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关键词： 高地应力软弱地层   TBM隧道   管-索支护结构   数值模拟   正交试验   单因素试验  

摘要： 受开挖空间限制,高地应力软弱围岩地层的围岩稳定性控制是TBM(Tunnel Boring Machine)隧道施工中的重要挑战。本文以高黎贡山隧道工程为背景,通过理论分析、数值模拟分析了在软弱围岩条件下,新型预应力管-索支护结构在TBM隧道中的应用效果。结果表明,预应力管-索支护结构能够形成双层预应力承载拱,充分发挥主动支护和被动支护作用,进而有效降低软弱围岩变形。正交试验表明,施加在管-索结构上的预应力对隧道稳定性影响最大,杆件长度、支护间距、支护范围的影响依次减弱。通过单因素试验发现,在高地应力软弱围岩条件下,相较于无锚杆支护和有锚杆支护两种工况,预应力管-索支护时的拱顶位移分别减小约61%和37%。当依托工程管-索结构预应力为150 kN、管-索间距为0.8 m、拱顶支护范围在180°时,既能起到较好的支护效果,又能很好地控制工程成本。

关键词： 地热储层   饱和多孔介质   孔隙热弹性力学   横观各向同性   堵塞效应  

摘要： 基于多孔热弹性和瞬态流场理论,并考虑储层孔隙内部细小颗粒迁移诱发的堵塞效应,建立横观各向同性介质的热-流-固-颗粒迁移耦合模型。该模型能够考虑颗粒迁移与孔隙水流动、热量传递和介质应力的耦合特性。采用Galerkin加权余量和隐式有限差分法得到有限元体系下的位移、孔隙水压、温度和颗粒含量控制方程,开发注抽水工况下考虑堵塞效应的储层热-流-固时空响应有限元模拟程序。通过对已有试验结果模拟验证了有限元程序的准确性与可靠性。为进一步获取堵塞的影响机制,对注抽水时孔隙表面附着大量细小颗粒的地热储层响应进行了有限元模拟。结果表明细小颗粒迁移诱发的堵塞效应会造成井周储层渗透系数明显降低,孔隙水压力大幅度升高。当地热储层温度较低时介质内部的堵塞效应可忽略,然而较高的储层温度将使更多颗粒发生迁移,增强堵塞效应,使井周孔隙水压力迅速升高并降低采热效率。通过对比不同附着颗粒含量下的储层注抽水响应模拟结果发现抽水时的渗透系数衰减值和范围较注水时更大,注入水不含固体颗粒悬浮物时将明显降低堵塞效应。本文研究成果将为地热能开发中的防堵设计提供理论指导。

关键词： 无焰燃烧   富氧燃烧   煤粉   数值模拟   着火  

摘要： 【目的】为研究煤粉富氧无焰燃烧的着火条件及其控制方法,分析不同气氛条件下煤粉的着火条件,【方法】本文在高温沉降炉中,使用高速相机光学观测与双色法颗粒温度测温仪测试,研究了不同温度(800℃和1000℃)、不同气氛条件(空气、21%O_(2)/CO_(2)和27%O_(2)/CO_(2))下的煤粉着火特性,并通过计算流体力学方法对实验数据进行了模拟分析。【结果】研究表明,800℃时空气燃烧呈现无焰燃烧模式,1000℃时空气燃烧则出现明显的颗粒着火与温度跃升,属于有焰燃烧。在1000℃富氧燃烧条件下,21%O_(2)/CO_(2)工况呈现无焰模式,颗粒温度峰值约为900℃,而27%O_(2)/CO_(2)工况则呈现有焰模式,颗粒温度峰值超过1200℃。数值模拟结果显示,21%O_(2)/CO_(2)工况下的火焰长度分布在离喷口0.24~0.68 m之间,火焰温度较低,有利于抑制热力型NO_(x)的生成。【结论】细小煤粉颗粒、较低氧浓度和较低温度有利于形成无焰燃烧模式,本研究可为设计与调控煤粉富氧无焰燃烧抑制NO_(x)的生成提供一定的理论指导。

关键词： 装配式节点   企口连接   螺栓连接   抗震性能   数值模拟   公式转化  

摘要： 为解决传统装配式连接不易安装、空间上梁柱板处的螺栓或者钢板穿插难等问题,对现有节点的螺栓布置进行优化,提出一种便于空间体系安装的带螺栓装配式企口连接节点.为研究新型节点抗震性能,借助有限元分析软件,对现有节点进行模拟验证,并对优化前后节点进行数值模拟对比分析,结合现有规范推导新节点暗牛腿处验算公式,用于指导节点的工程设计.研究表明:经优化后,连接处大位移变形和应力集中现象得到明显改善,节点的承载力和耗能能力得到有效提升.

关键词： 微型水泥钢管桩   多年冻土区   承载模式   回冻规律   现场试验   数值模拟  

摘要： 为探究微型水泥钢管桩在多年冻土地区的适应性,以某输油管道阀室建筑项目为依托,通过现场试验和数值模拟研究桩基的承载模式及桩周土的回冻规律。研究表明,桩基荷载沉降曲线变形较缓,承载模式表现出摩擦桩特性,且承载力满足设计要求;水泥入模温度5℃,施工完成后桩周土体融化圈在第5 d时达到峰值,第36 d完全消失,桩周土体重新回冻;桩基水化热影响最大半径因位置差异而存在不同,桩周土体初始温度最高的位置影响半径最大,约为2.9倍桩径;与大直径桩基相比,微型水泥钢管桩的回冻时间和影响半径分别约为大直径桩基的1/4和1/3。研究结果表明,在多年冻土地区微型水泥钢管桩具有较好的适应性。

关键词： 换热管   锥型热管   冷凝器   FLUENT软件  

摘要： 换热管是影响冷凝器内温度的关键内构件,为了增强冷凝器内部流体和换热管的换热效果,保持冷凝器体内温度与压力均匀分布,设计了一种锥型换热管,利用FLUENT软件对初始普通光滑热管和锥型热管进行数值模拟对比。计算结果表明:锥型热管相较于普通光滑热管,其压降损失更小,压力分布更加均匀。对比两管管道内部以及出口处温度,锥型热管外壁与冷凝器流体换热的面积更大,锥型热管管壳温度为65℃,光滑热管壳温度为35℃,换热效果更好。

关键词： 钻孔煤样   力学行为   能量耗散   破坏模式   数值模拟  

摘要： 煤层钻孔卸压是目前现场应用最为广泛的冲击地压防治技术,为探明孔洞缺陷对煤体力学特性、能量积聚释放以及破坏模式的影响规律,通过开展单轴加载试验,并结合颗粒离散元模拟,分别从宏细观角度研究不同孔径煤样应力应变曲线、能量演化规律、裂纹扩展破坏特征。发现含孔煤样的力学参数均显著低于完整煤样,随钻孔直径的增加,含孔煤样的峰值强度、峰值应变与弹性模量均呈衰减趋势。加载过程中含孔煤样在峰值应力前均出现应力突降现象,在数值模拟中表现更加明显,表明钻孔的存在破坏了煤样的原始结构,使其承载力发生弱化。完整和含孔煤样能量演化规律基本一致,在达到峰值强度前,以弹性能积聚为主,峰值强度后,耗散能急剧增加。相较于其他力学参数,弹性能指标下降幅度更大。钻孔直径越大,能量耗散比急剧上升时对应的应变越小,从而越不容易积聚能量发生冲击性破坏。通过数值模拟对比煤样破坏前后应力场分布可以看出,拉应力数值和分布范围均随钻孔直径增大而增大,钻孔直径对拉应力区域的扩展和拉应力的大小均有显著影响。从应力张量演化的分析中发现,应力的大小及方向对裂隙的萌生与发展均有导向作用,钻孔周围会出现明显的应力偏转现象。

关键词： 电站锅炉   浓淡分离   数值模拟  

摘要： 近年来,数值模拟技术不断发展,CFD(计算流体力学)技术在电站锅炉的应用越来越广泛,本文利用弯头离心作用对煤粉浓淡分离的技术对电站锅炉的燃烧器前浓淡分离装置进行了设计研究,通过分析不同负荷运行情况下两种不同的结构的模拟结果,分析得出结构B的设计更有利于达到设计的煤粉浓淡分离要求,能有效地减少阻力损失,减轻弯头的磨损,适应各个负荷的运行工况。

关键词： 碳纤维增强复合材料   层合板   高速冲击   损伤   应变率   数值模拟  

摘要： 对碳纤维增强复合材料层合板在不同冲击位置和冲击速度下的高速冲击性能进行了研究。通过高速冲击试验和数值分析模型的建立,分析了层合板在高速冲击下的破坏过程和损伤特性,特别是冲击位置对材料性能的影响。研究结果表明,层合板在高速冲击下主要表现为层间分层、纤维拉伸和基体拉伸破坏。对于上下两侧固支的层合板而言,上侧和中心位置表现出较好的抗冲击性能;相比之下,靠近板边缘的位置抗冲击性能显著下降,其能量吸收率仅为上侧位置的50.36%。数值模拟结果为碳纤维增强复合材料层合板的整体抗冲击性能评估提供了有力支撑。

关键词： 千米深井   高瓦斯   自燃“三带”   采空区   现场实测   数值模拟  

摘要： 千米深井煤炭资源安全高效开发过程中,高瓦斯工作面需要加大工作面通风能力,长时间最大化实施采空区抽采,但此类治理措施与采空区防火是相悖的。为解决这一难题,以某千米深井高瓦斯自燃综采工作面为工程背景,通过实验室测定、现场实测与数值模拟相结合的方法,分析了工作面煤样的自燃氧化特性,现场实测了采空区氧浓度、温度升高速率等参数的变化规律,确定了散热带、氧化带和窒息带的范围,准确掌握自燃“三带”分布特征,对氧化带精准采取惰化和隔绝措施,确保了高瓦斯采空区正常抽采条件下的安全高效回采,杜绝了自然发火和瓦斯超限事故。研究成果为千米深井高瓦斯自燃综采工作面防治自然发火提供了工程设计依据,对该类复杂煤层瓦斯和火灾防治具有重要指导意义。