水流冲击多段滞留气团的三维数值模拟

针对水气两相瞬变现象,充分考虑了水体弹性、气体可压缩性、水-气交界面的动态运动以及多段气团间相互作用,采用三维CFD方法对起伏管道内含多段滞留气团的水气两相作用进行建模和模拟,选择Standard k-ε湍流模型进行模拟研究,将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行对比分析,并通过水气两相分布图展现动态变化过程.结果表明:与一维模型相比,三维CFD模型能够更为准确地模拟起伏管道内瞬变压力波动,并且能够清楚描述水气掺混、耦合的动态变化.水流冲击初始两段滞留气团压力波动曲线显示,多气团间的瞬变压力并非同步变化,可能呈现多气团峰值压力交替出现的情况,这与初始气团长度密切相关.水气交界面自由变化,阻断水体长度时刻发生变化,当水体运动到管道弯曲处时会产生新的阻断水体,将气团分成若干部分.     

气候变化背景下舟山沿岸上升流区夏季水动力演变机制

全球变暖会对舟山沿岸上升流的驱动机制产生深远影响,继而作用于海域内的生态环境及渔业资源发生的变迁。使用三维海洋数值模型FVCOM,模拟研究了热通量、风场等气候环境因子变化下舟山沿岸上升流区夏季水动力及环境因子的分布特征。通过引入跃变检验方法来评估全球变暖对过去三十多年来舟山及其邻近海域的夏季海表温度的影响,发现在2016年前后发生了明显的跃变,跃变后海表温度相对于跃变前升高了约1 °C;热通量分析结果显示春季云量减小,短波辐射增加导致的海水热含量增加是夏季海水升温的重要原因;风速的时空变化表明舟山海域7月风速在近几十年有减弱的趋势。通过构建气候环境因子变化的敏感性数值模型实验探究了舟山沿岸上升流水动力的演变机制,结果表明海气热通量增加导致的表层海水吸热及平流热输运增加引起的海水层化加强会使得底层海水不易抬升;夏季风应力的减弱削弱了长江冲淡水低盐水舌的离岸扩展,导致上升流区上层海水的层化减弱,从而加强中下层海水向岸爬升,增加沿岸上升流的强度。     

Genomic best linear unbiased prediction method reflecting the degree of linkage disequilibrium

The degree of linkage disequilibrium (LD) between markers differs depending on the location of the genome; this difference biases genetic evaluation by genomic best linear unbiased prediction (GBLUP). To correct this bias, we used three GBLUP methods reflecting the degree of LD (GBLUP‐LD). In the three GBLUP‐LD methods, genomic relationship matrices were conducted from single nucleotide polymorphism markers weighted according to local LD levels. The predictive abilities of GBLUP‐LD were investigated by estimating variance components and assessing the accuracies of estimated breeding values using simulation data. When quantitative trait loci (QTL) were located at weak LD regions, the predictive abilities of the three GBLUP‐LD methods were superior to those of GBLUP and Bayesian lasso except when the number of QTL was small. In particular, the superiority of GBLUP‐LD increased with decreasing trait heritability. The rates of QTL at weak LD regions would increase when selection by GBLUP continues; this consequently decreases the predictive ability of GBLUP. Thus, the GBLUP‐LD could be applicable for populations selected by GBLUP for a long time. However, if QTL were located at strong LD regions, the accuracies of three GBLUP‐LD methods were lower than GBLUP and Bayesian lasso.     

分子模拟活性炭的方法及其应用进展

介绍了分子模拟和传统吸附理论的关系,综述了使用巨正则蒙特卡洛模拟和密度泛函理论方法对活性炭结构的研究,归纳了近年来分子模拟技术在作为特殊吸附剂的活性炭的理论设计、吸附性能预测和指导表面基团改性方面应用过程中的研究进展。目前对活性炭微观孔结构的分子模拟研究,多停留于理论层面的模拟研究,而缺少对微观结构和宏观性质之间关系的分析。在实际应用中结合发挥分子模拟微观层面分析的优势,是分子模拟技术在活性炭研究中的重要发展方向。     

作物生长过程模拟模型与形态三维可视化关键技术研究

针对作物产量形成、品种适应性分析的数字化解析和可视化表达需求,以提高作物模拟模型的时效性、协同性和真实感为目标,结合物联网技术与作物模拟模型,进行了田间数据实时采集;应用多智能体技术进行了作物协同模拟方法研究与框架设计;开展了作物生长过程模拟模型及基于作物模型的形态三维可视化关键技术研究,以小麦作物为例,进行了田间试验,阐述了小麦三维形态模拟可视化系统的设计实现并进行了试验验证;构建了Logistic方程模拟小麦叶长、最大叶宽、叶片高度、株高等的生长变化,采用基于曲线、曲面的参数化建模方法和3D图形库OpenGL构造了小麦器官几何模型。结果表明小麦叶长、最大叶宽、叶片高度和株高模拟模型R ²值在0.772~0.999之间,回归方程的F值在10.153~4359.236之间,且Sig.小于显著水平0.05,模型显著性较好,模型的拟合度较高。本研究将作物模拟模型结果和形态结构模型有效结合,实现了以小麦为代表的作物在不同管理措施条件下的生长过程形态三维可视化表达,为作物生产数字化系统应用提供了更有效的途径,该技术体系与方法同样适用于玉米、水稻等作物。     

基于BEPS模型的雨养冬小麦农田土壤水分动态模拟

北部生态系统生产力模拟(BEPS,Boreal Ecosystem Productivity Simulator)模型能够模拟不同生态系统碳水循环过程,并通过气孔导度将二者有机地结合,在土壤水分模拟上具有更大的优势。为了使BEPS模型适用于较小空间尺度的雨养冬小麦农田生态系统的土壤水分模拟,根据冬小麦的降水截留过程、冠层的辐射传输过程、根系分布规律和区域土壤水文参数的获取方法对BEPS模型的水平衡模块进行参数方案调整。在此基础上,基于实现BEPS模型与遥感反演的农田土壤水分数据同化的目的,利用经上述调整方案后的BEPS模型,对郑州农业气象试验站2011—2015年冬小麦生长季的农田土壤水分进行动态模拟,并用观测数据进行验证。结果表明,调整后的BEPS模型能够较好地模拟雨养冬小麦农田土壤水分及动态变化,决定系数R2可达0.70以上,平均相对误差MRE总体低于25.0%,但对底层模拟能力较差;在以旬为步长条件下,拔节前模拟效果优于拔节后;土壤水文参数是影响模型模拟土壤水分垂直交换和分布的主要因素,可通过优化进一步提高土壤水分模拟能力。     

农用运输车用液力缓速器的设计与仿真分析

为解决农用运输车长时间制动造成的热衰退问题,参考THB40液力缓速器,基于相似理论设计了一款液力缓速器。计算确定了其设计制动力矩值和定转子叶轮参数,运用Pro/E构建了其三维结构,并在CFX14.5平台上以SST-kω湍流模型进行仿真计算。结果表明:制动力矩符合设计要求,流场的特征与THB40流场特征高度一致,为设计适合农用车用液力缓速器提供了借鉴。     

RCPs气候情景下三江平原典型流域耕地动态模拟

选取三江平原典型流域挠力河流域为研究区,以1990、2002和2014年3期Landsat影像、DEM数据和社会经济统计资料等多源数据为基本信息源,结合3S技术,运用FLUS模型定量模拟代表性浓度路径情景系列(RCPs)下耕地动态变化特征。结果表明:24 a间挠力河流域的旱地面积变化幅度较小,水田面积持续增加,1990—2002年水田扩张剧烈,2002—2014年扩张速度趋于缓和;3个时点的旱地均沿东北-西南轴方向进行分布,主轴沿顺时针缓慢旋转,空间变化稳定,分布范围逐渐减小。水田沿东北-西南走向分布,1990—2002年其主轴逆时针旋转,后顺时针旋转至45.31°,整体分布较为离散,极化特征不明显;通过对比不同空间分辨率及时间尺度下模拟精度,确定最优模拟空间分辨率为200 m,最优模拟时间点为2038年;MESSAGE气候模式下,未来挠力河流域的旱地面积先减少后增加,水田继续维持扩张态势,2029年后面积将以2%速度逐年下降,其分布将更加聚集,主轴沿顺时针旋转,重心逐渐向东北方向进行偏移;AIM气候模式下,气候波动对水田的影响程度大于旱地,旱地面积持续缓慢增加,水田面积在波动中下降,空间分布的极化特征突出。     

聚脲喷枪混合室的设计和FLUENT仿真分析

为提高聚脲喷涂喷枪的混合效果，基于撞击流理论设计了一种新型聚脲喷涂喷枪的混合室。混合室采用两级撞击混合，分别采用两组T型和两组Y型对撞混合形式。利用SolidWorks设计混合室的结构模型后，利用FLUENT软件，采用冷、热水在混合室内撞击混合、对流传热的方法进行仿真模拟，并且计算了流体在混合室内的微观混合时间。结果表明:合理增加撞击流混合室的混合级数和采用多组T型、Y型对撞混合形式可增益混合效果；撞击流混合室的主要混合区是在撞击区；流体在喷枪内停留的总时间约为5.71 ms，满足具有反应迅速这一特性的材料的混合要求；微观混合时间小于1 ms，混合效果优异。      

生物柴油搅拌装置的设计

生物柴油制备器械很多,但制备过程中油料预混合及配套加热器械却很少。为了进一步完善现今这一领域的不足,设计了一种适用于生物柴油的油料搅拌装置。为此,阐述了该装置的主要结构、工作原理和主要技术参数,并以200r/min的转速为标准,运用gambit进行图形绘制和网格划分,采用fluent软件对该机内部流场进行仿真分析,验证了其转速的合理性。基于STC89C51单片机和DS18B20的温度传感技术,设计了一种温度控制装置,可在生物柴油制备过程中使油料更好地进行预混合和加热,从而提高了生物柴油的制备效率和质量,减少了操作时间。