一维马尔可夫链模拟黑河中游流域土壤质地垂向变异

黑河中游地区土壤剖面砂、黏层次相间排列的特点及部分区域剖面中出现的不透水层对土壤中的水分运动和溶质迁移具有重要影响。该研究调查了黑河中游100 km2区域内土壤剖面的质地分层情况,运用一维嵌入马尔可夫链模型模拟该地区的土壤质地剖面。研究表明,研究区土壤剖面共出现砂土、壤质砂土、砂质壤土、壤土、黏质壤土、粉黏壤土和粉黏土7种质地类型,层次厚度呈对数正态分布。粉黏土未在表层土壤出现,而砂土在表层出现的概率明显高于其余质地类型,剖面某一质地层之下多出现细粒含量比其高的下一质地类型。剖面上相邻两质地层之间的转移具有明显的马尔可夫链特征（简称马氏性）,且马氏链是平稳的。一维嵌入马尔可夫链模型能够较好地描述研究区土壤质地层次的垂向变化,剖面主要的质地层次组合为：砂—壤、壤—砂、壤—黏、黏—壤。对土壤质地剖面的定量模拟,可以为开展该区域土壤水循环、转化和溶质迁移等相关研究提供参考。     

渗流侵蚀模拟中离散元模型参数影响性分析

[目的] 由于工程中渗流侵蚀发生的隐蔽性和发展的复杂性,离散元模拟成为学者开展渗流侵蚀机理研究的重要手段。固体模型的参数化构建通过控制模型内部颗粒的填充和分布影响水流作用下颗粒的运移和流失,是开展渗流侵蚀离散元模拟的关键环节。[方法] 当前有关离散元模型参数的研究主要为单参数讨论,从土体孔隙、土体颗粒和墙体边壁3个维度出发,考虑孔隙率、颗粒重叠比和墙体模量的变化构建6组土体模型,对其进行向上渗流计算并记录内部颗粒流失过程、力链结构变化及孔隙率变化过程,以评估3个参数对模型的影响性大小并从细观角度分析离散元模型参数对渗流侵蚀过程的影响机理。[结果] 离散元模型参数通过影响模型内部的颗粒和力链组成影响水流作用下颗粒的流失阶段。初始孔隙率控制模型内部的颗粒填充数目;墙体模量和颗粒重叠比影响模型内部的接触数目。颗粒和接触数目较多的模型,其内部颗粒多以颗粒群的形式移动;反之,不形成接触的自由细颗粒以单颗粒在模型内部发生纵向迁移,孔隙率曲线呈现波动变化。[结论] 研究结果从细观角度阐述参数对模型的影响,以期为基于流固耦合理论的离散元模拟方法的使用提供理论参考。     

换热器节能技术综述

混合板式换热器作为余热利用系统中高效节能设备,其换热性能对系统效率及稳定性有重要影响。该研究基于RNG k-ɛ湍流模型,对M型和H型板式换热器流道内流动及传热过程展开数值模拟,研究板片结构对板间触点分布的影响,及雷诺数Re和板片组合对横向流道内流动及换热特性的影响规律。结果表明：M型板间触点呈“方格”, H型呈“菱形”,且H型流流体速度较大、温度场分布较均匀。随Re数增大,压降△P及平均努塞尔数$ \\overline {Nu} $均增大;Re数较低时,H型的$ \\overline {Nu} $明显提高,且△P增幅较小;而高Re数（Re=6 000）时,与M型相比,H型的$ \\overline {Nu} $增幅仅为△P的25%左右。随波纹间距s减小,触点数明显增多,△P和$ \\overline {Nu} $均增大;s为12～16 mm较合适。研究结果为混合板式换热器的设计及优化提供理论依据。

     

水泥环向非均匀胶结时套管井井孔声场数值仿真试验

随着我国油气勘探开发逐渐向深水、深地以及深海等复杂测井环境拓展,高温高压等特殊的井下条件给油田固井造成了很大的困难,水泥浆和地层压力之间较窄的压力窗口,使得固井水泥浆凝固过程中地层流体易侵入水泥浆形成窜槽,造成水泥环向胶结不均匀,研究此情况下的测井响应对可靠评价固井质量至关重要。通过三维交错网格高阶有限差分方法数值模拟和实验室测量研究了CBL/VDL(cement bonding log(声波幅度测井),variable density log(声波变密度测井))和扇区水泥胶结测井SBT(segment bond tool)在水泥环向胶结非均匀时的响应特征。数值计算和实验室测量结果都表明,对高密度水泥浆,随着环向水泥缺失程度越来越大,CBL/VDL套管波相对幅度逐渐增大,但在环向水泥缺失角度小于90°时,套管波相对幅度的增强不明显;扇区水泥胶结测井SBT对测量源距范围内的水泥缺失比较敏感,套管波幅度基本随着水泥缺失面积的增加呈线性增加,即SBT对环向较小区域的水泥缺失更敏感,分辨率更高。该研究通过定量描述扇区水泥缺失率与套管波相对幅度的关系,可提高现场对水泥胶结评价结果的认识。     

黄土高原南部地区人工模拟暴雨条件下不同坡度谷子坡耕地产流产沙过程

以谷子坡耕地为研究对象,通过人工模拟降雨试验,探究不同生育期谷子在不同坡度下对坡耕地坡面侵蚀过程的影响,揭示黄土高原地区坡耕地侵蚀过程特征和机理.根据试验区现行退耕还林(草)政策、降雨特点及谷子生长特性,在80 mm/h降雨强度和4个坡度(3°,5°,10°,15°)条件下分别对4个生育期(幼苗期、拔节期、抽穗期、灌浆...     

组对焊接管道自由端最大允许位移的模拟计算

由于腐蚀穿孔和第三方破坏等原因,油气长输管道发生了多起泄漏事故,开展现场抢修作业,焊接前需进行管口组对.以不同钢级、不同管径、不同壁厚的一系列管道为研究对象,针对天然气长输管道组对等抢修作业的管道位移需求,根据长输管道结构特点和管道周围土体的力学特征,考虑管土耦合作用,采用D-P模型对埋地管道进行变形模拟和应力分析,求...     

基于可控性生态减渗目标的河床底质重构技术研究

位于地下水超采区且具有景观要求的河流,需同时具备维持生态水位和渗透补给地下水的功能,研究可调控减渗效果的河床底质重构技术对维持河床垂向连通性具有重要意义。以华北平原常见河床底质和膨润土为主要材料配比得到重构底质,通过变水头渗透试验与模型入渗试验探究了重构底质减渗特性,根据不同河流条件提出不同的配比及结构方案,减渗层厚度和纳基膨润土配比方案1为100 mm和9%,方案2为150 mm和15%,方案3为200 mm和18%;利用GeoStudio SEEP/W软件计算模拟了不同方案的渗流及渗流量减少状况。结果表明,改变膨润土类型和掺量可调节底质的减渗效果,使其渗透系数达到小于1×10^-7cm/s和小于1×10^-6cm/s目标水平;纳基膨润土掺量为15%的重构底质在1 m水头渗透作用下,浸润锋经39 d运移15 cm,56 d内累计入渗量为11.1 cm,减渗效果较好;模拟结果表明,3种减渗方案有不同的减渗效果,典型断面河流水位在0.3～2.0 m时,3种方案河流渗流损失量可降低55.8%～68.8%、91.5%～94.3%和94.8%～96.5%...     

不同品种玉米幼苗期对模拟酸雨胁迫的响应及综合评价

采用人工模拟酸雨及室内盆栽培养方法,以玉米为试材,研究不同pH值的模拟酸雨(pH值5.6、4.0、3.0、2.0)对3种玉米(黑301、吉单522和尹单2)幼苗若干生理指标的影响,在此基础上对此3种玉米品种的抗酸性利用隶属函数法进行综合评价.结果表明,在模拟酸雨胁迫下,3种玉米品种幼苗叶片的可溶性糖含量随模拟酸雨酸性的增强而下降;MDA相对含量、细胞渗透性和POD活性随模拟酸雨pH值的降低逐渐增加;SOD活性先增加,随后又降低;3种供试品种中,吉单522抗酸性最强,其次尹单2,黑301最弱.