多场耦合

摘要： 为了深入研究CO_(2)改造后天然气水合物藏开采过程中海底边坡的稳定性,首先,通过含水合物试样的三轴力学实验,建立CO_(2)改造CH_(4)水合物藏及开采过程中地层力学参数的动态演化模型;其次,利用ABAQUS软件进行二次开发,建立了描述注CO_(2)改造CH_(4)水合物藏的温度-渗流-应力-饱和度多场耦合模型;最后,结合边坡稳定性分析中的强度折减法,研究注CO_(2)改造后进行CH_(4)水合物开发的边坡稳定性。研究结果表明:CH_(4)水合物试样和CO_(2)水合物试样的弹性模量、峰值强度和内聚力都随饱和度增加而增大;在相同水合物饱和度下,CO_(2)水合物沉积物的强度高于CH_(4)水合物沉积物的强度;在CH_(4)水合物储层的盖层中注入CO_(2)改造后再进行降压开采,海底边坡发生滑坡的风险大幅下降;随着注CO_(2)改造层厚度和范围增大,海底边坡抵抗滑坡的能力增强;对CH_(4)水合物储层的下伏地层进行改造比对上覆盖层进行改造更利于水合物开采后边坡的稳定。

摘要： 常规二维模型用于研究水合物井筒稳定性时,不能反映地层沉降变形对井筒的影响,为此,考虑渗流场、应力场和井筒内外压力场的多场耦合作用,研究水合物分解引起的储层特征参数在近井界面区域的时变特征;采用流固耦合理论,建立天然气水合物井筒-土壤三维非线性耦合模型,并以南海某水合物井为例,对井筒稳定性影响因素进行分析。研究结果表明:井筒稳定性主要影响因素为轴向应力;随着生产压差提高和试采时间延长,井筒的轴向应力逐渐增加,且轴向应力在试采初期增加较明显,随着试采进行逐渐趋于平稳;若生产压差为10 MPa,则安全试采仅能维持15 d,若生产压差不超过8 MPa,则安全试采可达60 d以上。

摘要： 为了进一步分析尾矿坝沉积结构特征与性能演化规律,本文综述国内外尾矿沉积规律、物理力学特性、服役性能演化规律及溃坝评价方法等有关尾矿坝安全稳定评价的研究现状,指出当前研究存在的不足。在尾矿库沉积规律的研究中,由于模型试验的流槽尺寸有限、边界效应较强,放矿条件不同,对尾矿沉积分布尚未得出一致性规律。而针对多种因素影响下的尾矿沉积结构特征目前还鲜有研究。尾矿固结时,其有效应力、孔隙比、渗透系数以及强度等性质在自重和上覆荷载作用下逐渐演化,且尾矿坝运行服役过程中排渗设施淤堵、地震等因素导致坝体性能演化,然而目前对尾矿坝性能时空演变的研究还相对欠缺。在安全评价方面,传统的极限平衡法存在明显缺陷。基于当前尾矿坝研究的不足,简要介绍了作者团队开发的尾矿沉积模型试验系统、多场耦合静动力性态分析平台及建立的复杂条件下高尾矿坝性能劣化理论,相关成果对于促进我国尾矿坝安全评价和灾害防治具有重要价值。

摘要： 气阀电热镦粗是电—热—力多场耦合的复杂成形过程,在实际生产中,一般很难获得合适的电热镦成形参数,找到判断电热镦成形最佳工艺条件是一个需要深入研究的问题。本文基于MSC.Marc多场耦合有限元分析求解平台,建立有限元分析模型,分析不同顶锻压力参数对电热镦成形的影响。结果表明,初始截变压力过小,易形成台阶状缺陷并在后续过程中形成波浪。选用合适的顶锻力可以有效控制成形形状。最后,通过物理实验结果对有限元模型进行了验证。

摘要： 充填体的稳定性关乎采场回采的安全,其稳定性主要取决于其力学性能。充填体力学性能的形成过程涉及热过程、渗流过程和力学过程,为研究高海拔寒冷环境下充填体的稳定性,通过建立合理有效的多场耦合模型,采用热—流—力耦合方法对充填体稳定性进行定量研究。结果表明,采场中的应力自充填体上表面至底板逐渐增加;采场中的位移自充填体上表面至底板逐渐减小;部分三维截线穿过了采场不规则结构,导致应力集中,采场几何形状对于充填体应力及位移有较大的影响。

摘要： 煤炭地下气化(UCG)技术作为一种环境友好的采煤方法,可被用来开发深部煤层与矿井遗留的煤炭资源。当地下气化时,随着气化时间的推移,煤炭在煤层内部"燃烧"逐渐形成气化炉,炉内温度最高可达1200°C。从UCG过程中的放热反应出发,综述了热量来源、温度场的变化及其传热特征等,总结了研究温度场的重要手段。分析认为,UCG是一个复杂的温热动态变化过程,在此过程中氧化还原反应、吸热和放热的可逆反应同时进行,导致了气化炉的温度场及其传热机制的复杂性。研究气化过程传热机制的方法主要有物理模拟、试验监测、理论计算和数值模拟4种,各自具有不同的适应性。其中,物理模拟的可操控性强,但是难以解决地层接触关系导致的接触热阻误差;试验监测能真实反映温度场等的变化情况,但是实际操作的经济性差;理论计算通过对气化过程的拆分,从理论角度定性定量了UCG的温度场特征,但理论计算难以考虑到温度渗流等对温度的影响;数值模拟借助计算机进行温度场的多场耦合,综合考虑了渗流、变形、温度等对传热的影响,但多场的物理耦合计算难度较大,且煤层及岩石的热物理性质随温度变化会产生较大的差异,导致数值建模的计算难度增加,制约了数值模拟方法的应用。综上所述,现有的UCG温度场的研究手段难以真实反映出气化炉的传热特征,各种研究方法只能研究特定情况下的温度变化,难以与实际情况结合。因此,基于现场试验数据,结合大型物理模拟试验与数值模拟手段,开展多物理场之间的耦合机理研究是后续煤炭地下气化的主要研究方向。另外,岩石热物理性质在高温下的变化规律及其对温度场的影响作用,也将是值得重视的研究方向之一。

摘要： 随着霍尔推力器的大力发展,碘工质霍尔推力器越来越受到研究人员的重视。深入了解碘工质霍尔推力器放电室内部过程,为优化推力器性能和拓展空间应用提供依据。建立了二维PIC/DSMC/MCC混合方法模型,结合鞘层和二次电子发射模型,根据碘工质特性,加入解离-电离过程,在定壁温条件下,针对200 W碘工质霍尔推力器放电室内部过程开展了数值模拟,考察其放电室内等离子体的多场耦合特性以及与壁面的相互作用过程。研究其放电通道内部的等离子体行为,分析放电室内的等离子体参数,获取其离子数密度、离子轴向运动速度、电子温度等特征参数,将模拟结果和氙工质进行比较。结果表明:相较于氙工质,碘工质霍尔推力器存在解离区,宽度约为2 mm,位于近阳极区之后、电离区之前。

摘要： 了解污染场地中微生物群落对有机污染物迁移转化的影响是高效修复治理有机污染场地的基础。自然界中的微生物以“场”的形式通过与水动力场、温度场、化学场等耦合作用,发挥其在维护生态稳定性及物质循环过程中的功能。微生物与有机物关联研究的文献计量分析结果显示,近年来关于微生物和有机物的研究主要集中在微生物群落结构、有机物的生物降解及有机物的迁移转化3个方面及一系列的关联研究中,而关于将微生物以“场”的形式定量刻画微生物在物质循环转化和维持生态稳定性方面作用的研究几乎没有。为此,本文通过研究给出了微生物场的定义,提出了有机污染场地中的微生物场概念模型和数学模型,分析了微生物场的主要影响因素及影响机制,构建了微生物场与水动力场、温度场、化学场之间耦合的本构模型。最后,对微生物场下一步的研究提出了展望。

摘要： 太阳能光解水制氢可从根本上解决能源需求及碳排放造成的环境污染问题,是各国关注的热点之一。利用太阳能全光谱光催化制氢是目前研究的主要方式,但存在催化效率较低,难以实际应用的问题。造成光催化剂催化效率低的主要因素在于比表面积小、光吸收能力弱、禁带宽度较宽、载流子迁移能力弱。对光催化机理和催化剂的优化策略进行了总结,通过敏化材料掺杂、元素掺杂、异质结构建、助催化剂负载、高导电性石墨烯掺杂等策略来有效提高光催化剂对可见光的吸收、降低光生载流子的复合、增加活性位点、加速表面反应。此外,对光电、光热及光热电催化等近年发展起来的多场耦合催化制氢做了系统的介绍,对太阳能制氢催化剂理论和实践的未来发展做出了展望。

摘要： 在复合材料层合结构热压罐固化成形过程中,温度场和固化度场的均匀性对残余应力和变形具有重要影响。对于厚度较大的复合材料层合结构,流动压实的影响不可忽略,同时热压罐空气热流场和模具温度场也会对复合材料结构内部的温度场产生较大影响。本文同时考虑固化动力学模型、热传导模型、残余应力模型、流动压实模型、热压罐热流场以及模具温度场,建立了复合材料热压罐热流固多物理场解耦求解模型;在多个时变参数影响下,分析了大厚度复合材料层合结构热压罐固化成形过程中残余应力、固化度场、温度场以及纤维体积分数的变化规律。

摘要： 近年来,近海风场建设受到场址资源、生态环境等因素影响,开发深海风能资源成为了各国风电技术发展的方向.对于采用浮式基础作为支撑的深海风电机组而言,其浮式基础在海洋环境载荷作用下,可造成风力机的剧烈运动,对整机产生较高的动载荷.本项目通过建立整机系统动力学的多场耦合分析模型,进而对以深海风力发电机组为研究对象的多柔性体系统动力学理论和多场耦合机理展开研究,从而建立一套科学合理的技术方法,为深海风电技术的发展奠定理论和技术基础.

摘要： 提出了多场耦合模型,采用电极过程动力学方程,考虑阳极极化情况,针对钝性电解液的电解加工进行有效的模拟,通过分析加工间隙内的电场、流场与物质传递的情况,可精确的预测电解加工的形貌,使得该模型可用于电解加工的开发和优化中.对于多场耦合模型及在电解加工中的应用,能有效地减少工艺试验前期的大量参数范围的选择与修正.

摘要： 阐述了非平衡态热力学一般不可逆过程广义流与力之间的线性唯象律,并给出了各向同性系统热力学流和力应满足的关系及唯象系数的特性依据.在此基础上,指明了(火用)传递与其引发强度势场之间普遍对应的流与力本质,探讨了不可逆(火用)传递现象的多场耦合描述方法;最后剖析了佣传递驱油过程的场属性,构建了(火用)传递动力势场之间、动力势场与阻力势场之间及阻力势场之间不同层次的耦合评价体系,有助于定量描述注蒸汽多场耦合的驱油机理.

摘要： 化工过程机械中,套管换热器存在环空轴向流与换热管圆柱结构的多场耦合问题.结合有限元法和有限体积法,研究了环空轴向流与圆柱多物理场耦合的动态响应特性.选取激振力、激振力频率、环空流体流速、密度、黏度为影响参数,研究了这些参数对圆柱位移、速度、加速度、衰减频率、振幅减缩率、热量、温度、传热系数的动态响应.结果表明:激振力及频率对圆柱位移、速度、加速度、热量、温度、传热系数影响较大,而对衰减频率、振幅减缩率影响较小,分别保持在80 Hz和1.22左右;环空流体流速、密度、黏度对热量、温度、传热系数响应值影响较大,其中环空流体密度对衰减频率影响也较大,当密度增加10倍时,衰减频率从98.2 Hz减小到80.1 Hz.

摘要： 岩土体在宏观上表现为相对连续,而在微观上是由一系列的颗粒、孔隙和裂隙组成的结构系统.微观上的离散和不连续性问题难以通过常规的基于连续介质力学的方法来解决(如有限元法).Cundall和Strack(1979)首次提出了颗粒离散元法(DEM)来研究粒状物质的运动及相互作用.通过近40年的发展,离散元法已经在制药、化工、环境、矿冶和岩土等领域有广泛的应用.

摘要： 基于高放废物深地质处置概念模型设计的缓冲材料多场耦合试验台架,通常包含试验腔体、温度控制系统、渗流系统和数据采集系统等四大部分.开展缓冲材料试验台架研究就是为了掌握和了解高压实膨润土在模拟处置库条件下的长期行为特征,同时验证在可控边界条件和加载条件下所建立的数值模型的正确性和合理性,为缓冲材料多场耦合长期性能提供参考.本文归纳总结了国内外典型的缓冲材料热-水-力-化学耦合试验台架,为我国今后开展类似试验研究提供指导.

摘要： 设计了一种新型的超磁致伸缩电静液作动器,具有体积小、重量轻、输出力大、抗污染能力强等特点,采用多物理场分析、模型仿真以及试验研究等方法对超磁致伸缩电静液作动器进行了模型与试验研究,结果表明作动器空载最大输出流量约为1.3L min-1,最佳工作频率在225Hz附近.

摘要： 为确保高放废物地质处置场多重障壁系统可以发挥功能,利用先进的模式仿真热-水-力-化学(THMC)的耦合作用过程是必要的.1992年开始的大型国际合作计划DECOVALEX,已为高放废物处置之工程障壁及处置场母岩建立发展THMC耦合的数学模型现场实验.本研究介绍了高放废物处置设施受热-水-力-化学之国际发展现况,搜集分析了国际组织与各国对高放废物处置设施之热-水-力-化学(THMC)耦合效应研究进展、研析了高放废物处置热-水-力-化学耦合分析模式.成果可作为高放废物最终处置功能安全评估与安全分析有关THMC耦合的基本信息及雏形技术.

摘要： 为确保高放废物地质处置场多重障壁系统可以发挥功能,利用先进的模式仿真热-水-力-化学(THMC)的耦合作用过程是必要的.1992年开始的大型国际合作计划DECOVALEX,已为高放废物处置之工程障壁及处置场母岩建立发展THMC耦合的数学模型现场实验.本研究介绍了高放废物处置设施受热-水-力-化学之国际发展现况,搜集分析了国际组织与各国对高放废物处置设施之热-水-力-化学(THMC)耦合效应研究进展、研析了高放废物处置热-水-力-化学耦合分析模式.成果可作为高放废物最终处置功能安全评估与安全分析有关THMC耦合的基本信息及雏形技术.

摘要： 为确保高放废物地质处置场多重障壁系统可以发挥功能,利用先进的模式仿真热-水-力-化学(THMC)的耦合作用过程是必要的.1992年开始的大型国际合作计划DECOVALEX,已为高放废物处置之工程障壁及处置场母岩建立发展THMC耦合的数学模型现场实验.本研究介绍了高放废物处置设施受热-水-力-化学之国际发展现况,搜集分析了国际组织与各国对高放废物处置设施之热-水-力-化学(THMC)耦合效应研究进展、研析了高放废物处置热-水-力-化学耦合分析模式.成果可作为高放废物最终处置功能安全评估与安全分析有关THMC耦合的基本信息及雏形技术.

摘要： 本发明涉及一种多载荷耦合加载的试件夹具及其多物理场耦合加载方法，属于材料微观力学性能测试领域。通过在夹具上加工凹槽，试件置入凹槽后通过压板压紧，实现夹具向试件施加拉伸、弯曲、扭转等机械载荷。通过氮化硅加热片与试件接触进行传导加热，并通过热电偶实现温度反馈，实现对被测样品施加热场加载。通过向试件通入可控电流实现对试件样品的电场加载。通过两个磁感应线圈，实现对被测样品的磁场加载。结构简单紧凑、方法科学合理、性能稳定可靠，可实现对被测样品材料的大范围温度加载、精确的电流加载以及可控的磁场加载，能够为材料试验提供更接近服役条件下的复合载荷加载及热场、电场和磁场的模拟，具有重要的理论意义和应用价值。

摘要： 本发明提出了一种流场耦合相场的确定多相烧结的形貌和物理场的方法，主要包括烧结相场模型的建立以及算法的提出，具体步骤如下：构建描述多相烧结过程的多项式型自由能；构建Navier‑Stokes方程、Cahn‑Hillard方程与Allen‑Cahn方程耦合的多相烧结相场模型；对Navier‑Stokes方程、Cahn‑Hillard方程与Allen‑Cahn方程构造空间差分格式和时间差分格式进行有限差分的求解；利用SIMPLE算法编写程序得到耦合模型的数值解；输出保守型相场、速度场变量、压强场变量模拟结果。本发明模型将相场理论与流场Navier‑Stokes方程耦合起来，能够定量分析烧结过程中形貌演化和速度场变化方式，为模拟颗粒重排、熔体渗透等烧结过程奠定了技术基础。

摘要： 本发明公开了一种热场等离子场双场耦合制备生物质基活性炭的方法，包括如下步骤：S1：将10g纤维素基生物质加入到20mlNaOH和硫脲或尿素的离子液中，在5摄氏度下，在搅拌器中进行搅拌，发生纤维素和离子液部分溶解和润胀作用，得到具有弹性的生物质胶体；S2：将生物质胶体放置于等离子体热解管式炉的刚玉管中，以5摄氏度每分钟的升温速度，升温到500‑900摄氏度，保温60分钟，同时打开等离子体装置对样品进行辐照5‑20分钟；S3：降温冷却后，得到蓬松状的生物质活性炭，经过沸水洗涤3次，酸洗1次，放置于真空干燥箱中干燥6小时，得到生物质活性炭样品。本发明制备的活性炭可用于燃料电池催化剂的制备，燃料电池ORR氧还原性能能够同商业铂碳相比。

摘要： 本发明公开了一种微球体耦合的三维锥形金属波导结构及其光场模拟耦合方法，三维锥形金属波导结构包括：三维空心锥形金属波导以及介电微球体；其中，所述介电微球体设置在所述三维空心锥形金属波导内，并与所述三维空心锥形金属波导的内壁相切；所述三维空心锥形金属波导的锥角大于满足绝热条件所需的临界锥角。本发明通过提出在大锥角(非绝热条件)、大入射端口的三维空心锥形金属波导内壁嵌入介电微球体来构建光学共振腔，并结合波导结构优化设计，利用高阶传输模耦合共振激发和有效传输压缩GSPs。

摘要： 本发明一种基于磁热耦合永磁耦合器温度场分析方法属于永磁传动技术领域，涉及一种永磁耦合器温度场分析方法。该方法基于永磁耦合器内部磁场‑温度场双场作用特点，首先通过建立导体盘安装盘、导体盘、永磁体盘、永磁体及永磁体安装盘的永磁耦合器电磁场模型，分析得到永磁耦合器各部件磁场分布及涡流损耗，再结合热传导理论，将电磁场分析结果作为热源导入温度场分析，根据温度场分析结果调整永磁体材料参数往复迭代计算，最终得到磁场及温度场分析结果。该方法是一种具有工程实际应用价值的方法，方法简单便于操作，计算精度高。

摘要： 考虑感性耦合和容性耦合的干扰性入射场激励响应的钢轨电位与钢轨电流计算方法，以获得精确的钢轨电位和钢轨电流分布。该方法的特点是，确定钢轨电位和钢轨电流主要来自牵引供电系统注入或流出的回流电流和除钢轨和大地外的其它导体，电流在钢轨‑大地回路产生的干扰性入射场激励响应；结合牵引供电系统各导线的电流分配系数，考虑除接触网外的其他牵引网导线和其他钢轨‑大地回路通过感性耦合在所研究的钢轨‑大地回路形成的干扰性入射场激励响应和牵引网各回路通过容性耦合在钢轨‑大地回路形成的干扰性入射场激励响应；通过列写钢轨电位和钢轨电流的微分方程，得到计及牵引供电系统注入或者流出的回流电流和牵引网导体的干扰性入射场激励响应的钢轨电位和钢轨电流的计算式，进而根据边界条件获得精确的钢轨电位和钢轨电流分布。

摘要： 本发明公开了一种电磁器件分析中电磁‑热‑应力三场耦合的去耦合计算方法。根据电磁波传播原理与阻抗边界条件建立电磁波在金属微波器件内壁的微波电磁损耗模型，通过微波电磁损耗模型将电磁场和力场之间去耦合，平面波入射到金属微波器件时在内部形成电磁场分布会产生热量，先计算获得金属内壁产生的热损耗分布，根据热损耗分布进行求解得到温度场分布，根据温度场分布计算获得热应变分布，获得去耦合计算结果。本发明依据电磁波传播原理将电磁‑热‑应力三场耦合计算简化为电磁‑热，热‑应力两次两场计算，大大降低了计算复杂度，工程分析中适用性强。

摘要： 本实用新型提供一种温度场、速度场、固体场耦合的实验系统，用于解决现有技术中温度场、速度场、固体场的“热‑流‑固”强耦合问题，包括：透明实验段，换热系统和水泵，所述透明实验段、所述换热系统和所述水泵通过管道连接形成循环系统，所述透明实验段包括透明流体腔、加热系统和扰流组件，所述透明流体腔内部用于供流体流通，所述加热系统用于对所述透明流体腔内的流体进行加热，所述扰流组件包括刚性件和柔性件，所述柔性件连接在所述刚性件上，所述扰流组件用于增强所述透明流体腔的热对流来实现增强换热，所述换热系统用于对所述透明流体腔的液体进行换热冷却。

摘要： 本发明公开了一种模拟热力耦合下煤体流‑固‑热‑化多场耦合的实验方法，包括如下步骤：煤样制备；装载试件、煤样气体吸附；设定型煤试件的初始围压、初始温度和初始轴向应力，以及温度和轴向应力的加载阈值；注入氧气，型煤试件升温；第一次数据采集；实施温度和应力联合加载；第二次数据采集；建立煤体渗流‑应力‑温度‑化学多场耦合模型，结合数值模拟方法研究揭示热力耦合下煤体的流‑固‑热‑化耦合作用机制。本发明实现了煤层应力加载下的自燃升温规律实验室模拟，可以用于定量研究热力耦合作用下煤体的应力‑应变关系、煤体的渗透性演化以及煤‑氧反应规律，为煤层自然发火地点和时间的预测，以及自燃最佳防控时机的确定提供依据。

摘要： 本发明公开了一种模拟热力耦合下煤体流‑固‑热‑化多场耦合的实验方法，包括如下步骤：煤样制备；装载试件、煤样气体吸附；设定型煤试件的初始围压、初始温度和初始轴向应力，以及温度和轴向应力的加载阈值；注入氧气，型煤试件升温；第一次数据采集；实施温度和应力联合加载；第二次数据采集；建立煤体渗流‑应力‑温度‑化学多场耦合模型，结合数值模拟方法研究揭示热力耦合下煤体的流‑固‑热‑化耦合作用机制。本发明实现了煤层应力加载下的自燃升温规律实验室模拟，可以用于定量研究热力耦合作用下煤体的应力‑应变关系、煤体的渗透性演化以及煤‑氧反应规律，为煤层自然发火地点和时间的预测，以及自燃最佳防控时机的确定提供依据。