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基于三维X-CT图像的结皮土壤孔隙结构特征与渗透率

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农业工程学报 2021年第14期37卷 89-97页

作者：许智隼胡五龙武汉理工大学理学院武汉430070 武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430070

地表结皮广泛存在于干旱半干旱地区的表层土壤,对水土保持和生态环境有着重要的影响。该研究采用X射线断层扫描成像技术(X-CT)和图像分析方法,获取并分析了3个含表层结皮的土样(孔隙率分别为0.196、0.144和0.093)三维孔隙结构特征,并利... 详细信息

地表结皮广泛存在于干旱半干旱地区的表层土壤,对水土保持和生态环境有着重要的影响。该研究采用X射线断层扫描成像技术(X-CT)和图像分析方法,获取并分析了3个含表层结皮的土样(孔隙率分别为0.196、0.144和0.093)三维孔隙结构特征,并利用格子玻尔兹曼方法计算了各土样沿深度方向不同土层的渗透率。孔隙结构分析发现,土样的表层与其相邻土层孔隙率具有较大差异,其孔隙变异度E>5%,表层孔隙率较小且连通性更差;而下部土层的孔隙率变化则较为平缓,其孔隙变异度E<5%,且平均孔径随深度的增加而减小,分别由0.43、0.37和0.50 mm降低至0.15、0.14和0.14 mm。渗透率计算结果表明,表层结皮对水分渗流有着明显的阻滞作用,其渗透率最小,分别为7.472、0.006和6.960μm^(2);在对土样孔隙结构特征参数与孔隙率相关性分析的基础上,将Kozeny-Carman方程的比表面积替换为孔隙复杂度,提出了一种可靠的渗透率预测模型,较Kozeny-Carman方程及其简化模型而言,该模型具有更高的预测精度,其决定系数R^(2)由0.96提升至0.98,而均方根误差RMSE则由25.06降低至18.31μm^(2)。该研究可为干旱半干旱地区的水资源管理利用和生态环境保护提供参考。

关键词：土壤孔隙率渗透率土壤结皮格子玻尔兹曼 X-CT

基于流场特性的大型邮轮开敞区域乘客舒适性分析

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舰船科学技术 2023年第13期45卷 20-25页

大型邮轮开敞区域是乘客密集区域,对舒适性要求较高。本文运用雷诺时均方法探讨不同风向角下豪华邮轮开敞区域的流场特性,并用风洞实验对仿真结果进行验证,分析开敞区域流速、乘客受风角和烟囱烟气扩散情况,对邮轮开敞区域游客的舒适性... 详细信息

大型邮轮开敞区域是乘客密集区域,对舒适性要求较高。本文运用雷诺时均方法探讨不同风向角下豪华邮轮开敞区域的流场特性,并用风洞实验对仿真结果进行验证,分析开敞区域流速、乘客受风角和烟囱烟气扩散情况,对邮轮开敞区域游客的舒适性情况进行评价。研究表明:从流速、乘客受风角以及脱涡情况考虑,60°风向角下,开敞区域流速最大,脱涡最明显,乘客舒适性较差;从烟囱烟气扩散考虑,180°风向角下,烟气会下洗到甲板上,严重影响乘客舒适性。研究结果可为邮轮开敞区域的布置设计提供指导。

关键词：大型邮轮复杂上层建筑舒适性

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均质土微润灌湿润体模型构建及验证

农业工程学报 2020年第13期36卷 83-91页

作者：范严伟杨志伟胡五龙兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050 武汉理工大学理学院武汉430070

为探明微润灌土壤湿润体运移的影响因素和变化规律,设置了56种微润灌情景(8种土壤质地、3种土壤基质势和10种微润管比流量的不同组合),利用HYDRUS-2D软件,模拟研究土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体的影响。... 详细信息

为探明微润灌土壤湿润体运移的影响因素和变化规律,设置了56种微润灌情景(8种土壤质地、3种土壤基质势和10种微润管比流量的不同组合),利用HYDRUS-2D软件,模拟研究土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体的影响。综合考虑单位长度总渗水量、土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量等影响因素,基于量纲分析方法,建立了一种均质土微润灌湿润体尺寸估算模型,并利用数值模拟结果,定量获取了所建模型的待定参数,最后,采用试验资料评价了估算模型的可靠性。结果表明,土壤饱和导水率、土壤基质势和微润管比流量对微润灌土壤湿润体形状影响较小,且在湿润锋未到达地表前,湿润体形状均为以线源为轴线的近似"椭圆柱体";相同土壤饱和导水率条件下,土壤湿润体水平、垂直向下和垂直向上方向上的湿润锋运移速率均随土壤基质势和微润管比流量增大而增大;当土壤基质势和微润管比流量恒定时,随土壤饱和导水率数值的增大,垂直向上和水平方向的湿润锋运移速率逐渐减小,而垂直向下的湿润锋运移速率存在先减小后增大的现象;所建模型的统计指标平均绝对误差、均方根误差均趋近于0,纳什效率接近1,说明模型估算效果良好,可为微润灌工程的运行及管理提供科学依据。

关键词：模型土壤湿润体量纲分析微润灌

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土壤水分布的孔隙尺度格子玻尔兹曼模拟研究

力学学报 2021年第2期53卷 568-579,I0004页

作者：胡五龙刘国峰晏石林范严伟武汉理工大学绿色智能江海直达船舶与邮轮游艇研究中心武汉430070 武汉理工大学理学院武汉430070 兰州理工大学能源与动力工程学院兰州730050

土壤水控制着陆地生态系统几乎所有的物理和生物化学过程,准确描述土壤中水的分布与运动状态对人类发展和生态环境保护均有重要意义.土壤水分布不仅与孔隙结构有关,而且受土壤固相表面润湿性的影响.一般对土壤水分布都是从宏观尺度进行... 详细信息

土壤水控制着陆地生态系统几乎所有的物理和生物化学过程,准确描述土壤中水的分布与运动状态对人类发展和生态环境保护均有重要意义.土壤水分布不仅与孔隙结构有关,而且受土壤固相表面润湿性的影响.一般对土壤水分布都是从宏观尺度进行描述,但土壤中的物理及生化过程都发生在孔隙中,从孔隙尺度分析土壤水的分布规律,有助于更准确地理解土壤中的各种宏观现象.本文通过X射线扫描成像技术获取两个土样的三维孔隙结构,并采用改进的Shan-Chen格子玻尔兹曼模型,模拟了在不同润湿性条件下两个土样中孔隙水分布,分析了接触角对孔隙水分布的影响,结果表明:接触角较大时,孔隙直径对液态水和水蒸气分布影响较小,随着接触角减小,孔隙直径对液态水和水蒸气的分布影响增大;接触角对液、气、固之间的界面面积以及流体输运通道直径也有较大影响,液体输运通道直径随接触角减小而变小,气体输运通道直径则随接触角的减小先增大,后减小;土壤中液态水密度随接触角变化很小,但水蒸气密度随接触角减小而显著降低;接触角较大时,饱和度对水蒸气密度无明显影响,接触角较小时,饱和度的增大会显著提高水蒸气的密度.

关键词：格子玻尔兹曼润湿性接触角孔隙尺度模拟孔隙介质

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溶质降解和生成对水盐运移的影响

中国沙漠 2011年第3期31卷 672-677页

作者：胡五龙黄宁兰州大学西部灾害与环境力学教育部重点实验室甘肃兰州730000

土壤盐渍化是土地荒漠化的主要类型之一,是干旱、半干旱地区土地退化的主要形式,水盐运移是研究土壤盐渍化的主要内容。土壤中的水盐运移是一个集物理、化学和生物反应的复杂过程,溶质降解和生成必然对水盐运移过程产生影响,但目前对此... 详细信息

土壤盐渍化是土地荒漠化的主要类型之一,是干旱、半干旱地区土地退化的主要形式,水盐运移是研究土壤盐渍化的主要内容。土壤中的水盐运移是一个集物理、化学和生物反应的复杂过程,溶质降解和生成必然对水盐运移过程产生影响,但目前对此方面的研究很少。通过利用水盐运移两区模型对不同降解系数或溶质生成系数下穿透曲线的模拟分析,研究了降解和溶质生成对水盐运移的影响。结果表明,在水盐运移过程中,土壤溶液浓度会随着土壤降解系数的增加而降低,随着土壤溶质生成系数的增大而增大。

关键词：降解溶质生成两区模型水盐运移

盐冻条件下不同水灰比硬化水泥砂浆的孔隙演化及表征

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硅酸盐学报 2020年第11期48卷 1842-1851页

作者：韩家伟严辰成胡五龙朱四荣晏石林武汉理工大学理学院新材料力学理论与应用湖北省重点试验室武汉430070 上海电气风电集团股份有限公司上海200241

制备不同水灰比硬化水泥砂浆试样并进行盐冻实验(CDF冻融),通过X射线断层扫描获取不同冻融循环次数下硬化水泥砂浆的细观图像及三维孔隙结构,分析了冻融循环过程中细观结构演化过程及其机理,研究了CDF冻融循环作用下硬化水泥砂浆孔隙参... 详细信息

制备不同水灰比硬化水泥砂浆试样并进行盐冻实验(CDF冻融),通过X射线断层扫描获取不同冻融循环次数下硬化水泥砂浆的细观图像及三维孔隙结构,分析了冻融循环过程中细观结构演化过程及其机理,研究了CDF冻融循环作用下硬化水泥砂浆孔隙参数变化规律以及水灰比对砂浆试样抗冻性的影响。结果表明:冻融微裂缝沿着水泥集体与细骨料的多孔界面发展,降低水灰比可减少界面孔隙量,从而提高水泥基材料抗冻性能;水灰比0.30的水泥砂浆具有较强的抗冻性;水泥砂浆的冻融损伤演化及破碎过程可用分形维数曲线来表征。

关键词：冻融循环孔隙演化水灰比断层扫描分形维数

基于X射线断层扫描的硬化水泥砂浆孔隙结构分析及表征

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硅酸盐通报 2019年第3期38卷 596-603页

作者：严辰成胡五龙朱四荣池晴佳武汉理工大学理学院武汉430070 武汉理工大学新材料力学理论与应用湖北省重点实验室武汉430070

水泥砂浆是一种应用广泛的水泥基材料,其内部孔隙结构对其力学性能和耐久性有重要影响。水泥砂浆中孔隙结构复杂,传统方法都是通过实验获得统计平均的结果,无法从孔隙尺度分析孔隙结构对材料宏观力学性能及渗透性的影响,近些年发展起来... 详细信息

水泥砂浆是一种应用广泛的水泥基材料,其内部孔隙结构对其力学性能和耐久性有重要影响。水泥砂浆中孔隙结构复杂,传统方法都是通过实验获得统计平均的结果,无法从孔隙尺度分析孔隙结构对材料宏观力学性能及渗透性的影响,近些年发展起来的X射线断层扫描(X-CT)等成像技术为研究水泥砂浆孔隙结构提供了新的途径。利用X-CT获取水泥砂浆的孔隙图像,通过二维图像分析水泥砂浆的细观组分,根据形成原因与形貌对水泥砂浆内部孔隙(3.34μm以上的大孔和微裂缝)进行了分类;并重构了水泥砂浆的三维孔隙结构,探讨了水灰比对水泥砂浆孔隙率、孔隙体积以及孔径分布的影响,为分析水泥砂浆的力学性能与耐久性提供依据。

关键词： X-CT 水泥砂浆水灰比孔隙结构

运动调节破骨细胞活性改善溶骨性疾病研究进展

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中国运动医学杂志 2024年第2期43卷 133-141页

作者：胡禧龙朱玲华南师范大学体育科学学院广东广州510006

破骨细胞是来源于骨髓造血干细胞的骨吸收细胞,其职责在于清除老化受损的骨基质,通过与成骨细胞的紧密耦合来维持骨重塑平衡。然而,由破骨细胞过度形成与活化引起的溶骨性疾病已成为全球性的公共卫生问题,如骨质疏松症、骨关节炎、类风... 详细信息

破骨细胞是来源于骨髓造血干细胞的骨吸收细胞,其职责在于清除老化受损的骨基质,通过与成骨细胞的紧密耦合来维持骨重塑平衡。然而,由破骨细胞过度形成与活化引起的溶骨性疾病已成为全球性的公共卫生问题,如骨质疏松症、骨关节炎、类风湿性关节炎、骨肉瘤骨病和佩吉特式骨病等。在此背景下,运动被视为一种调节骨骼细胞命运的重要手段,通过多种微环境信号来协调骨骼的合成与分解代谢平衡,缓解因过度骨吸收而导致的骨破坏。本文以运动引起的机械与分子信号为线索,系统总结了运动调控破骨细胞产生与骨吸收活性的分子机制,并总结了运动在改善溶骨性疾病中的作用,为通过规律运动防治骨流失相关疾病提供理论依据。

关键词：运动破骨细胞溶骨性疾病信号机制

基于改进深度Q网络的机器人持续监测路径规划

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兵工学报 2024年第6期45卷 1813-1823页

作者：王霄龙陈洋胡棉李旭东武汉科技大学冶金自动化与检测技术教育部工程研究中心湖北武汉430081 武汉科技大学机器人与智能系统研究院湖北武汉430081

持续监测问题指的是通过规划移动机器人在路网中的巡逻路线,从而对路网环境实施长期监测,以实现保障环境安全的目的。环境中的待监测点通常受到最大允许监测周期(重访周期)的限制,并且最优的监测路径不应具有固定的周期,否则监测过程容... 详细信息

持续监测问题指的是通过规划移动机器人在路网中的巡逻路线,从而对路网环境实施长期监测,以实现保障环境安全的目的。环境中的待监测点通常受到最大允许监测周期(重访周期)的限制,并且最优的监测路径不应具有固定的周期,否则监测过程容易被恶意入侵者针对性地破坏。针对上述问题,提出一种基于改进深度Q网络(Deep Q Networks,DQN)的机器人监测路径规划算法。改进DQN的决策方法,使机器人获得一条监测频率高、安全性好(防止被智能入侵的能力)、非固定周期的监测路径。仿真实验结果表明:所提算法可以高效地覆盖所有待监测节点;与传统的DQN算法相比,该算法不会使监测陷入周期性的循环路径之中,增强了系统的抗入侵能力。

关键词：持续监测强化学习路径规划移动机器人