教学课程资源库 更多>>

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： 土石坝   堆石料   图像识别   级配   智能评判  

摘要： 堆石料的级配是影响土石坝填筑质量的重要指标，智能、自动化的级配评估对填筑过程的质量控制至关重要。采用无人机摄影技术获取了堆石料填筑仓面图像，利用基于HRNetv2的图像识别技术实现了堆石料颗粒的精确分割和尺寸提取。从堆石料设计级配上、下包络线入手，借助离散单元模拟手段，构建了堆石料面积级配的上、下包络线，并提出了基于面积级配的堆石级配评估策略。结果表明，基于表面图像分析能够有效评判堆石料级配，结合传统的颗粒筛分级配检测手段，为堆石料填筑质量的智能化管控提供了数据支撑。

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。

关键词： 密集型绿色屋顶   雨洪调蓄   SWMM模型   优化配置  

摘要： 随着城市化建设快速发展，城市生态环境遭到了破坏，建设可持续发展的生态城市已经成为了一项重要课题。本研究旨在评估密集型绿色屋顶在亚热带地区的雨洪调蓄性能，以优化城市雨水管理策略。研究采用现场试验和数值模拟相结合的方法，探究密集型绿色屋顶的雨洪调蓄性能。首先，通过模拟降雨试验，监测和分析雨洪调蓄性能指标。其次，基于南宁某住宅小区的实际工程设计参数，利用SWMM软件进行模拟，探究不同降雨重现期、不同绿色屋顶覆盖率和不同绿色屋顶分布方式下，研究区的水文效应与管网效能，得到研究区雨洪调蓄性能最佳的密集型绿色屋顶建设方式。结果表明：密集型绿色屋顶覆盖显著提升了小区的雨洪调蓄性能，当覆盖率增加至80%以上时性能提升趋于平缓。均匀分布式绿色屋顶在削减小区径流总量方面表现最佳，间隔组合分布式绿色屋顶则在峰值产流调控和减少小区管渠超载方面效果最优。

关键词： 储气库   多周期注采   交变载荷   地层出砂   近井地带   预测模型  

摘要： 枯竭油气藏型储气库在注气和生产阶段都存在出砂现象,对其安全运行构成了巨大的挑战。结合出砂侵蚀准则,基于多孔弹塑性控制方程建立了交变载荷条件下的出砂数值模拟模型,计算了地层孔隙度、渗透率和弹性模量等参数对储气库近井地带出砂的影响规律,分析了储气库近井地带储层在交变载荷条件下的出砂机理。针对Y储气库的模拟结果表明,随着地层水平主应力比的增大,井筒出砂侵蚀的区域逐渐增加,对应的储气库累计出砂量也在增大;累计出砂量与储层渗透率呈正相关,在渗透率较高(大于20.3×10^(−3)μm^(2))的情况下,生产50 d后出砂速率急剧上升,达到1×10^(−4) m^(3)/m以上;在弹性模量较低(小于26.9 GPa)的情况下,出砂速率呈现阶梯状上升趋势,随着弹性模量的增加,累计出砂量的增长速率明显放缓。该出砂预测方法对于保障储气库安全高效运行具有重要意义。

关键词： 湍流   边界层   等离子体激励   直接数值模拟   摩阻分解  

摘要： 物面摩擦阻力是未来空天飞行器总阻力的关键组成部分，减小湍流条件下的摩擦阻力对于提高飞行器气动性能、节约能源具有重要意义。近年来，基于表面电弧放电等离子体激励器因其结构简单、激励频带宽、响应速度快等优点，在高速边界层的主动控制方面已取得系列探索性进展，但是对于最基础的等离子体气动激励与超声速湍流边界层相互作用这一基础问题仍缺乏详细定量的研究。本文针对以上问题，通过采用唯象模型模拟等离子体气动激励，并直接求解Navier-Stokes方程研究了频率为50kHz的脉冲激励对Ma=2.9超声速湍流边界层流动结构、湍流统计量及壁面物理量的影响。结果表明，等离子体激励使得下游边界层内平均温度升高，平均密度降低，平均流向速度出现拐点，导致边界层外层出现Kelvin-Helmholtz剪切不稳定现象；对边界层内的雷诺应力和湍动能整体上均呈现减弱趋势；此外，激励对下游具有一定减阻效果，最大减阻率约为28.4%，主要原因在于湍动能生成的减小和分子粘性耗散作用的降低，而激励附近出现局部增阻，主要原因为诱导冲击波在边界层内产生的逆压梯度。