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ISSN 1000-0054
CN 11-2223/N
创刊于 1915 年 (月刊)
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  • 清华大学学报(自然科学版)
      2015年, 第55卷, 第1期 上一期    下一期
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    双钢管高强混凝土短柱偏心受压性能试验  收藏
    钱稼茹,张扬,张微敬
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 1-7.  
    摘要 ( 74 )   HTML   HTML    PDF (1464KB)

    通过偏心率为0.2~0.6、 截面尺寸为180mm×180mm、 高度为600mm的16个试件的静力试验,研究了外方内圆双钢管高强混凝土短柱的偏心受压性能。试验结果表明: 试件的破坏形态为整体弯曲及方钢管壁板局部鼓曲,剩余轴压力为峰值轴压力的75%以上; 增大方钢管含钢率或增大偏心率,双钢管高强混凝土短柱偏心受压承载力增大。采用叠加法计算得到的双钢管高强混凝土短柱试件的偏心受压承载力,与试验结果符合良好。

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    考虑结构劣化和荷载历史的既有桥梁承载力更新  收藏
    李全旺,王草,张龙
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 8-13.  
    摘要 ( 64 )   HTML   HTML    PDF (1252KB)

    为提高桥梁承载力评估的准确性,该文基于结构时变可靠度理论,提出了利用桥梁已有信息(包括荷载历史、性能劣化规律等)对桥梁初评承载力进行更新的方法。将结构承载力的衰减描述成完全相关的随机过程,将荷载历史描述成不同时刻相互独立的随机过程,给出了同时考虑承载力衰减规律、荷载历史及其不确定性的既有桥梁承载力更新的显式公式,并通过具体算例验证了该方法的准确性。利用该文方法,对比了考虑与不考虑荷载历史时的桥梁初评与更新后的承载力,以及在更新时考虑与不考虑承载力衰减的承载力更新效果。结果表明: 历史荷载越大,对承载力更新的效果越明显; 但若未同时考虑承载力的衰减,会高估桥梁的实际承载力,造成评估结果的不安全。

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    能源桩热响应测试的模拟及适用性评价  收藏
    郭红仙,李翔宇,程晓辉
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 14-20.  
    摘要 ( 87 )   HTML   HTML    PDF (1402KB)

    该文旨在分析基于钻孔埋管换热器的热响应测试(thermal response tests, TRT)测试用于桩基埋管换热器时的通用性与局限性。首先选用不同的分析模型进行温度响应的计算与比较,并选用包含流体对流换热的有限元模型(FEM),模拟了不同桩径、不同埋管形式以及不同加热功率的能源桩TRT。计算表明:用于钻孔埋管的TRT测试同样适用于能源桩,但随着桩径的增大,测试所需的最短时间变长;桩内埋管数量的增加和加热功率的提高也不能缩短测试时间。通过模拟北京CFG(cement fly-ash gravel)桩的TRT测试,有限元模型得到了验证。该试验表明:能源桩TRT测试的加热功率不宜过大。对直径大于400 mm的能源桩,TRT测试时长>100 h,测试条件不易保证,建议采用原位钻孔取样后实验室测试的方法获取岩土热物性参数。

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    基于实际通水监测的大体积混凝土数字温度监测  收藏
    左正,胡昱,李庆斌,李炳锋,黄涛
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 21-26.  
    摘要 ( 59 )   HTML   HTML    PDF (2241KB)

    大体积混凝土施工期的温度状态是重要的评价指标,对其的获知传统上依赖于埋设内部温度计,但存在耗费资源、施工干扰、仪器失效等问题。该文提出一种数字监测方法,通过布置一定的通水仪器,利用能量守恒定律计算混凝土的温度状态,规避了传统算法中对参数选取的复杂性。对相关的计算原理进行了推导,并给出了仪器布置及监测的方法。在溪洛渡拱坝工程中分别针对单仓及全坝段进行了数字监测试验,数字监测结果与原型监测结果一致,验证了所提方法的可行性与正确性。

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    大体积混凝土真实温度场演化规律试验  收藏
    林鹏,胡杭,郑东,李庆斌
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 27-32.  
    摘要 ( 44 )   HTML   HTML    PDF (1315KB)

    旨在揭示大体积混凝土通水冷却温度场演化规律,为混凝土坝温控防裂优化设计提供依据,该文通过开展现场通水冷却试验,分析实时监测的混凝土真实温度和通水进出口温度变化数据,研究真实温度场分布特征、演化规律及其影响因素。研究结果显示: 真实温度场由非均匀性分布向均匀性分布的演化过程,混凝土早期降温特性可以概括为热量积累、热量释放和热量转移这3个特征阶段。结合大坝温度开裂实例,从温度场演化分析了沿坝轴线开裂机制。研究结果对特高拱坝施工期混凝土温控防裂具有参考意义。

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    华北平原典型冬小麦农田土壤呼吸日内变化规律  收藏
    张权,杨大文,雷慧闽,薄宏波,蔡建峰
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 33-38.  
    摘要 ( 42 )   HTML   HTML    PDF (1376KB)

    为掌握华北平原麦田总土壤呼吸、异养呼吸和自养呼吸的日内变化规律及其控制因素,该文于2011年4月—6月开展了土壤呼吸实验,采用根系排除法,测得总土壤呼吸及其2个分量异养呼吸和自养呼吸。结果表明: 总土壤呼吸和异养呼吸呈现单峰变化规律,峰值出现在午后14:00附近,自养呼吸无明显日内变化特征。自养呼吸对总土壤呼吸的贡献率在日时间尺度上变化较小,但不同生育期的量值有微小差异。相关关系分析结果表明: 异养呼吸与空气温度具有很好相关性,好于与土壤温度的相关性,异养呼吸与空气相对湿度具有较好的负相关性。自养呼吸主要受光合作用速率控制,但在时间上滞后于光合作用速率。因此控制该地区麦田土壤呼吸日内变化的主要因素为空气温度、空气湿度和光合作用速率。

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    水库蓄水后长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区干流溶解氧时空分布  收藏
    沈忱,吕平毓,王义成,倪广恒,冯顺新
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 39-45.  
    摘要 ( 50 )   HTML   HTML    PDF (1434KB)

    水体的溶解氧(DO)是表征水体健康的重要指标之一。为研究金沙江下游向家坝与溪洛渡水库蓄水前后,“长江上游珍稀特有鱼类国家级自然保护区”(以下简称“保护区”)干流河道内溶解氧时空分布特征, 2012-07—2013-11(期间向家坝进行了3次蓄水,溪洛渡进行了1次蓄水),在保护区及其上下游干流布设了7个监测站点,对水温、溶解氧质量浓度等指标进行了监测和分析。结果表明: 1) 4次蓄水过程坝下断面均出现了溶解氧过饱和现象;2) 开始蓄水后溶解氧浓度与饱和度明显增加;3) 支流入汇对干流溶解氧水平会产生一定的影响;4) 河道内溶解氧溶度的增加与年际内水温周期变化及水库泄流调度引起的水气掺混有一定关系。

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    水库移民管理者的认知对移民满意度的影响  收藏
    陈文超,强茂山,王佳宁,郑腾飞
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 46-49.  
    摘要 ( 32 )   HTML   HTML    PDF (1133KB)

    移民满意度是影响水电项目有效和可持续开发的主要因素之一,该文研究水库移民管理者的认知对移民满意度的影响。通过对中国西南2个水利枢纽工程项目中4县120名水库移民、 74名移民管理者进行问卷和访谈调研,该文提取了对移民满意度有显著影响的10个指标因子,并针对因子就移民满意度与管理者认知进行对比分析。结果表明: 移民满意度与管理者认知情况呈正相关关系,即管理者愈重视的因子移民的满意度愈高,但在公共服务、资金兑现、文化习俗等因子上出现偏差; 该偏差为管理者能力动因的约束所致,说明现行移民体制安排难以完全适应当地移民工作实际执行的需要。

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    施工粉尘健康损害量化评价  收藏
    李小冬,苏舒,黄天健
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 50-55.  
    摘要 ( 65 )   HTML   HTML    PDF (1208KB)

    为了完善建筑工程健康损害评价体系,提升施工人员职业健康水平,该文基于健康风险评价法和健康损害量化评价,建立施工粉尘健康损害评价框架。针对不同施工阶段不同工种进行粉尘损害评价,并用社会意愿支付法货币化损害结果。结合实际工程,将评价模型运用于某住宅项目主体结构施工阶段,得到各工种的粉尘健康损害值,并进行对比分析。结果表明: 评价模型可以用于施工粉尘的健康损害评价; 不同工种的粉尘健康损害存在明显差异; 在主体结构阶段,木工受到的粉尘污染最为严重。

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    中国土地市场供给的价格弹性及其影响因素  收藏
    刘洪玉,姜沛言
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 56-62.  
    摘要 ( 58 )   HTML   HTML    PDF (1171KB)

    为研究土地供给的价格弹性(以下简称土地供给弹性)所代表的政府土地出让行为对土地和住房市场的影响,该文构建在垄断土地供给条件下的土地和住房市场均衡理论模型,并针对“供过于求”和“供不应求”的市场状态分别进行分析。理论分析表明:土地供给弹性是影响土地和住房市场均衡状态的重要因素,地方政府可以通过提高土地供给弹性增加土地出让收入。基于中国35个大中城市2006-01—2013-09数据的实证分析表明:住房市场价格和交易量的波动以及地方政府财政对土地出让金的依赖程度是决定土地供给弹性的重要因素。政府应当根据城市发展情况,合理确定土地供给计划,确保住房用地的有效供应。

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    房价上涨预期对逆向选择现象的抑制效应:来自二手房交易实验的证据  收藏
    张红,孙煦,张洋
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 63-67.  
    摘要 ( 34 )   HTML   HTML    PDF (1157KB)

    该文研究房价上涨预期对二手房市场逆向选择现象的影响。首先,从理论角度提出房价上涨预期指标与逆向选择程度的测算公式。之后,基于现实二手房市场交易特点设计和实施经济学实验,通过实验模拟不同房价上涨预期条件下的二手房交易过程,并收集数据。最后,基于实验数据对房价上涨预期指标与市场逆向选择程度进行测算,并检验房价上涨预期对市场逆向选择的影响。研究表明: 严重的信息不对称是二手房市场产生逆向选择现象的主要诱因; 当前市场上交易人的房价上涨预期在一定程度上暂时抑制了逆向选择现象的发生。预防和解决二手房市场逆向选择现象的根本途径是降低信息不对称程度。

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    基于搜寻匹配模型的住房限购政策效果仿真与评价  收藏
    张红,李洋,陈玄冰
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 68-73.  
    摘要 ( 44 )   HTML   HTML    PDF (1204KB)

    为评价住房限购政策效果,该文构建住房市场搜寻匹配模型,将交易市场和租赁市场纳入统一的研究框架,数值仿真了限购政策约束下家庭租买选择与住房价格之间的动态关系。结果表明:在限购住房市场中,房租对需求冲击的响应比房价更敏感,房租水平在短期内将快速上升,并大幅提高租金收益率。可见,限购政策通过冻结部分购房需求抑制当期房价上涨,但是需求冲击会推动房租的上涨,并通过租金收益率对资产价格的传导作用提高房价。据此建议,应及时采用市场化的经济调控手段替代强制性行政干预政策,从而长期稳定市场预期和房价波动。

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    基于生命周期分析的中国城镇住宅物化环境影响评价  收藏
    刘毅,何小赛
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 74-79.  
    摘要 ( 40 )   HTML   HTML    PDF (1240KB)

    中国城镇住宅在建筑材料的生产、运输和施工过程中带来严重的环境影响,该文综合运用生命周期评价和情景分析方法,基于eBalance数据库平台,研究了中国城镇住宅的物化环境影响。结果表明: 2010年中国城镇住宅的物化环境影响约占中国15.5%、 15.2%、 39.2%、 4.1%、 15.9%和17.5%的能源消耗、用水量、化学需氧量、氨氮、二氧化硫和氮氧化物排放量,且主要来自建筑材料的生产阶段,尤其是钢材和水泥的生产,二者之和约占全部建筑材料生产阶段环境影响的70%, 其中钢材占55%。因此,从环境保护的视角考虑中国城镇住宅发展的调控具有重要意义。

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    石化园区规划大气环境风险模拟方法与案例  收藏
    刘毅,刘龙,李王锋,董业斌,张秀青
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 80-86.  
    摘要 ( 92 )   HTML   HTML    PDF (1332KB)

    为定量评估石化园区规划中的区域尺度大气环境风险水平,该文从源头预防高风险产业集聚导致的布局矛盾,综合运用风险识别技术、 CALPUFF大气扩散模型、空间分析方法,构建了石化园区规划层面大气环境风险模拟方法。以某石化园区规划为例,对涉及丙烯腈、氯气、光气、硫化氢、氨气的6个重大危险源的大气风险开展了不同季节下的事故扩散模拟。结果表明:1141.5km2(占评价区域98.7%)范围内大气环境风险水平不同程度提高,其中事故后可能对人体造成不可恢复影响的范围达到326.5km2(28.2%); 秋季气象条件最不利于事故扩散,区域风险水平高于其他季节;二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)项目对区域大气风险水平变化的贡献超过90%。

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    一株高环多环芳烃降解嗜盐菌Thalassospira sp.的分离及降解特性  收藏
    王慧,周海燕,黄勇,方婷婷
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 87-92.  
    摘要 ( 67 )   HTML   HTML    PDF (1310KB)

    为获得盐环境中高环多环芳烃(HMW-PAHs)污染修复的高效降解菌株,该文以芘为唯一碳源和能源,利用5%盐度矿物培养基(MSM)从石油污染土壤中富集分离出一株能降解菲、荧蒽、芘、苯并蒽的嗜盐菌,经形态学观察和16SrRNA序列鉴定为海旋菌(Thalassospira), 命名为Thalassospira sp.strain TSL5-2。在5%盐度下, 25d内, TSL5-2对菲、芘、荧蒽(初始质量浓度均为20mg/L)、 苯并蒽(初始质量浓度为8mg/L)的降解率分别为100%、 53.3%、 60%、 18.1%,但不能降解苯并芘。TSL5-2耐盐范围为0.5%~19.5%,最适盐度为5%。外加酵母粉和蛋白胨(5mg/L)对菲的降解都有一定的促进作用,后者效果更为明显, 5d内菲的降解率分别为60.9%和82.1%,高于MSM对照组(46.1%)。酵母粉对TSL5-2降解芘和苯并芘的影响效果都不显著。蛋白胨对芘降解有抑制作用,但对苯并芘(5mg/L)降解有促进效果, 25d的芘和苯并芘的降解率分别为17.5%和38.2%。

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    剩余污泥低温热水解中试  收藏
    吴静,姜艳,曹知平,王广启,左剑恶,王凯军
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 93-97.  
    摘要 ( 62 )   HTML   HTML    PDF (1221KB)

    中国污泥有机物质量比低,厌氧消化速率慢、产气少, 60℃左右的热水解是改善措施之一。该文在热水解罐中进行了剩余污泥低温热水解的中试研究,采用热泵供热。对水力停留时间(HRT)、 温度(T)、 污泥含固率和有机物质量比(CVSS/CSS)等对剩余污泥低温热水解的影响以及重要性进行了分析。试验结果表明: 低温热水解的最佳工艺条件为: HRT为1 d, 温度54~60℃,污泥含固率3%。加碱可以促进水解,当污泥含固率5%时,调节pH到10可使VSS去除率和有机物溶出率分别增加46.8%和100%。正交试验结果表明: 温度、污泥含固率和有机物质量比都是热水解的关键影响因素,各因素对VSS去除率和有机物溶出率影响的重要性顺序一致,由大到小的顺序为: 污泥含固率、温度、有机物质量比。在最佳工况下,剩余污泥低温热水解后进行中温(35℃)厌氧消化,消化时间10d的情况下,沼气产量比未低温热水解时增加44%。

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    基于四维变分资料同化的核事故源项反演  收藏
    刘蕴,方晟,李红,曲静原,姚仁太,范丹
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 98-104.  
    摘要 ( 39 )   HTML   HTML    PDF (1423KB)

    福岛(Fukushima)核事故后,源项反演成为一种重要的核事故放射性释放源项定量计算分析方法。该文引入四维变分(4DVAR)资料同化法,结合中尺度大气扩散模型,提出一种针对核电厂事故的放射性释放源项反演方法。该方法利用核电厂周围监测数据,使用伴随方法迭代计算四维变分代价函数梯度,得到对释放源项的最佳估计。该方法考虑了完整时间序列上的放射性传输过程,对释放源项的估计结果为全局最优。风洞实验验证结果表明: 源项估计的相对误差为20%左右。

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    基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型  收藏
    张璜,薄涵亮
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 105-114.  
    摘要 ( 57 )   HTML   HTML    PDF (1504KB)

    建立基于Lagrange-Euler方法的多液滴运动模型,数值模拟汽水分离器的分离效率和内部液滴湿度分布。根据多液滴运动特点,选取数目密度函数描述其运动行为。通过分析液滴和流场之间的作用机理,采用δ函数构建液滴运动参数等Lagrange变量和流场参数等Euler变量的联系,从而建立多液滴运动的物理模型,并给出该物理模型的数学描述及数值求解方法。利用该模型计算得到的分离器效率与实验值及商用软件模拟值符合良好,且通过对速度场的分析,认为计算所得的分离器内部湿度分布合理。结果表明: 多液滴运动模型所得结果可靠,该模型的提出为设计和优化分离器的结构提供了强有力的工具。

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    一种用于CT偏置扫描重建的指数型加权函数  收藏
    杜乙,王贤刚,向新程
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 115-121.  
    摘要 ( 55 )   HTML   HTML    PDF (1347KB)

    针对计算机层析成像(CT)偏置扫描滤波反投影(FBP)重建算法中加权函数形式复杂、抑噪性能不足的问题,该文提出了一种形式简洁、连续光滑的Sigmoid指数型加权函数。通过对偏置重建过程进行Fourier变换,推导得到加权函数对白噪声的频域响应余项,相较Parker、Wang这2种加权函数,该文函数频域响应余项的高频部分幅度更低。该文分别进行了扇形束与锥形束几何在无噪声和有噪声情况下的偏置扫描仿真实验,重建图像采取主客观相结合的方法进行评价。结果表明:在理想无噪声条件下,3种加权函数重建图像无显著差异;在有噪声条件下,该文函数重建图像整体平滑、边缘锐利、对比度突出;F-范数、均方差(MSE)、对比度噪声比(CNR)这3项指标均有改善。相较Parker与Wang函数,该文函数形式简洁且抑噪性能更为优异。

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    基于相机模型的锥束CT重建误差校正  收藏
    王梦蛟,丁辉,王广志
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 122-127.  
    摘要 ( 49 )   HTML   HTML    PDF (1375KB)

    该文对存在几何误差的锥束计算机层析成像(CT)的图像重建校正方法进行了研究。该文将锥束CT系统看做针孔相机,因此相机的成像模型可以用来修正三维体素与二维投影之间的映射关系。将该映射关系带入到重建算法中,就可以对存在误差的锥束CT进行有效的重建,提高重建图像的质量。计算机视觉中的相机标定技术被用来构建成像模型。该技术的可靠性保证了本文方法的精度和鲁棒性。仿真和实际系统实验表明: 本方法可以在图像重建过程中对锥束CT中的几何误差进行有效的校正。

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    抑制准则值对刺激频率耳声发射抑制调谐曲线调谐特性的影响  收藏
    王瑶,宫琴
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 128-133.  
    摘要 ( 40 )   HTML   HTML    PDF (1293KB)

    为了研究不同抑制准则值对刺激频率耳声发射抑制调谐曲线(stimulus frequency otoacoustic emission suppression tuning curves, SFOAE STCs)调谐特性的影响,该文测试了10名听力正常受试者在1、 2、 4kHz中心频率下,不同抑制准则值的SFOAE STCs, 并提取其特征参数: 调谐曲线品质因数(Q10)、 10dB带宽(BW10)、 顶点纵坐标偏移量等,运用统计学方差分析(analysis of variance, ANOVA)的方法进行抑制准则值对SFOAE STCs的特征参数的显著性水平分析。结果表明: 抑制准则值对SFOAE STCs调谐特性无显著影响,但是,随着抑制准则值的增大, SFOAE STCs更为尖锐,即其调谐特性更为敏锐。

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    Ma数预处理间断Galerkin算法  收藏
    谭勤学,任静,蒋洪德
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 134-140.  
    摘要 ( 55 )   HTML   HTML    PDF (1454KB)

    该文为研究间断Galerkin方法对低Ma数流动计算的实用性,将有限体积预处理矩阵方法引入间断Galerkin框架,针对低Ma数问题发展了三维粘性流动求解方法。行波算例(traveling wave)表明: 在间断Galerkin框架下引入预处理矩阵方法可用于低Ma数粘性流动的计算,且能保持间断Galerkin方法原有的离散精度。顶盖驱动流动、层流边界层、后台阶湍流流动和方腔内自然对流4个经典算例,检验了预处理间断Galerkin方法求解低Ma数流动的可行性及程序的可靠性。不同Ma数绕NACA0012无粘流动算例进一步表明,该文所用预处理间断Galerkin方法计算收敛速度几乎与Ma数无关。

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    利用约束方程法计算ITER中GDC电极所受的电磁力  收藏
    郝丽,潘宇东,李波,袁建生
    清华大学学报(自然科学版). 2015, 55 (1): 141-144.  
    摘要 ( 47 )   HTML   HTML    PDF (1237KB)

    针对位于国际热核聚变试验堆(ITER)装置上端口的直流辉光放电清洗(GDC)电极的概念设计模型,该文利用ANSYS APDL语言对GDC电极在等离子体破裂过程中所受的电磁力进行了计算分析。在ITER有限元整体模型的基础上,将电极嵌入整体模型,采用在相应接触面上建立约束方程的方法,使局部和整体模型相耦合,实现了ITER装置在等离子体破裂事件下的三维暂态电磁场有限元计算,得到了GDC电极中的感应电流分布及其所受的电磁力,计算结果为ITER GDC电极概念设计提供了参考。

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