油页岩原位裂解用注热管柱数值传热模拟与试验研究

油页岩作为一种非常规油气资源,有望成为石油的替代品。油页岩原位裂解技术对环境污染小,生成的油页岩油油品好,具有良好的开发前景。裂解温度是油页岩原位裂解的关键因素,因此降低注热管路的热量损失十分重要。本文采用数值模拟和试验研究的方式研究注热管柱的传热特性。通过传热学计算分析,保温注热管柱设计为外径32mm的钢管,外层缠绕共计24mm的纳米保温材料。数值分析表明氮气流量越大,注热管柱出口温度达到稳定的时间越短,稳定温度也越高;当管柱氮气入口温度为500℃时,管柱出口温度在一定注气时间后均可达到400℃以上。在农安油页岩原位裂解先导试验工程中对注热管柱进行野外试验,管柱达到注热保温效果,井底温度达到设计温度,最终成功获得油页岩油。     

油页岩原位开采井距影响数值模拟研究

近年来,随着我国能源消费水平的提高,油气资源进口量逐年上升,寻找替代能源逐渐受到世界各国关注。油页岩是一种重要的石油替代能源,其储量巨大,分布广泛,开采前景广阔。地下原位转化开采油页岩具有低污染、占地面积小的优点。本文采用CMG-STARS数值模拟软件建立油页岩地下原位开采模型,通过原位注入热蒸汽法模拟了油页岩地下原位转化过程中的产油动态,并分析不同井距对开采的影响。结果表明,井距对油页岩开采有重要影响,井距越大,油页岩长期开采效果越好,但短期开采效果越差。最后对井距进行敏感性分析,结果表明井距40 m左右时产油效果最好。     

除尘风机用折流板除雾器的数值模拟及应用

针对目前对折流板除雾器的风流场和雾滴颗粒场描述规律不清晰,采用SST k-ω湍流模型并运用气液两相流理论,建立相关数学模型,对折流板除雾器三维空间风流-雾滴运移规律进行了数值模拟,模拟结果表明,除雾器的除雾效果明显,除雾率高达94.36%。结合现有湿式除尘风机出风口逃逸粉尘以雾滴包裹形式存在的特点,提出将折流板除雾器安装在湿式除尘风机上,用以除雾降尘,并进行了现场应用,结果表明,安装折流板除雾器的湿式除尘风机的全尘和呼尘平均除尘率由未安装时的84.3%和80.4%提高到96.6%和91.3%。由此表明折流板除雾器应用于湿式除尘风机的除尘效果良好,具有较好的推广前景。     

断层滞后型突水渗-流转化机制及数值模拟研究

在系统研究王楼煤矿13301采煤工作面断层滞后突水特征的基础上,对断层滞后突水渗-流转化机制进行了深入分析,提出了开采扰动-渗透弱化双阶段理论模型,并进一步将断层渗透弱化阶段分解为非饱和渗流阶段、低速稳定饱渗流阶段以及快速饱和渗流阶段3个阶段;基于突水过程的流态变化的普遍特征,分别通过理查德方程、达西定律以及布里克曼方程建立了各阶段的数学物理模型;建立了煤层工作面回采有限元模型,实现了对断层组内部地下水由非饱和到饱和、由低速流动到快速流动、断层组渗透性由弱到强的过程的完整描述,其涌水量计算结果与实际基本吻合。     

井下空压机硐室降温数值模拟及应用研究

随着开采深度的增加,越来越多大型设备安装在井下,导致井下机电设备硐室的高温热害尤为严重。针对某铁矿井下空压机硐室的实际情况,建立模型,应用FLUENT对其温度场、流场进行数值模拟,研究不同入口风速、温度等条件下硐室内温度场的变化规律。提出利用风障调节硐室流场、增加入口风速及降低入口温度等综合措施进行降温,使硐室出口温度降至29.7℃,满足规程要求,高温热害得到明显改善。     

地下采场稳定性数值模拟研究及结构参数优化

采场回采顺序及结构参数对提高采场回采安全性,降低回采损失、贫化率,提高回采效率有重要意义。利用FLAC3D数值分析软件,对不同结构参数采场稳定性进行数值模拟分析。通过对矿柱及围岩的应力、应变及破坏特征进行分析,得出不同采场结构参数条件下采场的应力、应变及破坏特征变化规律,最终确定合理的回采顺序及采场结构参数,提高采场回采安全性及回采效率。     

巷道围岩蠕变特性及支护效果数值模拟研究

在地下工程尤其是高地应力分布区围岩稳定性分析中,必须考虑岩石的流变特性.为了更好的控制巷道围岩变形,本文从蠕变的角度,对高地应力下巷道围岩进行分析研究,利用FLAC3D数值模拟软件进行模拟分析,提出不同的支护方案,并提出对工程实践有指导意义的支护建议.     

尾矿坝溃坝泥沙运动特性及三维数值模拟研究

分析尾矿库溃坝泥沙运动特性对溃坝后安全治理措施有重要意义。分析了尾矿坝泥沙体积浓度的不同对于溃决尾矿泥沙在流动过程中的速度场的影响。运用CFD软件建立尾矿坝溃坝的三维几何模拟模型,借助Fluent3D中VOF计算模型模拟尾矿砂、水多相流的流动规律及流动状态,模拟的溃坝流动特性与试验结果相一致,研究结果为尾矿坝的设计与安全监测提供理论依据。     

粉煤灰挤塑泡沫复合保温砌块传热性能的数值模拟及优化研究

采用数值计算的方法对粉煤灰挤塑泡沫复合保温砌块的1个砌筑单元进行模拟,得出砌块的稳态温度场、表面热流曲线等,计算出有效导热系数,与实验测试结果进行比较,得出模拟值与实验测试值相差仅为4.4%;根据砌块的表面热流曲线,分析出砌块连接部位的热桥是影响保温的重要因素;最后,提出提高砌块的保温性能的具体方案。对以后此类材料的研究或生产,提供了一定的理论依据和新的思路。     

气泡发生器喷嘴的改进及两相流数值模拟研究

为了提高浮选效果,对气泡发生器的喷嘴进行了改进,加入了螺旋叶片并利用VOF多相流模型进行了数值模拟计算,得到了速度、压力和湍动能等流场分布规律图,结果表明,有螺旋叶片喷嘴的气泡发生器具有更好的性能,大大提高了矿浆中的气泡矿化效果。     

矿井火灾和冲击波传播特性数值模拟及实验研究

针对矿井瓦斯爆燃后火灾和冲击波传播规律的复杂性以及给安全生产带来的重大灾害,采用数值模拟和实验研究相结合的方法,分别对矿井火灾和冲击波的传播规律进行较为详细地研究。首先利用流体力学计算程序得到不同工况下火焰流场中温度和速度参数;而后利用激波管及压力测试系统对不同工况下冲击波压力和速度进行了实验研究。     

尾矿坝溃坝泥砂运动特性及三维数值模拟研究

分析尾矿库溃坝泥砂运动特性对溃坝后安全治理措施有重要意义。本文分析了尾矿坝泥砂体积浓度的不同对于溃决尾矿泥砂在流动过程中的速度场的影响。运用CFD软件建立尾矿坝溃坝的三维几何模拟模型,借助Fluent_3D中VOF计算模型模拟尾矿砂、水多相流的流动规律及流动状态,模拟的溃坝流动特性与实验结果相一致,研究结果为尾矿坝的设计与安全监测提供理论依据。     

顺层钻孔瓦斯抽采流固耦合模型及数值模拟应用研究

基于构建的顺层钻孔瓦斯抽采流固耦合模型,利用COMSOL模拟软件,结合某矿3901工作面的实际情况,开展本煤层顺层钻孔不同瓦斯抽采时间、钻孔间距的数值模拟研究。结果表明,有效抽采半径随着抽采时间的增加先快速增加后逐渐变缓,有效抽采半径与抽采时间呈对数函数关系,当抽采时间超过180 d时,抽采时间对有效抽采半径的影响较小,考虑采掘接续确定该工作面合理的抽采时间为180 d;抽采钻孔间距对煤层瓦斯压力的下降和抽采效果影响显著,布孔间距越小钻孔之间瓦斯压力下降幅度越明显,为了有效避免了“空白带”和抽采的无效叠加,结合3901工作面的实际情况,确定瓦斯抽采180 d后最合理的钻孔间距为6 m。     

水力压裂条件下煤层流固耦合模型的建立及数值模拟研究

为了客观评价煤层水力压裂效果,优化抽采钻孔布置方式,基于统计损伤力学原理修正了水力压裂后煤体有效应力值,建立了能够描述煤层在水力压裂过程中的流固耦合模型。以寺河矿3309工作面煤层的相关物性参数为基础,对建立的二维流固耦合模型进行相关数值模拟。研究结果表明：在同等条件下,随着水力压裂时间的延长,水力压裂影响范围逐渐扩大,煤层渗透率亦呈现同等变化;随着压裂时间的增加,煤层孔隙率逐渐增大,最后会接近一个定值,在此条件下,增大注水压力对煤层增透效果影响不大;与原始煤层相比,水力压裂后的煤层瓦斯抽采有效半径大幅度增大,增透效果较好。研究结果可为现场水力压裂技术应用提供理论支撑。     

FLAC3D数值模拟露天转地下边坡及采场稳定性研究

以云南晋宁周边典型的缓倾斜薄至中厚磷矿床为研究对象,基于Auto CAD-ANSYS-FLAC^3D等软件进行耦合建模,分别建立200 m和300 m不同开采深度的单一地下开采模型和在露天终了边坡为45°倾角时露天转地下开采模型,并展开了数值模拟试验。研究表明:当边坡高度为200 m时,整个露天转地下开采过程中边坡岩体及采场覆岩整体稳定;边坡高度为300 m时,边坡侧塑性区出现贯通,边坡岩体将发生弯曲下沉破坏。综合经济和安全性考虑,建议控制露天边坡高度在200 m以内。相关研究结果可对磷矿山地下开采工程提供一定的技术参考价值。     

液压与气动系统内流体数值预测的研究(之二)——管路内非恒定流动态特性和紊流的数值解法及应用实例

本文根据上期登载的“液压与气动系统内流体数值预测的研究(之一)”,对液压伺服系统弯曲管路、异径管路和复杂管路内的脉动流和液压系统直管路内的过渡流以及渐扩管内的紊流所提出的各种数学模型或仿真模型,分别建立了一系列数值解法,编制了相应的仿真程序,介绍了用数字计算机进行了数值预测计算。通过应用实例,将计算结果与实验结果进行比较,验证了所用的各种处理方法的有效性,给出了各数值解法和仿真程序的预测性能。