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关键词： 变量灌水器   独立双重流道   水力性能   盐分淋洗   洗盐   结构优化   数值模拟  

摘要： 新疆灌溉农业通常在作物生长期采用低流量滴灌以提高水分利用效率,而后在休耕期采用沟灌洗盐来防止次生盐碱化。这个相对复杂的农业生产过程可能会增加新疆当地劳动力和资源过度投入。为此,通过3D打印技术开发了一种具有独立双重流道的新型变量灌水器,该灌水器在两个工作水压水平(6~10 m和12~15 m)下具有灌溉和洗盐功能。通过室内试验分析了变量灌水器基本水力性能(流量系数、流态指数),然后利用计算流体动力学(CFD)和通径分析相结合的方法,研究了变量灌水器水力性能对流道宽(w)、流道深(D)、流道长(L)、齿高(h)和齿底距(b)的响应。结果表明,随着工作水压从6 m增加至10 m,变量灌水器出流量从1.6 L/h缓慢地增加到2.1 L/h,当工作水压进一步增大至12 m时,变量灌水器出流量急剧达到4.5 L/h,增幅达114.3%,这说明通过调节工作水压,所设计的变量灌水器可原位实现灌溉功能(较小流量)和洗盐功能(较大流量)的自由切换。根据新疆当地农田实际灌溉定额和盐碱化程度,推荐了适宜的变量灌水器流道参数。例如,在轻度盐碱地中,变量灌水器适宜的w、D、h、L和b分别为0.60、0.60、0.80、8.80和0.60 mm。

关键词： 初始应力   动态应力分布   能量演化   数值模拟  

摘要： 巷道开挖后,围岩地应力集中分布和外界动荷载扰动是影响巷道安全稳定的2个重要因素。基于有限模型和LS-DYNA的隐—显式计算功能,分析了初始应力分别为10、30、50 MPa的岩体巷道在动荷载作用下的力学响应,获得了巷道围岩动态应力分布、能量变化及演化规律和动态变形损伤特征。研究结果表明,动荷载作用下,动态压应力集中主要分布在巷道顶部和底角附近,动态拉应力集中主要分布巷道两帮;压应力集中程度随初始应力的增大而减小,拉应力集中区域无明显变化;动载入射侧围岩质点位移和振动速度始终大于透射侧;随着初始应力的增大,围岩质点位移增大,振动速度减小;动荷载会引起围岩起初始应变能释放,岩石的应变能密度降低;巷道围岩的动态损伤总是从巷道顶部附近开始,且围岩损伤程度和范围都会随初始应力的增加而增大。

关键词： 磷矿   岩爆   钻孔卸压   数值模拟   参数优化  

摘要： 岩爆是困扰晒旗河磷矿安全开采的主要技术难题,该矿钻孔卸压参数与围岩应力分布不匹配,卸压效果有待提高。以该矿+80 m工作面为研究对象,采用数值模拟对掘进巷道工作面不同钻孔卸压参数下巷道围岩的应力和弹性能变化情况进行分析,探寻最优的卸压钻孔参数方案。引入谷-陶岩爆判据,计算最大主应力和单轴抗压强度的比值,评价卸压钻孔参数优化前后的岩爆等级,验证钻孔卸压效果。研究结果表明:随着钻孔深度的增加,巷道围岩应力先减小后增大,当钻孔深度为10 m时,围岩应力和弹性能最小;在保持钻孔数量不变的情况下,钻孔间距过小,钻孔周围形成的卸压区域重叠,整体卸压范围受限,钻孔间距过大,每个钻孔间形成的卸压区域无法起到协同卸压作用。卸压钻孔参数优化后最大主应力下降了14 MPa,岩爆风险等级由中等岩爆降为无岩爆。研究结果可为鄂西地区类似矿山卸压钻孔参数的选用提供参考。

关键词： 深部矿山   应急水闸门   围岩渗流   硐室结构  

摘要： 应急防水闸门及其配套工程在水害发生时,能够在短时间内有效控制水害的影响范围和程度,保障机械设备和人员安全。随着矿山开采深度的逐年增加,应急防水闸门及闸门硐室所需要承受的水压也在不断增加,地质条件更加复杂,施工环境也更加恶劣。本文以滇东北大水矿山毛坪铅锌矿为例,在系统评价其310 m中段局部注浆改造前后突水风险的基础上,分析了深部高承压应急防水闸门设计和建造过程中的多项关键技术问题,主要包括防水闸门设计承压值计算、硐室选址、结构类型、关键结构参数、开挖围岩扰动、围岩与结构的水压响应、闸门选型与远程控制系统等。设计计算结果表明,毛坪铅锌矿310 m中段应采用倒截锥形硐室结构,对开型防水闸门,设计承压6.4 MPa。数值模拟结果表明,防水闸门硐室开挖及浇筑后,竖直和水平方向的压应力和拉应力均增大,围岩塑性破坏的范围约为0.38 m,第1个倒截锥形塞的迎水侧承担了超过80%的总水压。最后,探讨了深部高承压应急防水闸门系统的发展趋势,包括防水闸门及硐室结构长期服役的稳定性监测与评价、深部复杂地质条件下的设计与建造技术、配套智能化的水害信息辨识与预警平台等。研究结果可以为深部矿山设计和建造应急防水闸门系统提供参考和借鉴。

关键词： 液冷板   相变换热   FloEFD   模拟分析  

摘要： 针对液冷系统中液冷板相变换热数值模拟分析存在速度慢,收敛难,准确性低的问题,提出一种结合相变换热系数理论计算及FloEFD单相对流模拟分析的方法。首先通过试验关联式计算出相变换热系数,根据工质的温升计算等效比热,然后在FloEFD软件中引入等效流体和换热系数的设置,进行模拟计算。验证表明,该方法对于液冷板相变换热的模拟分析是可行的且具有较高的效率和准确性,冷板表面温度的偏差平均在10%以内,对工程产品的正向设计具有重要的指导意义。

关键词： 边水   边水距离   边水能量   调剖时机   物理模拟   数值模拟  

摘要： 渤海Q油田采用水平井开发,边水水侵是导致该油田采收率低的主要原因。通过物理模拟与数值模拟相结合的方法,对边水油藏水平井开发调剖效果的影响因素进行了研究。结果表明:1)随着边水距离的减小,调剖后采收率提高值先升后降,边水距离为550 m时调剖效果最好;2)对于边水水平井开发油藏,调剖时机选择越早,提高采收率值也相应越高,效果越显著;3)边水能量的大小对边水油藏的水平井调剖效果影响较大。随着边水能量的增加,调剖效果逐渐变差。边水能量大于10倍时对调剖效果影响较大。目前渤海Q油田大多数区块的边水能量小于6倍且含水率为52.4%,可以尽快进行调剖调驱的现场实施。该研究成果为边水水平井开发油藏的后续稳油控水决策提供了技术指导。

关键词： 白鹤滩水电站   柱状节理   地下洞室   数值模拟   松弛深度   支护建议  

摘要： 白鹤滩水电站柱状节理岩体具有特殊的柱体结构特征,洞室开挖后卸荷松弛破坏严重。通过对白鹤滩水电站4#导流洞柱状节理岩体现场破坏调查、位移和松弛深度监测,发现柱状节理洞室呈现典型的非对称破坏特征,不同部位松弛深度差异较大,左右侧边墙破坏模式受倾角影响,分别呈现倾倒破坏和滑移破坏。离散元数值模拟结果显示洞室表层围岩主要以柱间节理张拉破坏为主,内部围岩以剪切破坏为主,左右侧边墙不同的变形破坏特征是柱体倾角和地应力综合作用的结果。最后分析了不同柱体倾角对洞室变形破坏特征的影响,不同倾角下洞室各部位松弛深度差异显著,应根据洞室不同部位塑性区深度和柱体角度进行预应力锚杆设计。

关键词： 煤层注水   渗流   UDF   孔隙率   流固耦合   数值模拟  

摘要： 为探究煤层注水时水在煤体中的渗流演化规律,采用实验室试验与数值模拟结合的方法,开展了地应力及孔隙水压力耦合作用下煤体结构变形及渗透率演化规律试验,并建立了水力耦合下体积变形演化数学模型,基于UDF二次开发进行了煤岩注水渗流动态演化数值模拟。研究结果表明:煤岩孔隙率变化受应力与水压共同作用的影响;煤岩轴向变形量与水压分布由上至下呈递减式传递,体积变形与轴向力、孔隙水压大小成正相关;孔隙水压为赋存于孔裂隙的自由水提供渗透动力,并对煤岩基质骨架产生力学作用,水压越大,煤岩基质骨架越容易破坏;采用UDF程序加载渗透性试验结果对孔隙率随孔隙水压变化进行拟合的结果更接近试验结果,误差较小,对于研究煤岩渗流规律可以提供一定的参考。

关键词： 高扬程   虹吸式出水管   气液两相流   虹吸形成时间   数值模拟  

摘要： 为研究高扬程泵站虹吸式出水流道虹吸形成过程,以某高扬程泵站的出水流道及出水池为研究对象,建立三维模型并使用Fluent仿真计算了虹吸管流态变化。针对3种出水池水位使用VOF模型计算其压力、流速等参数。驼峰段原角度为段前150°、段后160°,在虹吸段顶端使用DN350的真空破坏阀,同时改变驼峰段角度进行优化,发现将段前角度增加10°后,虹吸形成时间为448 s,相较于优化前缩短了56 s,改善了泵启动过程。分析发现,不同水位下虹吸形成时压力分布较为均匀;水位较低时流速分布不均,不良流态产生,低水位造成的负面影响远大于高水位;在驼峰段安装DN350真空阀能减小水力损失,对虹吸形成过程起到促进作用;真空阀会影响经典断面处流速分布,产生高流速区,出水池水位较低时,该现象使得流速分布不均。

关键词： 填塞长度   岩体爆破   裂纹扩展   分区域模型   损伤分布   数值模拟  

摘要： 为研究在爆破过程中填塞长度对圆柱岩样爆破效果的影响,通过数值模拟方法建立了分区域圆柱岩样单孔装药的三维模型。通过改变填塞长度,对爆破过程中填塞物及圆柱岩样的损伤情况、位移变化和裂纹扩展进行了对比分析。结果表明:数值模拟结果与圆柱岩样实验室爆破裂纹扩展与损伤情况相一致,验证了爆破模型可有效模拟岩石爆破过程。在填塞长度为炮孔长度的23.7%内,填塞长度的增加可显著抑制填塞物冲出炮孔程度,而超过此区间后,单位抑制效应微弱。填塞长度从炮孔长度的7.9%到39.5%,岩柱表面裂纹网络复杂程度逐渐降低,但裂隙宽度显著增加。在炸药引爆后岩柱中部区域的损伤值最高,在填塞长度为炮孔长度的23.7%时取得最高值为0.75。在岩柱上部区域,损伤随填塞长度呈现凹形变化,差值为0.054 3;而五种填塞长度在岩柱中部区域的损伤差值最大,为0.067 9;对岩柱下部区域的损伤影响较小,变动幅度为0.009 9。填塞长度的合理选取为实现精确区域爆破和提高爆破效果提供了新的途径。