教学课程资源库 更多>>

关键词： 公路隧道   压入式通风   数值模拟   参数优化  

摘要： 为了理清压入式通风系统参数对隧道施工通风效果的影响规律,利用流体力学软件Fluent建立压入式通风计算模型,研究全断面施工和台阶法施工时,风管布设角度、风管出口距离及上台阶高度、台阶长度等4个因素对流场特性的影响。结果表明:全断面施工时,风管布设角度为30°时掌子面通风效率最高;台阶法施工时,风管布设角度在50°时掌子面通风效率最高;上台阶高度在4 m左右时,在台阶与射流之间的空间涡流范围最小;台阶长度为10 m左右时通风效率最高;全断面施工并采用压入式的通风方式时,风管中心与隧道中线的夹角应在30°左右为宜;台阶法施工并采用压入式的通风方式时,风管中心与隧道中线的夹角应在50°左右为宜;上台阶的高度在4 m左右时风管下方和台阶前方的涡流最小;台阶长度为10 m左右时通风效率最高,射流可以得到充分发展。

关键词： 硅橡胶   爆轰驱动   冲击分解   分解压力  

摘要： 爆轰驱动情况下硅橡胶可能发生冲击分解反应。为了反映该物理过程，我们提出了一种简易的硅橡胶冲击分解模型。基于该模型对爆轰驱动含硅橡胶夹层钢板实验进行了模拟，并对实验自由面测速结果进行了分析解读。结果表明，该实验中硅橡胶发生了冲击分解反应，进而导致钢板自由面速度曲线出现首次起跳速度平台及速度峰值降低的现象。在硅橡胶的冲击分解过程影响下，首次入射波压力的上升过程将在临界冲击分解压力附近弛豫一段时间再继续升高至最高压力。从而，在该压力波形作用于自由面后，出现了自由面速度首次起跳过程在中间速度平台停留一段时间之后继续升高至速度峰值的现象。由于硅橡胶冲击分解为气相物质后的可压缩性较高，首次加载波内更多的能量被用于压缩气体做功，导致首次波传播至自由面时能量衰减、峰值压力降低，进而表现为实验中观测到的首次起跳速度峰值降低。

关键词： 顶吹射流   数值模拟   湍流   流动特性   拉瓦尔喷管  

摘要： 通过数值模拟研究了顶吹拉瓦尔喷管的湍流特性以及压力和马赫数对喷管的影响。结果与经验公式的误差为2.72%，证实了结果的可靠性。结果表明，喷嘴内流体受管道结构的影响，导致压力和密度随速度的增加而降低。射流与周围气体之间的压力和速度差异会导致射流速度衰减、流股扩张、偏转和涡流。最佳顶吹压力为0.6 MPa，最大射流速度为456 m/s，而在20De时，射流中心速度为345 m/s，射流宽度为0.124 m。喷管最优马赫数为1.75，最大射流速度为451 m/s， 20De时射流中心速度为338 m/s，宽度为0.12 m。

关键词： 等离子体爆破   围压   裂纹空间形态   三维重构   LS-DYNA   数值模拟  

摘要： 等离子体爆破破岩技术具有绿色、高效、可控的特点，在深部岩石破碎方面中具有很好的应用前景。为向深部应力作用下爆破破岩工程提供新型破岩方法，开展了4组不同围压作用下的等离子体砂岩爆破试验，通过CT扫描和三维重构，对比分析岩石内部三维裂纹的形态结构和分布状况，研究等离子体爆破破岩技术在不同围压作用下破岩效果，并通过LS-DYNA进行数值模拟，建立了等离子体等效炸药模型，补充验证耦合应力场中等离子体爆破的作用规律，探究不同围压作用下等离子体爆破破岩机理以及岩体在爆破过程中内部裂纹扩展、分布及损伤演化规律。结果表明：相同电压作用下，随着三向围压的升高，岩石表面裂纹的数量和分布范围都呈逐渐减小的趋势，砂岩内部裂纹的复杂程度和贯通程度显著降低。由于在等离子体爆破产生的动态应力场和围压作用产生静态应力耦合场中，等离子体爆破产生的冲击波在爆炸初始阶段发挥主要作用效果，不同围压作用下岩石的裂纹形态和中心膨胀区域未出现明显差异，随着冲击波的衰减，三向围压在等离子体爆破过程的中后期发挥决定作用，抑制岩体的裂纹扩展和损伤演化。同时，随着围压升高，其对岩体内部裂纹扩展的抑制效果越显著，导致岩石内部三维裂纹的体分形维数和损伤度与围压作用均近似呈线性减小关系。

关键词： 深部页岩   裂缝性储层   密切割压裂   裂缝均匀性   裂缝形态   数值模拟  

摘要： 深部页岩气资源量巨大，加快深部页岩气勘探开发力度，对助力实现双碳目标具有重要意义。密切割水力压裂是实现深部页岩气规模开发的重要增产措施。但在密集布缝的同时可能出现部分射孔簇扩展受限的现象。因此确定合理的布缝间距形成均匀且密集的裂缝对提高油气产量降低成本尤为重要。为探究深部裂缝性页岩储层压裂裂缝扩展均匀性，结合位移不连续法和拟三维裂缝模型建立了考虑天然裂缝影响的多层水力压裂模型，并引入Broyden迭代计算方法提出了流固耦合多裂缝模型高效解法。模拟分析了水平应力差及施工参数对多簇裂缝形态及裂缝扩展均匀性的影响。研究结果表明：Broyden迭代比牛顿迭代计算效率更高。深部页岩储层在高应力差（10MPa）条件下，水力裂缝难以发生转向；簇间距并非越密越好，当簇间距增加至8m时可显著提升各簇裂缝进液均匀性；适当提升压裂液黏度（＞20mPa·s）与施工排量(＞16m3/min)有利于裂缝密集且均匀的扩展。该研究成果可为我国深部页岩压裂工艺优化提供理论支撑。

关键词： 集合经验模态分解   鲸鱼优化算法   支持向量机   土石坝   渗流量预测  

摘要： 为准确预报土石坝渗流量的变化趋势,针对传统的时间序列模型存在非线性处理能力较差、捕捉序列依赖关系能力不足等问题,建立了基于EEMD-WOA-SVM的土石坝渗流量预测模型.该模型采用集合经验模态（EEMD）有效分解土石坝渗流时间序列,引入鲸鱼优化算法（WOA）寻找支持向量机模型（SVM）的最优超参数组合,再将各模态分解分量代入组合模型预测并重构预测结果.案例分析结果表明,所建EEMD-WOA-SVM模型与传统的SVM模型相比,其拟合优度R2提升了19.8%,均方误差EMS、均方根误差ERMS、平均绝对误差EMA和平均绝对百分比误差EMAP分别降低了76%、50.3%、45.2%和43.2%.另外,与GA-SVM和WOA-SVM模型相比,R2值达0.9486,EMS、ERMS、EMA和EMAP分别降低至0.0012、0.0352、0.0289和0.0176,进一步说明了该组合模型具有较高的预测精度,为土石坝渗流量的精确预测提供了新途径.

关键词： 低热水泥   混凝土拱坝   温度场、应力场   防裂方案  

摘要： 高寒地区年平均气温低、昼夜温差大，大坝易产生温度裂缝，可从筑坝材料源头就降低温升，可更进一步降低开裂风险。开展中、低热水泥混凝土拱坝温度场、应力场的对比分析；进行低热水泥混凝土拱坝温控措施优化比选；形成适合高寒地区低热水泥混凝土拱坝的温控防裂方案。结果表明：低热比中热水泥混凝土拱坝最高温度低4.0℃左右，应力最大值低0.7 MPa左右，安全系数从2.48提升到3.65；低热水泥混凝土拱坝可放宽约束区冷却水管间距至（1.5 m×1.5 m），强约束区浇筑层厚可从1.5 m放宽至3 m，坝体表面流水措施可取消，夏季浇筑温度可放宽至16.0℃，冬季实现常温浇筑；脱离约束区，高温季节5-9月浇筑温度可放宽至18.0℃，层厚对大坝最高温度及应力影响较小，因此可放宽至6 m；大坝采用全年永久保温，等效放热系数取β≤3.05 kJ/（m2·h·℃）。研究结果验证了低热水泥混凝土拱坝抗裂性能的优势，给出高寒地区温控优化措施，实现大坝快速施工，进一步降低了温控和施工成本。

关键词： 数值模拟   空化射流   射流喷嘴   流场特性   喷嘴选型  

摘要： 喷嘴类型与结构是影响空化射流性能的关键因素。本文通过CFD数值模拟方法探究了风琴管自振空化射流喷嘴、Helmholtz型空化射流喷嘴、角形空化射流喷嘴、中心体空化射流喷嘴和叶轮式旋转空化射流喷嘴的流场特性。开展射流喷嘴流场室内测试，以射流扩散角为评价指标，验证了数值分析的可靠性。最后，根据不同结构空化射流喷嘴的流场特性和现场工程应用需求，给出了适用于不同场景的空化射流喷嘴类型推荐和说明。结果表明：风琴管自振空化射流喷嘴射流冲击压力强且稳定性高（最高冲击压力12.165 MPa），适用于钻井过程中辅助破岩场景；Helmholtz型空化射流喷嘴脉冲频率高（2.0 kHz）且空泡运移距离远，适用于老井洗井解堵处理场景；角形空化射流喷嘴射流扩散能力强且空化程度高，适用于油田废水处理中乳化油破乳场景；中心体空化射流喷嘴具有集中于出口中心的空泡群和7.047 MPa的射流冲击压力，适合用于煤层气开采中煤层瓦斯解吸渗流场景；叶轮式旋转空化射流喷嘴具有倒“U”形速度分布和空化作用范围大的特点，适用于水合物开采中径向分支钻孔场景。本文研究结果有望为空化射流喷嘴选型提供理论依据。

关键词： 两相流   界面   Level set   拉格朗日粒子  

摘要： 在粒子Level Set方法的基础上，该文提出了一种两相流数值模拟的单层粒子Level Set方法。与一般粒子Level Set方法不同，该方法只需要在界面处布置一层拉格朗日粒子，并依据粒子位置信息修正重新初始化带来的界面失真，从而实现对界面位置的准确追踪，并表现出良好的质量守恒性。模拟两相流时，针对两相流界面发生剧烈拓扑变化时的粒子聚集与空缺，给出了简单易实现的粒子重分配策略，并通过若干经典算例的计算，验证了单层粒子LevelSet方法模拟两相流问题的准确性和有效性。

关键词： 放射性核素   海洋数值模式   动力机制   大洋-近海物质交换   时间估计  

摘要： 准确刻画放射性核素在海洋当中的扩散及输运过程是监测及预防的关键。利用北太平洋区域高分辨率海洋动力模式，结合被动示踪实验，模拟了福岛排放入海的放射性核素在5 a左右时间的分布情况。结果表明，放射性核素在排海后主要随黑潮延伸体向东移动，但仍有部分放射性核素由于西南向回流、涡旋活动及模态水潜沉过程，向西南方向抵达中国海外缘。在中国近海与外海的物质交换通道中，放射性核素主要通过台湾以东最早进入中国东海，后经过吕宋海峡入侵南海，进而通过陆架环流输送到黄海与渤海中。研究结果系统地给出了放射性核素由北太平洋进入中国海的三维途径及动力机制，并表明高浓度的放射性核素在5 a时间内并未影响中国海域。