薄煤层综采工作面围岩运动与矿压显现规律研究

采煤工作面顶板岩石经过长期的沉积构造作用,岩石自身出现了多种多样的裂隙,煤炭采出后采空区由于矿山压力的显现作用,部分覆岩渐渐地发生变形、离层直至冒落.由于顶板冒落形成的空气冲击灾害与围岩运动及矿压显现规律有关,因此掌握二者规律是矿井安全、高效生产的关键因素之一.本文以某矿8214薄煤层工作面为研究背景,利用离散元软件UDEC对工作面采空区的初次来压步距、周期来压步距、裂隙发育情况进行研究.模拟结果真实地反应了工作面围岩运动规律及矿压显现规律,为同类矿井了解顶板冒落问题提供了参考依据.     

复杂地形区域近地层风场的WRF模拟研究

风能资源评估是风能开发利用的关键环节之一,它是制定风能规划、风电场选址和风电功率预测的重要基础。本文采用WRF中尺度大气模式对湖南省湘西自治州某风电场区域进行高分辨率数值模拟,模拟时间为2011年5月19日8∶00—5月24日8∶00,采用4层嵌套结构,最内层水平分辨率为1 km×1 km,并将模拟结果中的小时平均风速(10 m、50 m、70 m)、温度和压强与实测数据进行对比分析。研究结果表明,应用WRF模式对复杂地形区域进行值模拟,不但可以对风速、温度和压强进行较好地模拟,还能刻画出复杂地形局地风场特性。为风能资源评估提供了一种可行的评估手段。     

无压隧洞水力过渡过程数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到.结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,计算得出了无压隧洞内的水位变化过程.     

煤矸石淋溶液地下迁移规律的模拟研究

煤矸石淋溶液的地下迁移严重影响了地下水水质,对人类的生命构成了威胁.本文研究了煤矸石在降水淋溶和地下水迁移条件下,污染物在地下土层和岩层内的迁移规律.通过对阜新新邱南露天矿矸石山淋溶液中主要污染物离子(Ca~(2+)和Mg~(2+))迁移规律的数值模拟,得到特征截面的污染物浓度变化曲线和地下水迁移的水头压力曲线,其结果对水污染治理有一定的指导意义.     

引水发电系统无压隧洞中弃水堰位置的数值模拟研究

水电站引水发电系统无压隧洞中的水力过渡过程是近年来电站设计中出现的一个新课题,特别是流域梯级电站开发中经常遇到。结合工程实例应用扩散法,给出了无压隧洞水力过渡过程数值模拟的基本方程以及上下游及弃水堰等边界附加方程,模拟了弃水堰布置在不同位置下,无压隧洞内的水位变化过程。研究成果和讨论对实际工程应用具有参考意义。     

洞室群施工通风规律及粉尘浓度分布规律研究

为掌握抽水蓄能电站地下洞室群施工通风规律及粉尘浓度分布规律,以河北丰宁抽水蓄能电站为例,针对水电站地下厂房的四个主要洞室,采用计算流体力学方法(CFD),建立了水电站地下洞室群的通风风流组织和粉尘浓度分布模型,对不同通风回路状态下的地下洞室群的气流运行情况及粉尘分布情况进行了数值模拟,总结出地下洞室群在不同贯通回路下的风流运行规律,并应用烟尘净化装置解决了复杂地下洞室群的排烟问题。     

先导活塞式泄压阀的运动规律

先导活塞式泄压阀是一种新型的防水击危害的安全阀,但理论研究尚不成熟。本文系统地考虑了影响先导活塞式泄压阀运动的各方面因素,包括水压力、运动部件的重力、弹簧力、活塞环摩阻力和渗漏等,基于结构运动力学和水力学原理,得到了主阀启闭速度与液压传动系统流量的函数关系,建立了描述主阀启闭速度与时间关系的运动方程。然后,通过对主阀关闭运动方程的解析,修正了现有活塞渗漏流量的计算公式,提出了合理选择活塞直径与主阀瓣直径以减小水压变化对关闭过程影响的方法,进而解析得出主阀关闭速度、行程、关闭时间的计算公式。最后,通过数值实例检验了解析式的准确性,并计算分析了一些关键参数对泄压阀开启和关闭的影响。本文主阀运动规律也适用于活塞式压力波动预止阀。     

破舱油船水下油品泄漏过程的舱压效应研究

该文采用VOF模型和标准k-?湍流模型来实现负压条件下破舱油船水下油品泄漏,并用缩尺模型试验进行验证。通过对油品泄漏入海量及泄漏速度等泄漏特征参数的分析,获得舱压在泄漏动力中的作用及舱压在油品泄漏过程不同阶段的作用机理。研究表明:舱压在油品泄漏动力中的作用主要表现在受阻泄漏阶段,而自由泄漏阶段中油品重力的动力作用明显;舱压对油品的泄漏入海量影响较大,对压载舱内进水量及油品积累量影响小;在受阻泄漏阶段,舱压越小,油品泄漏入海率及压载舱内油品积累率越小,而进水率越大。     

云南某水电站地应力场反演及其分布规律研究

云南某水电站拟建坝高261.5 m,装机容量5850 MW,采用左岸地下发电系统,由主厂房、主变室、尾水调压室以及尾水洞等构成。在岩体结构模型概化的基础上,采用三维有限元数值分析方法,反演及总结了地应力场的分布特征和变化规律,为洞室群稳定性评价和工程设计施工提供了基础资料和理论依据。     

无压输水隧洞数值模拟研究

隧洞在水利工程中被广泛应用,本文以黄泥滩灌区供水工程引水隧洞为例,采用计算流体动力学软件FLUENT对无压隧洞进行二维数值模拟研究,选择VOF方法来模拟自由水面,与RNGK-ε模型耦合建立无压隧洞洞内的水气二相流数学模型。通过计算得出了同一流量、不同库水位、不同闸门开度的流速场及水面线,并模拟出了隧洞内闸室及消力池之间的最大流速及流态,对其进行了分析,可为水工设计提供技术支撑。     

掺气分流墩墩头脉动壁压及其模型律试验研究

本文研究了中、低弗氏数掺气分流墩墩头脉动壁压及其模型律，得到时均和脉动壁压和分布规律、脉动壁压概念分布，自功率谱密度、自相关系数及墩头初生空化数，研究结果表明，墩头脉动壁压幅值模型律为重力律，优势频率模型律则为ｆλ≈１。     

重叠布置泄水建筑物坝面隔墙 脉动压力特性研究

采用数值模拟的方法,利用大涡模型对重叠布置泄水建筑物泄流工况进行模拟计算,试验数据验证结果表明数值模拟方法合理可行。根据实测数据和计算结果,对坝面隔墙处脉动压力特性进行分析研究。通过对流场分布、频谱分析以及脉动压力强度系数等研究,分析得出脉动压力的脉动源以及脉动压力在隔墙上的分布规律。     

多重水力割缝下煤层气储层卸压数值模拟

针对平顶山某煤矿深部煤层具有高地应力等特征,煤层气开采难度越来越大,煤层气储层卸压更是亟待解决,因此对水力割缝技术应用于深部本煤层卸压进行了数值模拟研究。计算了水力割缝最大切割深度,建立了水力割缝卸压三维应力场有限元模型,得到水力割缝后应力降大小及其影响范围。并对两水力割缝横向距离(5,6,7,8 m)进行数值模拟分析,得出割缝横向距离6 m应力降大小及其影响范围效果最好。进一步对平行与交错排列的多重水利割缝卸压情况进行数值模拟分析,得出了交错排列下多重水力割缝卸压效果较好,对实际深部煤矿下多重水力割缝布置的优化措施提供理论指导。     

劈裂注浆扩散半径及压力衰减分析

本文假设浆液在裂缝中的流动符合达西定律，劈裂注浆在土体中形成的裂缝宽度为均匀裂缝宽度，推导出劈裂注浆的注浆压力沿裂缝长度的衰减规律以及裂缝在土体中的扩散规律，并用数值分析的结果证明了这些规律的可靠性。随后分析了多孔注浆时的相互影响，得出最优注浆孔数量及其布置方式，同时推导出多孔同时注浆时各个主流线上注浆压力的大小以及此时的浆液扩散半径。     

混流式水轮机压力脉动特性研究

为探究不同长短叶片比例对混流式水轮机压力脉动特性的影响,基于流场数值模拟的计算方法,对不同长短叶片比例的混流式水轮机进行全流道三维非定常湍流计算。计算结果表明,混流式水轮机内部的压力脉动主要由转轮和导叶的动静干扰以及尾水管的低频压力脉动所致;当短叶片出口离转轮旋转轴最近点处与长叶片直径之比为0.6时,混流式水轮机效率最高,为92.66%,且该混流式水轮机各过流部件对应的压力脉动幅值以及振动幅值也最小,水力稳定性最好。对研究背景、计算方法与步骤,以及计算结果的分析等情况均作了较为详细的介绍。     

复杂断层矿区地下水三维数值模拟

为了提高复杂断层矿区地下水数值模拟结果的准确度,以内蒙古某矿区错综分布的10条倾斜断层为研究对象,采用FEFLOW软件将倾斜断层简化处理为垂直透水断层,建立复杂断层矿区地下水三维数值模型,并预测了矿区开采30年后对上覆各含水层的破坏程度。结果表明:二叠系山西组砂岩裂隙含水层受开采直接影响,最大降深约150.23 m;上覆二叠系石盒子组砂岩裂隙含水层和新近系砂砾石含水层无稳定隔水层,水位差的加剧导致越流量增加,最大降深约23 m;第四系松散孔隙含水层由于下部完整且较厚的黏土层,基本上不受影响。对断层的有效概化有助于提高数值模型的仿真性和结果的精准度。     

复杂岩溶地区引水隧洞衬砌外水压力研究

衬砌外水压力的合理计算是岩溶地区引水隧洞设计关注的重点,对结构设计参数选取及运行安全影响重大。针对滇中引水工程大理Ⅱ段引水隧洞,采用ABAQUS数值模拟的方法对不同衬砌及注浆圈参数下隧洞衬砌外水压力及渗流场变化规律进行研究分析,以确定合适的设计参数。研究结果表明:衬砌全封堵时外水压力基本可认为等效于该点处的静水压力,一般不能考虑水头折减;增大衬砌渗透系数是降低衬砌外水压力极为有效的措施,但同时对渗流场产生较大影响;减小注浆圈渗透系数或增大其厚度在降低衬砌外水压力的同时可有效减小渗流场扰动,极大缓解排水减压和环境保护之间的矛盾。通过分析不同因素对衬砌外水压力的影响,所得结果可为复杂岩溶地区隧洞工程防排水系统设计提供参考。     

水力插板透水丁坝水流结构随透水率的变化规律研究

为了研究水力插板透水丁坝水流结构随透水率变化的规律,采用ANSYS FLUENT 15. 0,基于RNG k-ε湍流模型,对不同透水率下透水丁坝周围的流场进行三维数值模拟。结果表明,透水丁坝坝体前后压差随透水率的增大逐渐减小,上游坝根处压强最大,坝头下游侧附近压强最小,坝根和坝头部位易发生水毁。回流强度随着透水率的增大逐渐减弱。当透水率达到40%时,回流基本消失,坝后为一个缓流区。不同透水率下水槽同一横断面处流速分布规律相似。随着离丁坝侧河岸距离的增加可划分为流速缓慢增大区、流速迅速增大区和流速稳定区。随着透水率的增大,主流区流速逐渐减小,坝后作用区流速逐渐增大。研究成果能够为透水率这一重要工程设计参数的合理选取提供参考,实际应用中推荐透水率为30%。     

用人工降雨和数值模拟方法研究降雨入渗规律

进行四种雨强处理的人工降雨土壤入渗田间试验，并对入渗过程进行数值模拟，提出初始土壤含水率分布均匀时降雨～入渗～径流过程的简便计算方法.