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关键词： 坝坡静力稳定分析   分区刚体-界面元法   土石坝   极限平衡   有限元  

摘要： 为利用分区刚体-界面元方法充分考虑接触界面抗滑性能的优势，对基于分区刚体-界面元法的土石坝坝坡静力稳定解法进行了改进，并结合粒子群方法，提出了基于PSO-PR-IE方法的土石坝坝坡静力稳定分析方法。首先，通过算例分析，深入研究了该算法的特性，明确PR-IE法相对常规分析方法的结果异同。接着，将这一方法应用于卢旺达某水电站项目的土石坝坝坡静力稳定分析中。结果显示，分区刚体-界面元法计算所得安全系数值的大小在几种常规方法的结果范围内，但较滑面应力法的结果偏大。在滑面位置保持一致的情况下，PR-IE法计算所得安全系数多数都略高于滑面应力法的计算结果。从最值上看，滑面应力和PR-IE法计算的最小值分别为1.820和1.850，二者相对百分比为1.65%。结果表明，基于PSO-PR-IE方法的土石坝坝坡静力稳定分析方法较有限元滑面应力法能更充分考虑滑面的安全储备，且计算结果依旧在条分法和滑面应力法整体结果范围内，当前的规范标准对于PR-IE法依旧适用。在工程中采用PSO-PR-IE法为土石坝坝坡静力稳定分析提供了一条有效途径，有望在未来的土石坝工程建设中发挥重要作用，为保障土石坝的安全稳定提供技术支持。

关键词： 矿井降温   螺旋盘管   换热器   数值模拟   对流换热系数  

摘要： 螺旋盘管换热器是一种适用于矿井降温系统的末端换热设备。针对现有商业软件难以模拟空气中水蒸气凝结换热过程且计算耗时较长的问题，本文基于热湿同时传递理论，建立螺旋盘管换热器简化计算数学模型，通过多元回归法，获得螺旋管内、外对流换热准则关联式，并借助热湿传递类比法进行管外传湿计算，使用数值差分法编写了计算程序。模型经网格无关性、模拟实验和现场实验验证，误差均在10%以内，验证了模型准确性。通过模型分析了结构参数和运行参数对换热性能的影响，得出以下结论：保持其它参数不变，当螺旋管内径di从4mm增大到15mm时，换热量平均增长了4.17倍；当螺旋直径D从40mm增大到80mm时，换热量平均提高了71%；当螺距p从0.02m增加到0.06m时，换热量减小53%；当壳程长度Y从1.8m增大到3.0m时，水进出口温差和换热量平均增大36%；当水流速度vw从0.2m/s增大到1.0m/s时，换热量平均增大了1.35倍；当风流速度va从4m/s增大到8m/s时，换热量平均增大54%。除螺距外，增大螺旋管内径、螺旋直径、壳程长度、水流速度、风流速度等参数均能提高换热性能，降低水温和升高空气温度虽有利于增大换热量，但其对换热性能的影响较小，而增大风速会减小风的进出口温差，故设计时需合理控制风流速度以保障出风温度。本文的研究结果，为矿用螺旋管换热器设计、分析提供方法和工具。

关键词： 大庆油田   扶余油层   致密油   井网井型优化   提高采收率   数值模拟  

摘要： 大庆油田茂2区块扶余油层单层厚度薄、单井产能差异大、产能低，井型井网部署及后续提高采收率措施尚不明确。基于油藏数值模拟方法建立了核心区的油藏数值模拟模型并完成历史拟合，在此基础上分析了不同井网井型方案的开发特征，并评价了不同提高采收率方法的增产潜力。结果表明：对于茂2区块致密油储层，水平井的单井产能远高于直井的单井产能，尽管产量递减较快，但相比直井井网，其净现值较高；满足经济效益的直井井网由于排距较大，注水或注气效果较差，生产井难以受效，而水平井井网采用CO2吞吐的方式能够在前2个轮次经济有效地提高采收率。研究成果可为大庆油田扶余油层致密油藏进一步高效开发提供参考，在充分考虑布井方式、布井间距与CO2吞吐时间的情况下，有望实现开发效益最大化。

关键词： 钢轨焊缝   平直度检测   数值模拟   焊缝平直度评估   焊缝几何不平顺  

摘要： 为了更好地评估铁路钢轨焊缝平直度，提出了一种平直尺+塞尺组合测量的数值模拟方法。首先采用移动式平直度测量仪测量线路多个钢轨焊缝附近5 m范围内的几何不平顺波形并计算焊缝真实幅值，然后利用本文提出的数值模拟方法，模拟1 m平直尺以重力自平衡状态放置在焊缝处的姿态特征，并计算塞尺可以塞入的最大幅值；最后将模拟结果与现场1 m平直尺+塞尺组合测量结果进行对比，并分析了1 m平直尺+塞尺组合方式对于不同形式焊缝的平直度测量效果。结果表明：本文提出的平直尺+塞尺组合测量的数值模拟方法与现场1 m平直尺+塞尺组合测量结果基本一致，相差不超过0.05 mm；1 m平直尺+塞尺组合测量能够反映出对称焊缝和低接头焊缝平直度的真实状态，但是难以评估非对称焊缝的真实几何幅值。

关键词： 安全工程   高水平应力巷道   变形机理   数值模拟   围岩控制   全巷道分段架棚支护  

摘要： 为解决处于高水平应力场中的孤岛工作面回采巷道在掘进过程中围岩大变形的问题，以新疆生产建设兵团塔什店联合矿业有限责任公司8303孤岛工作面回采巷道为研究对象，采用试验研究、数值模拟和现场试验等研究方法，从煤层质地、顶板特征、应力环境和孤岛开采等方面综合分析巷道变形机理。针对8303工作面回采巷道的地质条件，通过改变巷道围岩煤体强度分析其对巷道变形的影响，探究煤体强度与巷道承载能力的线性关系；分析复合顶板离层导致锚索支护失效进而造成顶板下沉甚至冒顶的影响效应；以水平应力大小和是否为孤岛开采环境作为变量，揭示巷道变形随水平应力的变化情况，分析孤岛开采的工作面比单一工作面的巷道变形更剧烈的机理；建立巷道在复杂应力条件下的力学模型。基于巷道变形机理，提出“锚杆（索）+金属网+全巷道分段架棚支护+局部补强支护”的联合支护形式。工业性试验表明优化后的支护方案有效地控制了巷道变形，围岩稳定性显著提升。

关键词： 潮汐   河口含水层   咸水入侵   地下水排泄   数值模拟  

摘要： 探明潮汐河口含水层咸水入侵的过程及影响范围对保障海岸带地下水安全具有重要意义。本研究考虑潮汐作用下水位和盐分沿河道的变化，首次构建了平行于河流的二维潮汐河口河流-含水层瞬态全耦合数值模型，分析了潮汐作用下河流与含水层中流场及盐分分布，并对比了海岸带含水层海水入侵及无潮汐条件下的对应工况。结果表明：潮汐促使海水通过河口迅速入侵河道上游，河流咸水进而入渗相邻含水层，形成盐指及局部环流，致使浅层含水层大范围咸化，相较海岸带含水层海水入侵及无潮汐条件下对应工况的咸化范围与程度显著增大；单周期内，含水层中的咸水入侵程度与范围随潮汐波动，在落潮中期达到最强，相较潮汐水位变化具有滞后性；入渗至含水层的盐分部分在含水层中积累并向深层含水层扩散，部分随内陆地下水排泄至河流，继而经河道内陆来水冲刷至海洋。研究结果为潮汐河口含水层咸水入侵预测和防治提供理论依据。

关键词： 采空区   数值模拟   分形特征   空隙率   综合勘探  

摘要： 针对我国煤炭资源规模化开发中遗留的大量采空区地表土地资源利用需要及工程建设安全问题，研究基于焦作某矿采空区形成和分布。采用数值模拟、理论分析、钻孔探测以及物理勘探相结合方法，分析了采空区域的采动覆岩裂隙发育及空间分布特征，引入分形分析方法构建采动区域空隙率分析模型，分析采动覆岩空隙率空间分布和演化规律，针对研究区采空区现状提出多段位治理方案和不同段位的工程治理方法。研究表明：随着工作面推进，裂隙整体呈“向上—向前—稳定”演化趋势，伴随张开、闭合与压实的周期性变化；采动初期覆岩分形维数呈现快速递增趋势（增幅达10.9%），裂隙网络复杂度与分形维数呈显著正相关，离层对分形维数影响显著；采空区开切眼侧分形维数由1.7降至1.3，工作面推进侧维持在1.3左右，充分采动阶段呈“八”字型分布，揭示了高位裂隙闭合与低位压实的协同演化机制；基于分形图像特征的空隙率提取模型，提出空隙率定量表达公式，实现了裂隙几何复杂性与空隙特征的耦合表达；根据空隙率分布呈区域性差异，划分为结构裂隙区与压实裂隙区，空隙率分别为0.75、0.62与0.25，为不同区域提供分级治理的基础；模拟结果与现场钻孔、物探资料高度吻合，验证了模型的可信性；基于垮落带残余空洞及裂隙分区特征，提出“分形-空隙率协同识别的多段位注浆治理方法”，实现多段位的精确注浆和浆液在不同裂隙类型的渗透与扩散。研究结果对于类似采空区作为工程建设用地的治理具有指导意义。

关键词： 水环真空泵   熵产理论   结构参数   数值模拟  

摘要： 为分析结构参数对水环真空泵能量损失及水力性能的影响，本文采用数值模拟和熵产理论相结合的方法，研究了不同轮毂比和叶片包角分布下对水环真空泵能量特征和性能的影响规律。结果表明：水力损失主要由湍流耗散熵产和壁面效应熵产两部分产生，而直接耗散熵产造成损失最小；叶轮区域的湍动能和熵产损失较大，高熵产生率区域主要分布在吸气区和排气区。在轮毂比和叶片包角设定范围内，壁面熵产损失均随两者增大呈不断增加趋势。轮毂比为0.45时吸气量与效率达到峰值；叶片包角为13.5°时综合性能最优。研究结果可为水环真空泵性能影响研究提供理论依据。

关键词： 数值模拟   伪势格子Boltzmann模型   沸腾传热   流速   气泡动力学   传热系数  

摘要： 沸腾传热现象会直接影响换热器的换热效率，采用伪势格子Boltzmann模型对池沸腾传热进行数值模拟，并与实验结果进行对比分析，验证其可行性。采用改进流速边界条件的伪势格子Boltzmann模型对固液换热面对流传热进行数值模拟，分析核态沸腾、过渡沸腾和膜态沸腾全周期演化规律，探究施加流速对固液换热面气泡动力学与传热特性的影响机制，实现了二维矩形截面内气液两相流的多尺度耦合模拟。结果表明，采用伪势格子Boltzmann模型对池沸腾传热进行数值模拟是可行的；施加流速会不同程度的缩短核态沸腾和过渡沸腾阶段，延长膜态沸腾阶段；相较于无流速，在核态沸腾阶段施加0.005m/s﹤R﹤0.05m/s的流速，第一沸腾气泡脱离时间缩短12%～35%，临界热流密度峰值达6102 W/m2，提高5.4%，传热系数峰值达56.9～58W/(m2·K)，提升1.5%～10.5%；在过渡沸腾阶段施加R﹥0.05m/s的流速时，气泡逐渐合并为气膜，并迅速横向铺展，提前诱发膜态沸腾；膜态沸腾阶段，流动减小气膜厚度，热流密度曲线形成达920W/m2的周期性热流尖峰，但施加流速将恶化传热。

关键词： 高含硫天然气场站   放空管道   壁面液相分布   内腐蚀位置预测   数值模拟  

摘要： 为更准确地进行高含硫天然气场站放空管道的检测工作，提出采用CFD对低压放空管道进行数值模拟和现场相结合的方法，深入分析低压放空管道中不同截面下的流场分布规律、液相分布规律和硫化氢分布规律，从而预测低压放空管道内腐蚀敏感性区域，研讨壁面液相分布变化对高含硫天然气场站低压放空管道内腐蚀的影响。结果表明，高含硫天然气场站放空管道中液相的分布是导致内腐蚀的关键因素，管道入口处第2个连续弯头的45°和90°截面的3～12～9点钟方向+6点钟方向以及三通处支管口的6～9点钟方向往往是整条管道腐蚀最严重的位置；在现场检测时优先考虑弯头和三通处，若这两处壁厚变化在轻度腐蚀范围内，可省去水平段的检测；若三通处的壁厚变化超出轻度腐蚀的范围，应主要对水平段6点钟方向进行检测。研究结果有效解决了高含硫天然气场站放空管道定位内部腐蚀位置困难的问题。