高炉炼铁行业是十分重要的国民支柱产业，铁资源无论在民用还是国防建设都是不可或缺的，尤其是我国巨大的钢铁厂量与钢铁消耗量伴随着巨大的碳排量。基于此本项目开展高炉炼铁数值模拟研究，加深认识高炉“黑箱”操作，找出既利于铁矿石还原又利于软熔带平衡状态的转变操作需要；同时也对固定批重下不同粒径铁矿石粒径的炉内动态演变规律进行研究分析，推动我国钢铁产业中“低碳”技术研发。本项目以湖南华菱湘潭钢铁厂运行的全过程数值高炉模型为对象，预测并监控高炉炼铁时炉况顺行情况，优化高温煤气流对于铁矿石还原的利用率，以智能化、低碳化为指导方向，主要完成和探究以下三个方向的可行性： (1) 开发并测试了基于计算流体力学方法和离散单元法的高炉炼铁过程模型，用来研究不同条件下高炉内部多相流动和热化学现象； (2) 研究了不同的案例来展示模型适应性，该模型既能够用来提高对高炉炼铁的认识，也能够用于高炉的设计和控制； (3) 基于低碳炼铁绿色理念，为高昂的实际高炉试验进行模拟优化的同时也可以为真实高炉的生产过程提供一定的指导，对我国实现“双碳”目标具有显著意义。

用于医学培训教学

针对风力发电机复合材料叶片结构动力学特性问题，以5 MW水平轴风力发电机叶片为研究对象，通过复合材料结构理论，对叶片铺层方案展开研究；基于此，借助有限元法对复合材料叶片静态响应和结构动力学特性展开研究。首先构建叶片气动数值模拟计算域，通过网格无关性验证，确定合理网格尺寸，探究不同风速叶片气动特性，求解额定工况11.4m/s时叶片表面压力载荷分布。按照网格尺寸由小到大对计算域进行网格划分，通过计算不同数量网格的风轮输出功率，得到最佳数值模拟计算网格数为4572万；求解叶片所受推力和转矩，进而验证叶片气动数值计算模型的准确性，并对尾流场速度和叶片表面压力载荷展开研究。在叶片壳体模型基础上，构建复合材料叶片有限元模型并对其进行静态响应特性研究。基于复合材料叶片结构理论及德国劳氏船级社(GL)叶片认证标准对叶片铺层方案开展研究，确定复合材料叶片铺设层数和铺设角度，并基于ACP模块完成5 MW水平轴风力发电机复合材料叶片有限元建模；然后以叶片在额定工况11.4m/s时叶片表面压力分布结果为加载载荷，基于静力学基本原理对复合材料叶片在额定工况开展静态响应研究，探究叶片在该工况形变及应力应变分布。额

通过建立包含孔隙的Ni-Cr合金涂层的分子动力学模型，模拟了Ni-Cr合金涂层在直线摩擦下的微观磨损行为，从力学性能、原子位移、磨痕形貌、磨损率、缺陷变化等方面系统地研究了摩擦过程涂层磨损变形机理。从原子尺度更好地揭示纳米孔对Ni-Cr合金涂层磨损性能的影响。

塔筒是风电机组支撑的关键部件，对于具有高耸化薄壁结构的塔筒在随机变向变载荷风力作用以及强阵风的瞬时冲击下工作以外，同时其顶端还有大质量、大刚度的旋转风轮与机舱。塔筒一旦损坏，对整台风力机的安全和寿命造成严重威胁，故塔筒承载能力及其结构稳定性面临挑战。本项目以风力机塔筒为研究对象，利用有限元数值法对塔筒开展静态及动态特性研究，针对静态特性响应研究中塔筒结构表现出刚度不足的问题，考虑到塔筒和竹子具备较高相似度，将竹节分布规律应用至塔筒结构仿生设计中，得到仿生塔筒结构。采用静态特性响应研究、模态分析及屈曲稳定性研究验证仿生塔筒结构合理性。在此基础上，将正常发电、启动、紧急停机工况下时变载荷作为外部激励对原塔筒和仿生塔筒开展动态特性研究，以此表明仿生塔筒在时变载荷环境中稳定性优于原塔筒，且其结构更安全。

根据公开发表的NACA65翼型数据设计出双向对称翼性，用双向对称翼性为基础根据叶元体理论设计出双向对称翼潮流涡轮，通过STAR-CCM+对新翼型及涡轮进行了一系列仿真，并将仿真结果同实验数据进行对比，提出了一种解决潮流涡轮随潮流运动的新方案。