含瓦斯煤岩固气耦合动态模型与数值模拟研究

依据以往瓦斯煤岩的研究内容来看,在过去的瓦斯渗流与煤体变形的情形下,通常都是经过引入煤体变形的过程中,去细观一些单元的损伤力度及透气性演化的耦合作用方程,因此,气固耦合的动力学模型和数值模拟建立了含瓦斯煤和岩石,而这种该模型的模拟研究,主要是针对煤矿开采诱发的煤与瓦斯突出的过程,以及突出前后煤体中,瓦斯压力的变化规律,以及采动影响下,瓦斯抽放过程中,煤层透气性的演化和抽放孔周围瓦斯压力的变化规律,所以,在固体相似材料研究的基础上,通过使用相耦合理论的相似性,我们找到一些类似的条件适合煤和岩石天然气的气相耦合。     

带束层结构对高速轿车子午线轮胎印痕和制动性能的影响

利用MSC.Marc有限元软件模拟分析带束层结构对轿车子午线轮胎静态接地印痕、高速制动印痕和制动性能的影响,并将模拟结果与205/55R16 94W试制轮胎实测结果进行对比。结果表明：轮胎静态接地印痕的有限元模拟结果与实测结果接近,具有可靠指导意义;在相同的充气压力和负荷条件下,带束层宽度大的轮胎印痕短轴长度和印痕面积均大于带束层宽度小的轮胎,而印痕长轴长度较小,带束层钢丝帘线角度大的轮胎印痕短轴长度和印痕面积均大于带束层钢丝帘线角度小的轮胎,而印痕长轴长度较小,增大带束层宽度或钢丝帘线角度均能够增大轮胎印痕面积,通过改变带束层结构设计可以提高车辆安全性能;轮胎接地面积随着制动初始速度的提高而减小,导致轮胎接地压力增大,充气压力提高也会使轮胎接地面积减小,接地压力增大。     

随机粗糙表面上剪切变稀流体液滴的沉积过程模拟

采用计算流体力学相场方法模拟了单个剪切变稀非牛顿流体液滴在随机粗糙表面的沉积过程,并分析揭示了随机粗糙表面形貌对液滴运动状态及平衡状态的影响。结果表明,在指定的相同操作条件下,即使在光滑表面,剪切变稀流体液滴比牛顿流体液滴铺展更大且回缩至平衡所需时间更少,不存在二次铺展;剪切变稀流体液滴最大铺展直径随均方根粗糙度Rr与Wenzel粗糙度Wr的增加而略有增加。Wr相同时,随着Rr增大,液滴最终铺展系数减小,高度系数增大,平衡接触面积及接触角有所减小。在Rr相同情况下,随着Wr增大,液滴达到平衡所需时间缩短,平衡接触面积线性增大。     

随机粗糙表面上剪切变稀流体液滴的沉积过程模拟

采用计算流体力学相场方法模拟了单个剪切变稀非牛顿流体液滴在随机粗糙表面的沉积过程,并分析揭示了随机粗糙表面形貌对液滴运动状态及平衡状态的影响。结果表明,在指定的相同操作条件下,即使在光滑表面,剪切变稀流体液滴比牛顿流体液滴铺展更大且回缩至平衡所需时间更少,不存在二次铺展;剪切变稀流体液滴最大铺展直径随均方根粗糙度Rr与Wenzel粗糙度Wr的增加而略有增加。Wr相同时,随着Rr增大,液滴最终铺展系数减小,高度系数增大,平衡接触面积及接触角有所减小。在Rr相同情况下,随着Wr增大,液滴达到平衡所需时间缩短,平衡接触面积线性增大。     

氩流体扩散行为的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟技术(MD),利用L-J势能模型,研究了非受限空间和受限空间中,氩流体的扩散行为。考察了非受限空间中截断半径、粒子数、温度和受限空间中能量系数、狭缝宽度及温度等对氩流体自扩散系数的影响。模拟结果表明,在非受限空间中,氩流体的自扩散系数随温度升高而逐渐增大,其随温度的变化规律符合Arrhenius方程。在受限空间中,随着能量系数的增大和狭缝宽度的减小,氩流体自扩散系数逐渐减小;温度对氩流体自扩散系数的影响规律与非受限空间的类似。在相同温度下,受限空间氩流体的自扩散系数比非受限空间的要低。     

煤层厚度对工作面冲击地压影响的数值模拟

采用数值模拟方法对不同厚度煤层工作面采场垂直应力进行了模拟分析。研究结果表明：煤层厚度越小,工作面煤体倾向应力降的梯度越大,工作面前方应力集中系数越大,应力集中程度越高;回采相同的长度,工作面前方煤体内走向垂直应力峰值随着煤层厚度的增加而降低,峰值位置距工作面的距离随着煤层的增厚而增大。根据模拟分析结果采取深孔断顶爆破的防治方法,有效地降低了工作面应力集中程度,减小了冲击地压发生的可能性。     

残留煤层封存CO2试验研究

为了研究气体压力和温度变化对残留煤层封存CO2的影响规律,利用自制的吸附试验装置,开展气体压力和温度影响的CO2吸附试验.试验结果表明:在相同温度条件下,随着气体压力升高,CO2吸附量增大,而增长梯度逐渐减小,其变化规律符合Langmuir方程;在相同压力条件下,CO2的吸附量随着试验温度升高而减少,变化梯度逐渐减小;利用Langmuir方程对试验数据进行拟合,拟合结果与实际结果之间误差不超过5％.试验所得结论为残留煤层永久封存CO2提供理论依据.     

段塞流气塞破裂后管线压降特性

在气液两相流动中,气塞形成后可能会由于地形变化、输送设备、或其他人为因素引发破裂,引发流体的流动状态变化及压力波动。为了深入了解段塞流流动过程中气塞破裂机理,建立了段塞流流动过程中气塞破裂的物理数学模型,以气液两相流流动参数和管线几何尺寸为研究对象,对气液两相流气塞破裂所引发的压力波动进行分析。结果表明:其他条件相同时,相同长度气塞破裂引发的气塞上游管线压力降低的幅度随上游管线持液率的增大而逐渐增大,随管道直径、液塞尺寸、混合物流速的增大而逐渐减小。     

沿空掘巷窄煤柱合理尺寸模拟分析

为了确定3上411工作面与3上408工作面之间沿空掘巷窄煤柱合理尺寸,利用FLAC3D数值模拟软件,结合井下实际工况条件,建立了煤柱尺寸分别为3、4、5、6、7、8、9、10m8种不同宽度的窄煤柱模型进行计算,分别分析研究沿空巷道和窄煤柱内垂直应力和剪应力以及沿空巷道的围岩变形量。研究结果表明,窄煤柱向采空侧位移先增大后逐渐减小,且在窄煤柱宽度为5m时,煤柱向采空区侧的水平位移达到最大值,为192.7mm;底鼓量最大值发生在窄煤柱宽度为3m时,最大值为47.57mm;巷道沿空帮位移先增大后减小,且在煤柱宽度为5m～6m时达到最大值;通过模拟监测数据分析确定出最终合理煤柱的尺寸为3.8m。     

μcSi(n)/cSi(p)异质结太阳电池微晶硅背场的模拟与优化

采用AFORSHET软件模拟了微晶硅背场对μcsi(n)/csi(p)异质结太阳电池性能的影响。结果显示:微晶硅背场的厚度对电池性能影响较小;而随着背场掺杂浓度的提高,短路电流和填充因子都逐渐提高,太阳电池效率随之增大;随着带隙的增大,短路电流和效率均是先增大,当带隙超过1.55ev时逐渐变小。当微晶硅背场的厚度为10nm,掺杂浓度为3×1018/cm3,带隙为1.55ev时,太阳电池的转化效率最高,达到21.8%。     

补气压力损失系数与一级压比对补气增焓空气源热泵性能影响

空气源热泵系统低温适用性问题一直是其在北方拓广应用的制约性因素,带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统是解决空气源热泵低温适用性的有效手段之一。本文建立了带有闪发器的补气增焓空气源热泵系统的热力学过程数学模型,通过数值模拟研究了一级压缩比和压力损失系数对补气增焓空气源热泵系统特性的影响。结果表明,随着一级压比的逐渐增大,冷凝压力降低趋势平缓,热泵的性能系数逐渐升高,而排气温度先降低后升高,因而存在最佳一级压比。综合压缩机的排气温度和热泵的性能系数,模拟工况补气增焓空气源热泵的最佳一级压比为1.6。补气压力损失系数越大意味着有用功的损失越小,随着补气压力损失系数增大热泵的制热量、耗功逐渐增大,性能系数逐渐升高而排气温度逐渐降低,因此设计时应补气压力损失系数越大越好。     

汽轮机高压反动级叶栅内流动损失的数值分析

采用FLUENT软件对某300MW汽轮机高压反动级叶栅的内部流动损失进行数值分析.结果表明,随着级进汽流量的减少,同一通流部分截面内的熵函数值呈逐渐上升趋势;叶栅压力横向梯度加剧,导致端壁二次涡区影响范围增大,损失逐渐增大;动叶尾部流场紊乱程度增大,湍流动能增大;压力系数沿流动方向逐渐增大,高损失区首先在前缘部分产生.     

煤样瓦斯渗流的数值分析

建立了多孔介质渗流模型,利用Fluent软件对不同压力下瓦斯流动过程进行了数值分析。研究表明,数值模拟结果在较低压力(P1.2MPa)下与实验数据吻合较好;瓦斯在煤样中的轴向速度均匀,流速随轴向压力的降低而逐渐增大。瓦斯在高、低渗透率煤样中流速的比例与其渗透率的比例接近。较低压力下,高、低渗透率煤样中瓦斯的质量流率之比基本不变。     

壁面滑移对两种聚合物熔体共挤出影响的数值研究

在壁面滑移的边界条件下,利用聚合物流体计算软件包POLYFLOW对两种熔体的二维等温共挤出进行了数值模拟.在两侧壁面滑移系数相同和两侧壁面滑移系数不同这两种情形下分别计算了共挤出流动的速度场、压力场、黏度场及剪切速率场,讨论了壁面滑移对共挤出流场、界面形状和挤出胀大的影响.模拟结果表明：当两侧壁面滑移情况相同时,滑移系数越大,界面偏移越大,熔体胀大率增大;当两侧壁面滑移情况不同时,滑移系数相差越大,界面偏移越大,滑移系数小的一侧熔体挤出胀大显著.     

CO_2-1,3-PDO-PTT三元体系相平衡的研究

溶质-超临界流体-聚合物三元体系相平衡的研究为超临界流体辅助聚合物脱挥技术提供了热力学基础数据,利用自行研制的一套超临界CO_2高压装置,采用静态法,研究了温度为313.15—353.15 K、压力为7—19 MPa条件下,二氧化碳(CO_2)/1,3-丙二醇(1,3-PDO)/聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)三元体系相平衡时超临界流体相中的组成。实验测得PTT模拟样品中1,3-PDO在SCCO_2中的溶解度,并计算得到了1,3-PDO在SCCO_2相与PTT相间的分配系数,同时分析了温度和压力对溶解度、分配系数的影响。在上述条件下,1,3-PDO的溶解度为0.262—3.597g/L,分配系数为0.020 5—0.076 2。研究结果显示:当温度一定时,溶解度随压力的增大呈现增大的趋势;溶解度随温度的变化会存在一转变压力(约18 MPa),在转变压两侧,溶解度会呈现相反的变化趋势;分配系数等温线随压力的增大呈现倒U型,即先增大后减小。     

外载荷作用下含腐蚀缺陷高钢级管道失效研究

为研究弯矩、轴力等外部载荷以及缺陷参数对含腐蚀缺陷高钢级管道失效压力的影响，采用非线性有限元方法，建立弯矩、轴力载荷与内压共同作用下管道有限元模型，分析了弯矩、轴力载荷大小、腐蚀缺陷参数以及管道径厚比等因素对管道失效压力的影响规律。结果表明：弯矩和轴力载荷均会降低管道失效压力，轴力载荷作用下失效压力的下降幅度更大。缺陷参数各影响因素对管道失效压力下降趋势影响从强到弱依次为缺陷深度、缺陷长度、缺陷宽度。失效压力随缺陷深度增大呈线性下降。缺陷长度系数大于6时，失效压力下降趋势逐渐减缓。随缺陷宽度增大，较大的轴力载荷能显著降低失效压力。管道的径厚比越大，管道失效压力越大。     

矩形螺旋通道气液两相流流动和传热特性数值研究

采用Eulerian模型对矩形截面螺旋通道内气液两相流进行数值模拟,研究了螺旋通道内不同轴向位置气液两相流动的速度分布、相分布和温度分布特性,并分析无量纲螺距对速度分布、温度分布、单位长度压降和换热系数的影响。对水动力模型数值结果与实验结果、传热模型数值结果与实验关联式进行对比,结果表明:在一定范围内,无量纲螺距的增加使得速度场、温度场变化梯度增大,同时壁面换热系数稍有增大;超过无量纲螺距临界值,速度场和温度场的变化梯度随无量纲螺距的增加而减小;随着无量纲螺距的增加,单位长度平均压降稍有增加,并且增加的幅度逐渐减小;无量纲螺距对相分布特性几乎无影响;随着入口截面含气率的增加,单位长度平均压降和换热效果提高。     

硫酸钡填充聚四氟乙烯复合材料的摩擦磨损性能研究

用M 2000型摩擦磨损试验机研究了干摩擦条件下硫酸钡、载荷、对磨时间对聚四氟乙烯复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明:在本实验采用的条件下,硫酸钡/PTFE复合材料的摩擦因数随着硫酸钡含量的增加而增大,抗磨损能力则有一个最佳含量;随着载荷的增加,材料的摩擦因数、磨损量和磨痕宽度也随之增大;磨损量随着对磨时间的延长,波动变小并趋于稳定。     

0°带束层钢丝帘布对全钢载重子午线轮胎耐久性能的影响研究

以315/80R22.5全钢载重子午线轮胎为例,研究0°带束层钢丝帘布的密度、宽度和强度对轮胎耐久性能的影响。结果表明：当0°带束层钢丝帘布的强度相同时,减小钢丝帘布密度、增大宽度有利于提高轮胎的耐久性能,并降低轮胎的成本;当0°带束层钢丝帘布宽度相同时,适当增大钢丝帘布的强度可以提高轮胎的耐久性能,但当钢丝帘布密度变大时,增大强度反而会影响轮胎的耐久性能,因此可以选择密度稍小的0°带束层钢丝帘布,既能保证轮胎的耐久性能,还可降低轮胎的成本。     

球土含量对环保型轻质材料性能的影响

本文以陶瓷抛光废料为主要原料,辅以球土、长石、石英等,制备一种以闭口气孔为主的新型轻质建筑材料.在此基础上,采用XRD、体式显微镜、导热仪等研究了球土含量对试样的体积密度、抗压强度、物相组成、导热系数等性能的影响.实验结果表明:随着球土含量的增多,材料中莫来石相开始形成并逐渐增多,抗压强度也逐渐增强;另一方面,随着球土添加量的增加,试样中孔径明显变小,体积密度增大,相应的导热系数随体积密度的增大而直线增大.