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关键词： 预热窑   铬矿球团   气固换热   双温方程  

摘要： 介绍了对铬铁合金冶炼过程中的工艺设备——预热窑进行了三维数值模拟分析。基于多孔介质理论和双温方程,依据实际工业生产的工艺参数构建模型,并进行了验证。通过对现有预热窑模型内气体的流场分布及球团和气体的温度分布云图进行分析,发现高温气体以12.5 m/s的速度吹入窑内时,受物料阻力的影响,窑内大部分区域气体速度约为1 m/s。当进气温度为533 K时,预热完成时,预热窑高温区域内的球团温度在510~533 K之间,两个高温区域交汇的区域的球团温度约为420~510 K,预热窑的底部以及上部靠近窑壁的区域球团温度为410~420 K。气体温度场分布与球团温度场分布类似,且整体温度略高于球团。采用两种方案对预热窑结构进行优化,结果表明:在预热窑内三通管的竖管上增设一排小风口不仅可以提高预热窑内低温区域的温度,而且预热窑内的热量利用效率也有所提升,且其结构易于改造,节约成本,优化效果最好。

关键词： 嵌入式离散裂缝模型   深层页岩气   天然裂缝   数值模拟  

摘要： 采用水平井开发深层页岩气既可以提高页岩气采收率,又便于实施压裂改造,但由于气井估算最终采收量(Estimated Ultimate Reserve,EUR)受天然裂缝特征影响显著,且影响机制尚不明确,亟需开展定量化分析研究。通过建立深层页岩气储层气水两相渗流的嵌入式离散裂缝模型,综合考虑天然裂缝与井筒间夹角、人工裂缝导流能力、天然裂缝长度及类型对气井EUR的影响,采用有限差分法对所建立渗流模型进行求解,从而探究天然裂缝特征对气井EUR的影响机制。研究结果表明:当天然裂缝与井筒间夹角均值为30°~45°时,气井EUR最高;且夹角对气井EUR的敏感性会随着人工裂缝导流能力以及天然裂缝长度增大而增强;同时,网状缝整体开发效果优于条状缝。

关键词： 养殖工船   开孔结构   数值模拟   运动响应   多物理场耦合  

摘要： 舷侧开孔式养殖工船通过在船舷侧壁设置通海开孔,实现养殖舱与外界水体的交换,具有改善养殖环境和提升养殖效率的潜力。本文采用计算流体力学(CFD)方法,研究了开孔率、开孔位置和开孔形状对养殖工船横摇运动响应特性的影响。研究结果表明,随着开孔率的增加,短周期内运动幅值逐渐减小;开孔位置的上移会导致船的运动幅度增大;同时,圆形开孔相较于方形开孔,能够有效降低运动响应的幅度。本研究揭示了舷侧开孔设计对养殖工船运动特性的影响规律,为优化设计提供了科学依据。

关键词： 沙门氏菌   热失活   有限元分析软件COMSOL   数值模拟  

摘要： 为研究大黄鱼鱼糜烤制过程中温度变化与微生物灭活之间的关系,文章采用多物理场分析软件COMSOL Multiphysics构建了传热、传质、流场及微生物热失活4个物理场的数值模拟方程,并进行了耦合仿真,同时对比分析了实验结果。结果显示,大黄鱼鱼糜的微生物灭活仿真结果与实验数据的均方根误差为0.121,这表明使用COMSOL Multiphysics建立的数值模型能较好地模拟大黄鱼鱼糜的烘烤和热杀菌过程。

关键词： 仰拱底鼓   交界地层   模型试验   数值模拟  

摘要： 黄土地区的地层结构大多具有上部黄土、下部泥岩的二元结构特点。隧道穿越泥岩和黄土−泥岩复合地层时,地下水重分布并易于富集于仰拱底部,泥岩遇水膨胀则会产生仰拱底鼓,而不同的地层组合及其差异性对衬砌变形及受力特性影响显著。尝试采用在仰拱底部施加位移的方式模拟泥岩膨胀作用,依托甘肃天水某隧道,开展了纯泥岩地层与交界面位于拱腰处的黄土−泥岩复合地层隧道基底均匀膨胀作用下的底鼓模型试验。分析了两种工况下衬砌内力、变形及破坏特征的差异性,并将模型试验与数值模拟结果进行了对比。结果表明:(1)模型底部加载强制位移引起的膨胀变形可分为基底土体压密阶段和基底位移等效传递阶段两个阶段。(2)由于泥岩与黄土弹性模量比值约为2:1,相较之下,交界地层中上覆黄土刚度较小,对衬砌变形约束效果弱,仰拱隆起位移更大;交界面处拱腰更易向外扩张,扩张变形达9.2 mm,约为纯泥岩地层的3倍;交界面附近衬砌截面处易产生应力集中现象。(3)在两种地层中,仰拱及拱脚位置均表现出易于产生裂缝和损坏的特性。此外,在交界地层中,衬砌拱肩部位同样显示出较高的开裂风险,并且拱脚处的裂缝有向拱腰部位扩展的趋势。(4)相较于纯泥岩地层,交界地层中交界面附近黄土对仰拱底鼓作用具有荷载释放效应,交界面处黄土压缩吸收部分底鼓作用力,因此,上覆黄土地层可延后填充层发生受拉临界破坏的时间。其研究结果可为类似交界地层隧道的理论分析、设计与施工提供参考。

关键词： 引水隧洞   对流导热   通风时间   数值模拟  

摘要： 为了研究对流导热作用下引水隧洞受力特征,文章以某引水隧洞工程为背景,通过数值模拟计算的方法,分析对流导热下隧洞结构受力特征。结果表明:相比拱顶和拱底区域,拱腰受到的最大主应力最大,表现为收缩状态。引水隧洞施工过程中,建议在隧洞外增设防寒保温层,预防隧洞结构受到冻害,可增强隧洞结构的稳定性,确保引水隧洞安全稳定运行。

关键词： 复杂采空区   数值模拟   稳定性分析   安全风险  

摘要： 地下矿山采空区稳定性对矿山正常生产意义重大。四川某铁矿因历史遗留采空区上部岩体溃屈陷落事故停产至今。由于矿山停产,井口封闭无法入井,为确定矿山是否具备入井调查条件,拟开展综合评估分析矿山井下现状安全风险。通过采空区物探结果,以FLAC3D数值模拟软件建立1 220 m、1 150 m以及1 080 m三个主要中段采空区三维模型,对采空区进行应力、位移以及塑性区三方面综合分析。分析结果表明,1 220 m中段采充结束后,地表出现较大范围的塑性破坏,采空区稳定性差,1 150 m中段和1 080 m中段采空区处于相对稳定状态。研究结果可为矿山后续采空区治理提供参考依据。

关键词： 天然气水合物   边坡稳定性   强度折减法   安全系数  

摘要： 天然气水合物分解是导致海底边坡失稳的重要原因之一,科学评价含水合物储层海底边坡稳定性是安全高效开采的前提。文章基于有限元强度折减法,对中国南海神狐海域某海底边坡稳定性进行分析,重点考虑了天然气水合物分解对抗剪强度的影响,研究结果表明:随着天然气水合物分解程度的提高,边坡稳定性整体呈现降低趋势。分解程度在40%~80%之间时,边坡稳定性对水合物分解变化较为敏感,随着分解程度的提高,安全系数迅速减小,最危险滑动面深度显著增加,超过水合物储层位置。通过有限元数值模拟,本研究建立了一套对含水合物储层边坡稳定性分析的方法,为海洋天然气水合物资源开采中的地质风险评价和防控奠定理论基础。

关键词： 管道   斜坡   原位监测   数值模拟   强度折减法   失效评估  

摘要： 斜坡移动对埋地油气管道的结构完整性产生威胁,为了降低管道拉伸破坏发生灾害的概率,需要对管道的安全性进行定量评估。尽管在管道斜坡灾害的调查和预防中取得有益的成果,但只是对于斜坡灾害提出发生概率的大小,并没有对灾害发生提出准确预测。本研究基于云南输油管道YC027-35边坡案例,采用ABAQUS结合数字高程数据与现场勘察的岩土体信息,建立管道和土壤非线性接触的三维有限元模型,在降雨工况下分析管道的拉应力、应变响应,并利用有限元强度折减法分析斜坡稳定性,结合危险性判别因子对斜坡稳定性做出评价,最后基于管道应变失效准则并结合现场原位监测对管道失效风险做出评估。结果表明,在降雨荷载下,斜坡稳定性系数为F_(r)=1.02,处于欠稳定状态,与综合指标数值分析法结果一致;当斜坡滑动位移0.4 m时,管道拉应力达到屈服应力,当斜坡滑动位移为0.75 m时,管道应变值达到容许拉应变1%,此时管道失效。管道在斜坡作用下的应力先到达极限值,其次才发生应变屈服。本文所采用的原位监测结合有限元数值模拟的方法,能够对斜坡稳定性和管道失效定量分析,该研究为管道的防治提供科学依据。

关键词： 盾构切桩   数值模拟   空间效应   力学特征   掘进参数  

摘要： 依托穗莞深城际轨道交通盾构破除市政地下群桩工程,建立盾构切削不同空间分布桩基时的数学模型,采用数值模拟方法探究空间效应对盾构切桩工程的影响,提出掘进参数优化建议,并结合工程实践情况进行验证。研究结果表明:(1)切桩时桩基的空间分布情况可用刀具的切削角度表征。当切削角度接近90°时,说明桩基位于刀盘中心附近;当切削角度接近0°,说明桩基位置靠近刀盘边缘。(2)切削刀盘边缘桩基中的钢筋时,刀具更偏向于拉断钢筋而非切断钢筋;随着桩基位置从刀盘中心向刀盘边缘移动,刀具对钢筋的剪切力显著下降,减幅可达56.7%,拉力显著上升。(3)桩基位置越靠近刀盘边缘,刀具在钢筋表面留下的切口角度越大,切口也越长。(4)切削刀盘边缘桩基时,可适当提高刀具贯入度、盾构推力和扭矩,进而增加刀具对刀盘边缘钢筋的剪切力,有利于切断钢筋。