双头高叶片螺旋钻杆高转速下排粉效率分析

为了得到双头高叶片螺旋钻杆高转速下钻进时排粉效率影响因素和规律,运用离散元法对高速螺旋钻进时排粉运动规律进行了分析,使用EDEM软件分析了不同工况下排粉质量流、扭矩与转速关系。研究结果表明:煤粉靠钻具的给进挤压到螺旋槽中进行传输;给进速度一定时,当转速超过临界转速时质量流和扭矩不随回转速度变化而变化;停止给进排粉时,质量流随回转速度增大而呈正相关增大,扭矩随转速增大而指数式增加;塌孔排粉时,一定的塌孔流量下有其对应的临界转速,小于临界转速时质量流随转速增大而增大,大于临界转速后质量流趋于稳定。     

节段式多级离心泵轴向力的计算与分析

轴向力的准确计算是影响离心泵可靠性、安全性和稳定性的重要因素。以某节段式多级离心泵为研究对象,不考虑平衡盘轴向间隙的变化,首先采用传统的经验公式计算其轴向力,然后基于FLUENT软件,采用Realizableκ-ε湍流模型和二阶迎风格式算法,对该多级泵的内部流动进行全流场数值模拟,预测叶轮壁面所受的轴向力大小,得到其主要工况下的轴向力分布。比较泵主要工况下的理论值与模拟值,发现轴向力在小流量工况下相差较大,在设计工况下模拟值与理论值基本吻合,最大误差为5.9%。数值模拟的方法验证了用经验公式计算轴向力的准确性,研究结论为离心泵轴向力计算提供了新的思路和方法。     

考虑围岩峰后破坏的全锚锚杆受力特性

基于中性点理论,考虑围岩峰后剪胀效应及破坏形式,推导了瞬时稳态下全长锚固锚杆轴向正应力和剪应力表达式,系统性地分析了孔口处锚杆端头轴力和残余黏聚力、剪胀系数和应变软化系数对锚杆杆体轴向正应力、剪应力以及中性点位置的影响。研究结果表明:锚杆轴向正应力沿杆体内端点至外端点呈现出先增大后减小的变化特征,且应力曲线在弹性区与峰后破坏区呈现出明显的差异性;锚杆剪应力沿杆体内端点至外端点呈现先减小后增大的变化特征,且在弹塑性交界处的连续与否与围岩剪胀系数和剪切刚度密切相关;锚杆轴向正应力和剪应力均随着残余黏聚力的增大而减小,随着剪胀系数与应变软化系数的增大而增大;同时,锚杆杆体轴向正应力和外端点侧剪应力均随着孔口处锚杆端头轴力的增大而增大,内端点侧剪应力随着端头轴力的增大而减小。中性点位置随着残余黏聚力的增大呈现出先增大后减小的变化特征,当残余黏聚力大于某一临界值时中性点位于弹性区,反之,位于峰后破坏区;此外,中性点位置也随着剪胀系数、应变软化系数的增大而减小。     

带式输送机盘式制动器制动盘瞬态温度场研究

结合带式输送机盘式制动器的实际工况,充分考虑移动热源和热流耦合作用,利用传热学基本理论,建立摩擦副传热数学模型,并对制动过程中制动盘的瞬态温度场进行数值计算和试验研究。结果表明,制动盘的表面温度呈现先升后降的动态过程,最高温度出现在制动结束前某一时刻;制动盘在轴向和径向均存在较大的温度梯度,表面温度随摩擦半径增大而增大。仿真结果与试验结果较好地吻合,两者最大误差为4.43%,验证了数值模拟的正确性。     

对旋风机气动噪声仿真与试验研究

为实现局部通风机高效、低噪、可靠运行的目的,对FBD No8.0对旋风机实物建立三维模型,用Fluent软件对不同轴向间距及不同工况下的对旋风机气动噪声进行数值模拟,借助LMS噪声测试模块对通风机不同工况下入口噪声进行了测试。仿真结果表明:两级叶轮叶顶处声功率较高,轴向间距为0.7时,叶片声功率最低,增大轴向间距,较高的声压级向中低频段移动。大流量工况下,增大轴向间距降低噪声只在一定范围内效果明显;小流量工况下,轴向间距的变化对于声压级虽有影响但并不明显。试验结果表明:当流量减小时,通风机噪声先减小后增大,总噪声在设计工况下较小,对旋风机设计在噪声控制方面合理。     

基于EDEM的截齿载荷及滚筒扭矩的研究与分析

为了提高采煤机效率,通过地面试验、离散元法仿真以及理论计算对采煤机截齿的载荷及滚筒扭矩开展分析。研究结果显示:采煤机在不同牵引速度下,单个截齿所受载荷为周期性变化;地面试验、离散元法仿真、数学模型所得不同牵引速度下采煤机滚动扭矩变化为不规则波动,且随着牵引速度加快,采煤机滚动扭矩明显增大。研究工作证明了离散元法仿真以及数学模型对滚动扭矩进行研究以及预测的可行性,同时为采用离散元法对采煤机滚筒扭矩进行研究提供了一种新的方法与思路。     

旋挖钻机碎岩计算方式的分析探讨

结合外载碎岩基本现象,对旋挖碎岩基本过程进行分析,得出其在回转钻进情况下的螺旋破碎的碎岩形式。然后根据岩石破碎时的压入条件,以单个截齿为研究模型,得出轴向压力的理论计算公式,继而参考库伦纳维的内摩擦理论,得出了切削力的理论计算公式。根据不同钻具形式,将单个截齿的计算公式扩展,得到了旋挖钻机压力和扭矩参数的计算公式。将轴向力与切削力计算公式中在特定工况下的影响因子简化,得出了旋挖钻机钻进过程中进尺速度与切削力的理论关系。最后利用LS-DYNA动态分析软件模拟了单个截齿在不同侵深条件下的切削力变化曲线,并将曲线与同等工况下理论计算的曲线进行对比,得出单个截齿的入岩参数理论计算公式。可为入岩旋挖钻机设计提供参考。     

吸附作用下煤样瓦斯渗流的数值分析

通过建立同时考虑吸附作用和渗透率变化的数学模型,利用Ansys-Fluent软件对煤层瓦斯的流动过程进行了数值分析,计算了不同压力下瓦斯流动的密度、速度、流率及压力分布,分析了煤层瓦斯的流动规律及吸附作用的影响。研究表明:使用所建模型得到的计算结果与实验数据吻合良好;随压力增大,瓦斯密度在出口附近急剧下降;压力梯度沿轴向变化平缓,但在出口附近随压力增大而迅速增大;受吸附作用影响,质量流率沿轴向逐渐下降,下降幅度随压力增加而增大。     

不同围压下共面双裂隙脆性砂岩裂纹演化特性颗粒流模拟研究

为了研究裂隙岩体在不同围压作用下裂纹演化规律,采用颗粒流程序PFC2D对含共面双裂隙脆性砂岩不同围压作用下的破裂过程进行模拟研究。主要得到如下结论:1)通过单轴压缩下共面双裂隙脆性砂岩峰值强度、弹性模量及最终破裂模式数值模拟与室内试验的比较,验证了细观参数的可行性;2)峰值强度随共面裂隙倾角总体呈现增加趋势,但不同围压下峰值强度变化趋势有所改变,主要是试样的最终破裂模式不同所导致的;3)将预制裂隙试样大体分为四类:试样的最终破裂模式主要为轴向劈裂破坏为主、试样最终以剪切破坏为主且剪切面倾角受预制裂隙倾角及围压的影响、试样的最终破裂模式随围压的增大由轴向劈裂转变为剪切破坏、试样最终以剪切破坏为主且剪切面主要受围压的影响;4)试样的最终主要以轴向劈裂破坏和剪切破坏两种形式为主,两种破裂模式的破裂过程不同,且裂纹周围的位移场分布明显不同。     

含弱层巷道围岩滑移破坏规律的模拟研究

为研究弱层对煤矿巷道围岩滑移破坏的影响,基于UDEC岩土模拟软件,建立了含弱层煤矿巷道数值计算模型,对弱层与侧压力系数共同作用下巷道围岩滑移破坏规律展开研究。结果表明:弱层的存在改变了围岩中应力传递路径,减弱了围岩深部向煤帮的应力传递,促进了顶板向煤帮的应力传递,进而加剧围岩的剪切破坏与水平滑移;随弱层厚度增长,围岩临界破坏深度随之增大,煤体的剪切破坏也愈明显,围岩塑性区深度与水平滑移值也会进一步扩大;侧压力系数对含弱层巷道围岩的稳定性也具有重要影响,当侧压力系数为1.0时,煤帮围岩最为稳定,当侧压力系数介于1.0～2.0时,随侧压力系数的增大,围岩塑性区深度也会进一步增长,围岩滑移值呈非线性增长。     

桃形腔液力偶合器两相环流特性数值模拟

为了对某型桃形腔液力偶合器不同充液率下流场两相环流特性及转矩特性进行分析,建立了液力偶合器泵轮和涡轮的内流场模型,应用计算流体动力学软件CFX进行了液力偶合器部分充液工况内流场数值模拟研究。结果表明:通过流场数值模拟可以准确得到液力偶合器内流道的流动状态,可对液力偶合器的转矩传递性能进行预测,仿真结果为调速型液力偶合器的选型与设计提供一定的理论依据。     

矿井全空间三维主轴各向异性介质瞬变电磁场响应特征研究

研究瞬变电磁场中的电性各向异性问题,可以为各向异性条件下的地下全空间瞬变电磁法资料处理解释工作提供理论指导,对提高瞬变电磁法探测精度具有重要意义。为了研究矿井全空间条件下主轴各向异性介质的瞬变电磁场响应特征,采用改进的交错网格有限差分方法实现了主轴各向异性介质的瞬变电磁场三维正演。将电导率张量加入麦克斯韦方程组,对Yee氏交错网格进行了改进以便于对主轴各向异性介质中的瞬变电磁场进行差分离散处理,形成了全空间三维主轴各向异性有限差分正演算法。在均匀全空间模型中对比各向异性有限差分数值解及均匀全空间解析解,验证了算法的正确性。建立了不同各向异性类型和不同各向异性对称主轴姿态模型,分别计算了其瞬变电磁场响应,最后结合工程探测实例,通过正演模拟分析了不同主轴各向异性介质对瞬变电磁场的影响特征,解释了探测结果存在偏差的原因。研究表明:在矿井超前探测模式下,对于HTI-X介质,各向异性系数的变化对瞬变电磁场的影响不明显,不同各向异性系数条件下的感应电动势曲线差异较小;对于HTI-Y介质和VTI介质,各向异性系数的变化对瞬变电磁场有明显的影响,随着介质各向异性系数增大,介质瞬变电磁场响应不断变小;随着各向异性介质对称主轴方向与探测方向之间夹角的增大,各向异性介质产生的瞬变电磁场响应不断增大,当对称主轴方向与探测方向一致时(HTI-X介质),各向异性介质产生的感应电动势最弱,而对称主轴方向与探测方向垂直时(VTI介质),各向异性介质产生的感应电动势最强;不同类型的主轴各向异性介质具有明显的各向异性瞬变电磁场响应特征。     

XYZ系列岩石钻头钻削力试验研究

根据大量实验室钻削实验的测试结果,分析了岩石硬度系数、钻头直径、切削用量以及钻头几何角度对钻削力的影响,建立了粘削力的经验公式,给出了各修正系数的参考值。工业生产测试结果表明：XYZ系列岩石钻头与国内同类型产品相比具有钻削力降低、磨损小、不崩刃等优点,钻削扭矩和轴向阻力平均降低16％和6％左右。     

天然节理局部立方定理有效性的探讨

直拉从N－S方程出发,对用数值模拟法确定单列隙非饱和参透系数时广为应用 局部立方定理进行了推导,根据推导过程中所作的假设,给出了局部立方定理能近似成立的3个条件。对照实际岩体裂隙和其内水流的特点,对裂隙局域肉水流能否近似满足上述条件作了定性地分析,为数值模拟法确定单裂隙非饱和渗透系数时能否应用局部立方定理提供了参考依据。     

土工格栅与土界面的拉拔试验分析

通过经编土工格栅、单向土工格栅与粗砂、圆砾、残积土在不同法向压力下的拉拔试验,研究土工格栅与土界面特性。结果表明,单向格栅界面的拉拔系数和摩擦系数均小于经编土工格栅界面,界面摩擦系数随着土体颗粒粒径的增大而增大。同时结合有限元分析的方法,将数值结果与试验结果进行比较,进一步研究了法向压力、加筋长度、土体模量、格栅轴向刚度、界面折减因子等参数对界面特性的影响。最后研究了不同拉力作用下的界面剪应力和轴力分布规律。     

对旋式轴流通风机加装叶片分离器后的在线性能测试研究

介绍了叶片分离器的工作原理和关键参数,并对加装了叶片分离器的对旋轴流风机进行了性能测试试验。结果表明,在特定条件下,叶片分离器对消除对旋风机特征曲线的波谷有一定作用,可以改善风机的小流量特性,同时有效地控制了小流量工况下产生的回流,提高了风机运行的可靠性和稳定性。     

FLAC~(3D)中爆破震动下锚杆轴力损失的修正及应用

针对FLAC3D现有模型无法实现由于CABLE结构单元在动载下出现损伤而导致支护轴力损失的问题,基于最大剪应力准则和应变能密度准则,提出了爆破震动下CABLE单元破坏损伤判据,以及锚固结构损伤量沿震波传播路径的分布规则,由此建立了锚杆轴力动力损失修正模型。基于FISH语言平台开发修正模型的计算程序,使得FLAC3D具备由于CABLE结构单元动力损伤而导致轴力损失的功能,并应用该功能进行了爆破震动下单排锚杆轴力损失与全锚杆巷道支护质量减弱的对比分析,结果表明:1修正模型锚杆轴力在爆破下,经历平稳→下降→平稳3个阶段,锚杆轴力损失率随至震源距离的增大呈指数衰减,达到了锚杆轴力定量损失的预期效果。2通过修正模型得到了爆破对巷道支护的主要损伤范围和程度,其中6和8 kg药量爆破下锚杆轴力损失率峰值分别为35%和76%,并且至震源0~4和0~12 m内锚杆轴力损失率超过25%,支护损伤较大。同时,修正模型能较大幅度修正动力分析中的围岩变形量以及塑性区体积,其中6和8 kg药量爆破下变形修正系数峰值分别为70%和37.5%,而塑性区体积修正系数分别为22.2%和9.9%,说明爆破药量越小修正效果越显著。3修正模型计算结果与现场实测结果具有较好的一致性。     

涡轮钻具叶片型线设计及流场模拟分析研究

涡轮叶片的型线设计对涡轮钻具的性能影响很大。以外径为127 mm地质钻探用涡轮钻具为例,采用五次多项式来设计涡轮叶片的型线,使用SOLIDWORKS三维造型软件绘制了涡轮叶片的三维模型,并导入ANSYSFLOTRAN CFD模块,对不同粘度下的涡轮叶片的水力性能进行了分析,获得了较为直观的速度场和压力场分布状况。结果证明,通过CFD分析,可以很好地将叶片型线的缺陷和不同状态下的涡轮钻具水力性能展现出来,对涡轮叶片的水力性能预测具有指导作用。