煤与瓦斯突出物理模拟相似准则建立与分析

相似准则是物理模拟的理论依据,是研发相似材料确定试验条件的基本前提。煤与瓦斯突出物理模拟相似准则是制约模拟试验发展的瓶颈。针对描述煤与瓦斯突出全过程的力学模型尚未建立的现状,尝试采用描述突出孕育阶段的气固耦合模型进行相似准则推导。基于气固耦合方程,采用相似变换法推导了相似准数。该组相似准数可保证煤岩变形破坏规律相似,却难以发生突出现象。提出了采用能量模型推导煤与瓦斯突出相似准则的思路。改进了前人的能量方程,经过相似变换导出了新的相似准数。该组相似准数可保证试验模型与原型能量集聚、转移和释放规律相似。结合两组相似准数,在保证能量模型相似的基础上,考虑煤岩变形破坏规律相似,确定了煤与瓦斯突出物理模拟相似准则。与前人的物理模拟试验结果进行对照,验证了相似准则的合理性。     

湿式除尘器中相似理论的研究

本文描述通风除尘器中气固两相流动的运动规律，导出了湿式除尘器分级效率的计算公式；确定了湿式除尘器中只要满足斯托克斯数Ｓｅｋ、颗粒雷诺数Ｒｅｓ、惯性碰撞参数Ｋｐ、液滴斯托克斯Ｓｔ等相似准则数，以及几何条件和单值条件相似，才能正确反映气流运动的实际情况，保证同类型湿式除尘器中具有相同的阻力和分级效率计算公式，并通过实验证实了其相似理论的正确性。     

基于Rayleigh法的开采沉陷相似准数研究

针对岩移参数的相似准数问题,基于π定理,以扩充因次M、Lx、Ly、Lz、T代替传统M-L-T因次,利用Rayleigh法推导开采沉陷的相似准数,建立了统一的预计参数与角量参数的走向、上山、下山方向的相似准数函数模型,为矿区岩移参数计算及相似实验分析提供了依据。     

水平管道两相流的相似问题

本文讨论了水平管道两相流的相似问题。根据两相流的能量方程、连续性方程及颗粒悬浮条件等关系,得出水平管道两相流的相似条件为 C_v~2/(C_gC_l)=1;C_λC_l/C_D=1;C_ζ=1; C_(γ_(T~γ))/γ_TC_mC_nC_w/C_v=1;(C_(γ_(T~γ)))/γ_TC_mC_(1-n)C_f=1; C_v/C_w=1;C_Q/(C_D~2C_v)=1. 根据这些条件,提出了管道两相流模型试验的计算原则,最后,以已有的实验资料对上述计算原则进行了校验。本文还根据悬浮附加损失及推移附加损失的相似条件,提出了两个新的相似准数:Fu及Tu。     

通风除尘中气固两相流动相似理论研究

本文描述了气固两相流动的运动规律,运用量纲分析π定理导出气固两相流动的相似准则数.针对通风除尘中气固两相流动特点,提出相似模型试验中只有满足斯托克斯数S_(tk),颗粒雷诺数Res相似准则和几何条件以及单值条件相似,才能正确地反映气流运动的实际情况,最后提出附加准则数A_d就能正确合理地选择模型试验中的诸参数.     

论机械搅拌式浮选机的相似准则

根据机械搅拌式浮选机的工作原理、结构特点和工艺要求,运用相似理论,制定了适用于选煤用浮选机模拟放大设计的几何相似、动力相似和运动相似准则,用于保持浮选机相似转换后,具有相似的搅拌强度、充气速率和颗拉悬浮条件,为浮选机的科学设计提供了理论依据。     

上覆岩层运动规律的相似模拟试验研究

根据相似理论,以义马煤业集团宜洛煤矿二1煤放顶煤开采条件为基础,应用相似材料模拟实验方法,通过走向开采模型实验,观测了煤层开采后上覆岩层运动的位移及冒落带、断裂带的高度,研究了上覆岩层运动的过程、变化及特点,得出了上覆岩层的运动规律,有利于指导工作面的安全生产.     

基于相似理论的厚松散层岩移参数规律

针对厚松散层岩移参数变化规律,利用相似理论推导研究开采沉陷规律的5个相似准数,建立了简化的岩移参数走向、上山、下山的相似准数函数模型。利用Origin软件的统计分析功能,对70多个观测站实测数据进行统计分析,揭示了预计参数与角量参数和相似准数间变化规律。     

通风模型试验的相似方法

<正> 矿井和工厂厂房通风以及除尘净化设备的风流流动过程(排烟排尘过程)和动力阻力特性常包括一些未知因素,往往难于用已有的方程加以解算。这时在模型上进行试验研究比在生产条件下进行试验研究具有很多的优越性,它可以节省人力、物力,试验条件容易控制,不受生产条件的影响,而且容易观测其物理过程,数据也较准确。本文拟就我室实验结果,着重介绍实验中的相似方法。     

“J”型通风系统采空区瓦斯运移与漏风规律的相似模拟

根据几何相似定律、运动相似定律以及动力相似定律,建立采空区相似模型。模型工作面采用"J"型通风方式,利用压力测定、示踪气体、瓦斯浓度取样测试等技术手段,研究"J"型通风系统下采空区瓦斯运移分布以及采空区漏风规律。     

深海扬矿系统的柔性多体系统动力学仿真

为研究深海扬矿系统动力学特征, 开展了扬矿系统柔性多体系统动力学仿真研究。基于柔性多体系统动力学理论, 提出了深海扬矿管道柔性多体建模方法。对经典的梁受迫振动问题进行了动力学仿真并与解析解进行了对比, 验证了方法的正确性。针对实验室模拟系统建立了深海扬矿系统柔性多体系统动力学模型并进行了动力学仿真研究, 结果表明管道形态、应力等仿真结果与实验结果符合较好。本研究可为深海扬矿系统动力学研究提供参考和依据。     

深海铰接式扬矿系统的动力学建模与试验验证

为研究铰接式扬矿系统的动态影响,分析了波浪液动力、流体阻力和流体附加质量对多段铰接式连接扬矿系统的影响,采用拉格朗日方程建立系统的运动数学模型,并对系统的运动响应进行数值模拟;计算结果和实验基本相符.当海浪周期较小时,中间舱在平衡位置作微幅运动,系统若处于这种海况时,有利于采矿作业.这一结果为我国采用铰接式连接扬矿系统进行1 000 m海上开采(试验)提供了理论依据.     

等直径提升系统的提升动力学研究

研究等直径提升系统的提升动力学，建立相应的物理模型和动力学设计的数学模型。采用该模型和设计理论。可比较精确地设计提升动力，确保矿井提升的安全可靠性。     

扬矿管在海水中的整体运动分析

在对扬矿管进行受力分析的基础上，运用有限元的方法将5000m扬矿管等分成20个两节点梁单元，将梁单元受力简化，推导出梁单元运动方程。将单元总装成整体结构，并将节点力加到具体节点上，得出整体结构运动方程，用ADINA得到扬矿管整体运动的动态响应解。分析扬矿管的整体运动过程，扬矿管的横向、纵向振动及变形与各因素的关系，其结果可作为扬矿管设计和操作控制的依据。同时提出减小扬矿管变形和振动的措施。     

采空区氧化-升温耦合模拟相似准则及传热相似性研究

氧化升温规律是衡量采空区内自燃的重要指标。使用相似材料在室温下进行采空区升温规律相似实验是制约采空区温度场实验发展的瓶颈。根据采空区氧化升温耦合数学模型,导出了保证温度场相似比为1的相似准则,研制出了一种与煤氧化机理相似度极高的自热型相似材料,并通过DSC-TG联用实验和程序升温实验,对相似材料的放热特性、耗氧特性、活化能的变化及其与煤的传热相似性进行了实验研究。研究表明:相似材料与煤的氧化机理相似,且在室温下就开始放出大量的热,放热量可以达到煤的4.5倍,耗氧速率是煤的120倍,添加自热材料使得煤的活化能降低了20~30 k J/mol。相似材料在动态采空区实验中的应用结果表明,采空区升温规律实验值与模拟值及实测值基本吻合,可以从氧化升温耦合的角度对采空区升温规律进行模拟研究。     

矿井防尘供水管网相似试验模型构建与测点优化

依据水力相似理论,提出了构建与矿井防尘供水管网等效的相似试验模型的理论方法,基于流体力学基本方程和量纲分析法,结合重力相似准则和压力相似准则,推导出矿井防尘供水管网与其相似模型主要物理指标之间的关系,运用EPANET水力模拟软件求解最大防尘用水量下管网原型与模型水力工况并进行误差分析。结果表明,管网原型与变态相似模型对应管段的流量、流速和压差相似比尺的平均相对误差分别为0.20%、0.46%和-4.20%,验证了相似试验模型构建的合理性和可行性。同时,为进一步实现对相似物理模型水力工况的有效监测,基于信息理论和相关系数构建测点优化数学模型,并结合日防尘用水需求的动态水力模拟,对压力监测点进行优化布置。     

管内盐水流动状态对单管冻结温度场影响规律分析

为获得冻结工程中冻结管内盐水流动状态对温度场的影响规律,分析了冻结管内盐水流动特点与流动状态;基于相似理论,导出了考虑管内盐水流动时单管冻结温度场无量纲数学模型及相应的准则表达式,将众多影响因素简化为5个无量纲准则,大大降低了研究的难度;利用综合数值计算与模拟试验,研究并获得了无量纲盐水温度Ty、雷诺准则Re、傅里叶准则Fo、普朗特准则Pr和格拉晓夫准则Gr对温度场的影响规律,分析获得了冻结壁形成厚度b和冻结管热流密度q与以上5个准则的对应关系;得出管内盐水的流动状态变化对冻结壁的厚度b及热流密度q的影响范围可达30%以上。根据不同冻结阶段温度场的发展特点,提出冻结工程中雷诺准则数Re的推荐值。     

深海采矿扬矿管的运动对流动参数影响的研究

结合深海开采扬矿应用条件建立了模拟扬矿管升沉、摆动和倾斜的提升试验系统, 进行了较大摆幅和较宽频率范围的试验, 获得了比较全面的试验数据, 建立了计算模型。研究所确定的提升管升沉、摆动和倾斜对管内流动参数的影响规律已应用于5 000 m深海采矿系统中试技术设计和1 000 m水深海试采矿系统设计及其扬矿设备的研制。     

深海采矿扬矿管非线性变形分析

深海采矿系统扬矿管道不仅承担了运输矿石的功能,而且承受了整个系统大部分的重力,并且还受到海水绕流阻力、管道内外的压力、以及波浪引起的动载荷的综合作用,其变形及应力情况都很复杂,给系统的正常工作带来隐患。综合运用力学知识,运用有限元的思想,将整个管道离散化,使用迭代法编程求解出了每一部分的变形,并绘制出多种情况下的变形曲线。通过对扬矿管的非线性变形分析,得出了采矿船相对洋流的速度将是影响扬矿管变形的决定性因素的结论,对扬矿管的设计及强度校核具有较高的参考价值。