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关键词： 高超声速飞行器   热防护结构   接触热阻   理论预测   数值模拟  

摘要： 高超声速飞行器热防护结构通常由性能差异较大的材料构成,粗糙界面接触热阻对结构整体传热特性和防热效果的影响不可忽视。利用理论预测和数值仿真方法对热防护结构中隔热材料与金属材料的界面接触热阻问题进行研究,针对常用CMY(Cooper-Mikic-Yovanovich)接触热阻模型计算困难、不易描述粗糙界面复杂显微形貌等问题提出了改进方法,借助有限元软件对接触的力学过程与传热过程进行了仿真计算。在数值算例中,通过与文献实验数据的对比验证了方法的准确性,探讨了界面温度、接触压力和粗糙度对热阻的影响规律,并讨论了接触热阻在结构整体温度分布中的作用。结果表明接触压力和表面粗糙度均通过影响实际接触面积进而影响接触热阻,界面温度则主要通过影响材料物性参数从而改变接触热阻。高温条件下接触界面间辐射传热增强,引入接触热阻对热防护结构隔热层的影响较为显著。

关键词： 隧洞衬砌   喷锚支护   加固技术   数值模拟  

摘要： 本本文研究了水利水电工程中隧洞衬砌及喷锚支护技术的应用与加固效果。随着水利工程规模的不断扩大以及地下施工环境日益复杂,传统支护技术面临挑战,特别是在复杂地质条件和极端气候下,现有技术难以满足工程需求。为此本文探讨了现代隧洞衬砌与喷锚支护的创新技术,包括纤维增强混凝土、智能化施工技术和自动化设备的应用。通过数值模拟与现场监测数据的结合,研究了不同施工阶段土体压力、喷锚支护强度、衬砌刚度及隧洞变形的变化规律。研究表明随着加固措施的实施,隧洞的稳定性显著提高,变形量逐步减小,为优化隧洞衬砌与喷锚支护技术提供了理论依据与数据支持。

关键词： 煤层群   覆岩垮落   导水裂隙带   相似材料模拟   数值模拟  

摘要： 浅埋煤层群井下开采对上覆岩层有较大影响,不仅会加剧地表沉陷,而且可能造成地表和地下水流失,影响生态环境和发展安全。为进一步掌握浅埋煤层群开采过程中覆岩垮落规律和裂隙分布特征,以宁夏石嘴山二矿2^(#)、3^(#)、5^(#)和6^(#)煤层为研究对象,分别采用相似材料模拟试验、数值模拟和经验公式计算,分析导水裂隙带发育规律;同时采用相似材料模拟试验方法,分析一次采动和多次采动覆岩垮落规律。研究结果表明:(1)浅埋近距离煤层群开采时,上层煤周期来压步距大于下层;(2)单层煤开采时,上覆岩层垮落以“铰接结构”和“台阶结构”形式出现,两层及多层煤开采时,“铰接结构”稳定性明显降低,垮落结构主要以“台阶结构”稳定在采空区上方;(3)一次采动时形成“梯形”裂隙区,二次采动时形成“M”形裂隙区,多次采动时形成两个“等腰梯形”裂隙区;(4)导水裂隙带发育高度一次采动时呈平稳增长—缓慢变化趋势,重复采动时,导水裂隙带发育高度则呈快速增长—平稳增长趋势;(5)相似材料模拟试验值及数值模拟结果与实测值较为接近,且均符合煤矿防治水规定。该结果可为类似矿区煤层群高效开采提供参考依据。

关键词： π定理   数值模拟   图表法   采空区   冒落范围  

摘要： 考虑图表法可为特定工程问题提供便捷的查询方法,借助π定理构建表征采空区冒落活动的非线性模糊函数,耦合数值模拟UDEC揭示该非线性模糊函数所含无量纲表达式的数量关系,提出可预测采空区冒落范围的无量纲图表。为大量获取图表数据,设定采空区开挖步距为2 m。结果表明:无量纲图表可根据不同阶段空区边界扩展预测空区冒落范围,且无量纲曲线表征的采空区冒落范围随空区跨度增大的变化特征与实际基本相符。结合线性插值方法,可预测无量纲图表中未涉及工况的采空区冒落范围。实践表明,该方法为量化评估采空区冒落范围提供了有效方法。

关键词： 巷道变形   塑性区   塑性区深度   数值模拟   影响因素  

摘要： 针对苏村煤矿10煤四采区巷道变形严重的问题,采取理论分析与数值模拟的方式研究巷道变形破坏的影响因素。首先在圆形巷道围岩塑性边界方程的基础上分析了巷道埋深、侧压系数等因素对围岩塑性区深度的影响。结果表明:巷道埋深存在临界值,超临界值后塑性区随埋深增大而增大;侧压系数影响塑性区形状等;内摩擦角减小等会使塑性区深度增大。基于数值模拟分析了不同埋深和不同侧压系数对巷道围岩位移量和塑性区的影响,结果显示:侧压系数和埋深一定时,巷道两帮和顶底板的位移量及塑性区均随埋深的增加而增大。

关键词： 滤失   卡特模型   双裂缝滤失   水力压裂   数值模拟  

摘要： 滤失决定了水力裂缝的最终形状尺寸,是影响水力压裂效果的关键因素之一。当前,石油工业界广泛运用不考虑水力裂缝间滤失相互影响的一维卡特模型来量化滤失。然而,在密排水力压裂数值模拟中,由于水力裂缝间距较小,裂缝间滤失相互影响显著,使用该模型会降低模拟精度。文章从一维渗流基本控制方程出发,结合达西定理推导出考虑裂缝间相互影响的双裂缝滤失模型。通过对比卡特模型和双裂缝模型的计算结果,验证了双裂缝模型的精确性。将双裂缝滤失模型嵌入FrackOptima全三维水力压裂模拟软件,建立算例开展密排水力压裂数值模拟研究。结果表明:在传统压裂参数范围内,两个模型计算结果相差不超过1%;但在非常规密排压裂工况下,参数取值超出传统范畴,必须使用双裂缝滤失模型。在密排压裂算例参数条件下,能获得较均匀多簇裂缝发育的最小簇间距为10 m。

关键词： 高原室内烟雾箱   计算流体动力学(CFD)   Realizable k-ε模型   传热   扰流  

摘要： 烟雾箱模拟实验是研究大气污染机理进而制定有效的污染控制对策的一种手段。利用计算流体动力学(CFD)软件Fluent中Realizable k-ε模型模拟高原室内烟雾箱实验系统内传热过程以及不同风扇转速条件下的扰流混合过程,得到烟雾箱实验系统内部温度分布情况以及反应器内的物质浓度分布,分析内部整体空间温度分布的均匀性和反应器内的物质混合程度,并将温度模拟结果与实验结果进行对照。结果表明,根据Realizable k-ε模型通过仿真模拟研究烟雾箱实验系统的流场特性、温场分布以及反应器内物质混合程度,对烟雾箱实验系统性能进行验证,并通过现场实验,测得实测值与仿真值最大误差不超过8.59%;烟雾箱实验系统箱体内部空间温场分布较为均匀,反应器内温度相较箱体内部更难达到温度稳定状态,实际温度呈梯度分布,中心位置温度与设定目标温度相差不超过±1℃;反应器内部空间整体物质混合程度较好,但在棱边、顶点以及壁面位置分别出现混合不均和物质聚集现象,风扇转速对混合时间影响较小,过高的转速条件反而会增大反应器内物质的壁损失。

关键词： 钠冷快堆   射流破碎长度   最小二乘移动粒子半隐式法  

摘要： 为了进一步研究钠冷快堆堆芯熔融物水力学射流破碎过程中的关键影响因素,深入分析熔融物射流破碎形态、穿透深度和破碎机理,基于改进最小二乘移动粒子半隐式方法,对熔融物射流在冷却剂钠中的破碎行为进行了模拟。首先,通过将模拟结果与已有实验数据对比,验证了该方法的适用性和可靠性;其次,将该方法应用于研究金属熔融物与冷却剂钠之间的相互作用,对熔融物射流的破碎过程进行了数值模拟,得到了大量数值实验结果;最后,基于模拟实验结果,发现在低Weber数下,射流前端瑞利-泰勒不稳定性主导破碎,在高低Weber数下,射流破碎主要是由射流侧表面上开尔文-亥姆霍兹不稳定引发的波状剥离机制驱动,分析了射流直径和射流初始速度等参数对射流破碎长度的影响,拟合出针对冷却剂钠的破碎长度关联式,并与实验值和其他模型结果进行了验证,误差控制在±30%以内,从而建立了新的射流破碎模型。研究工作可为钠冷快堆压力容器改进设计提供参考,同时,对于评价钠冷快堆堆芯熔融物射流对反应堆压力容器的潜在影响具有重要意义。

关键词： 盾构隧道   联络横通道   施工力学   数值模拟  

摘要： 以深圳地铁8号线某小净距盾构隧道为工程依托,开展岩质地层矿山法施工联络横通道三维数值模拟,研究了横通道施工力学响应规律。研究结果表明:横通道开挖切割管片,对盾构隧道纵向影响范围大致为10m(6环管片),盾构隧道切口处应力集中较为显著,未超过管片抗拉强度。横通道开挖后塑性区仅在横通道与盾构隧道交接处拱顶分布,塑性单元较少,围岩整体处于弹性状态,采用喷锚支护能够满足安全需求。横通道施工引起的地表沉降曲线呈现V形分布,最大沉降量为0.03mm,横通道开挖对地表影响非常小。

关键词： 海底地震动   斜坡场地   地震波动分析   临界坡度   数值模拟  

摘要： 近岸海床常存在一定坡度,其对海底地震动的特性将产生较大影响。该文在分析海床坡度与地震动特性的关系基础上,尝试提出影响海底地震动的坡度临界值,为海洋结构物抗震设计中是否考虑坡形场地因素提供理论参考。结合自编地震波动程序与有限元动力分析软件ADINA,建立不同坡度海底场地的地震波动分析模型,以垂直入射的脉冲型P波与SV波作为地震荷载,分析坡度对海底地震动的影响。研究发现坡形场地对P波成分影响较大,但坡度大于5%时,地震动特性的变化减小。在此基础上,缩小海床坡度的计算区间,提出影响海底地震动特性的坡度临界值范围,即临界坡度。研究进一步讨论了水深、场地条件等因素对临界坡度的影响。通过以上研究发现影响海底地震动特性的坡形场地效应存在一个1%~2%坡度的临界值,并且海床表面覆盖层对此临界坡度有一定影响。