710 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(13497KB) ( )   采用分子动力学模拟方法研究纳米SiO2以及甲基苯基二甲氧基硅烷改性酚醛树脂的物理性能。研究表明: 300 K下未改性酚醛树脂玻璃转化温度为362 K, 弹性模量、剪切模量分别为5.45 GPa和2.19 GPa, 热导率和热膨胀系数分别为0.37 W·(m·k)-1和3.8×10-5 K-1, 添加纳米SiO2后玻璃转化温度提高了1.6%, 弹性模量、剪切模量分别提高了34.9%和28.8%, 热导率和热膨胀率分别降低了11%和31.6%。SiO2表面接枝3%、5%、7%和10%硅烷偶联剂以及甲基苯基二甲氧基硅烷改性酚醛树脂玻璃转化温度分别提高了10.5%、15.2%、16.8%、19.3%和1.5%, 弹性模量分别提高了44.4%、53.2%、53.8%、63.5%和13.4%, 而热导率分别降低了12.4%、13.5%、11.2%、7%和10%。此外甲基苯基二甲氧基硅烷改性的酚醛树脂的热膨胀系数较未改性酚醛树脂提高15.7%。研究表明: 掺杂纳米SiO2、SiO2表面接枝硅烷偶联剂以及甲基苯基二甲氧基硅烷改性都能够提高酚醛树脂的玻璃转化温度, 机械性能同时降低热导率, 而对于热膨胀系数, 纳米SiO2掺杂使其减小, 甲基苯基二甲氧基硅烷改性则会使其明显增大。

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遗传算法在中子-γ混合辐射场屏蔽材料优化设计中的应用 韩文敏, 戴耀东, 姚初清, 田家祥, 蒋丹枫, 周一帆 2024, 41(3): 357-366.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8714 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(8011KB) ( )   针对中子-γ混合辐射场, 对屏蔽材料中的金属氧化物填料组分进行优化, 通过蒙特卡罗程序模拟获得WO3/Bi2O3/Gd2O3/B4C混合填料对低能中子与不同能量γ射线的综合屏蔽性能, 采用遗传算法和神经网络寻找填料组分的最优配比。通过对总剂量当量的计算和优化, 发现不同辐射环境下最优配比是不同的, 在中子(热中子麦氏分布能谱)通量与γ射线(0.5~3 MeV)通量相同时, 当添加屏蔽填料总质量一定, Bi2O3与B4C质量比为9:1的混合填料综合屏蔽性能达到最优。将几种混合辐射环境下得到的最优解代入蒙特卡罗程序验证, 误差在可接受范围内, 表明该屏蔽填料组分的优化设计是可行的, 节省计算时间, 为屏蔽材料的设计和制备提供了理论依据。

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功能梯度材料环形热源三维瞬态温度场计算方法 索雪峰, 何登辉, 王华栋, 曹伟 2024, 41(3): 367-379.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8764 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(15289KB) ( )   针对环形热源作用下功能梯度材料三维瞬态热传导分析复杂且耗时的问题, 通过傅里叶-拉普拉斯频响函数、拉普拉斯数值逆变换和二维离散傅里叶逆变换建立指数梯度材料环形热源热传导半解析方法, 并与三维傅里叶变换方法以及有限元方法(FEM)进行对比, 验证本文方法的可靠性。基于半解析方法对比环形热源和高斯热源作用下温度和温度梯度响, 算例表明: 温度和温度梯度分布对环形热源内、外径以及材料梯度指数响应不同; 相比高斯热源, 环形热源的温度场和温度梯度场相对均匀, 改变热源内外径可调节温度峰值和温度梯度峰值。

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基于混合算法的P-SV波叠前反演 李勤, 张敏, 许莹 2024, 41(3): 380-391.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8730 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(9784KB) ( )   根据P-SV波反射系数近似公式, 建立关于各向异性参数的反演目标函数, 分别使用单一算法和混合算法实现TTI介质各向异性参数的反演, 结果表明: 混合算法反演精度更高, 过程更稳定; 进一步, 对理论模型数据加信噪比为5的高斯白噪声, 对抗噪性进行测试, 反演结果的误差较小, 抗噪能力较好。最后对改造后的Hess模型进行各向异性参数反演, 得到反演剖面, 与原始剖面吻合度较高, 验证了混合算法的有效性; 选取研究区, 对实际资料进行反演测试, 得到的反演效果较好, 精确度较高, 验证了混合算法在实际应用中的有效性。

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一种微电网优化配置的随机游走算法 潘磊, 崔国民, 张瑞芳, 刘洪彬, 肖媛, 易智康 2024, 41(3): 392-402.  DOI: 10.19596/j.cnki.1001-246x.8703 摘要 ( )   HTML ( )   PDF(3818KB) ( )   针对独立型微电网配置优化问题, 建立一种以能流匹配形式描述的风-光-柴-储优化模型, 形成表示各时刻设备出力的节点连接关系。鉴于群智能算法应用于微电网优化配置问题易早熟收敛的特点, 提出适用于微电网优化配置的随机游走优化算法, 算法以降低系统年综合费用为导向, 通过随机增大或减小设备逐时出力, 实现连续变量(设备出力)和整型变量(设备数量)同步优化, 通过接受差解机制, 使算法具有跳出局部最优解的能力, 更好兼顾微电网容量优化过程中的全局搜索与局部搜索。将随机游走算法应用到算例进行仿真, 得到年综合费用为552 826.39元, 与粒子群优化算法进行对比, 结果更好, 验证了算法在优化质量上的优越性。