采场自然发火模拟计算的数学模型及其解法

当采空区内有自然发火时，将产生大量有害气体，使得采场气体成分发生变化，本文根据采空区内有害气体的运移规律，研究采场气体压力、一氧化碳等火灾气体浓度分布，预测采空区自然发火位置。本模拟研究将采场（包括工作面和采空区）作为一个系统，利用弥散动力学和渗流理论，建立采场气体运移的数学模型，采用有限元方法在电子计算机上进行解算，并可对计算结果进行处理和分析。同实测数据或直接物理实验相比，不仅容易实现，而且能提供比物理实验更详细的实验数据。     

用三维渗流分析采场气体流动状态

本文用三维渗流理论分析采场气体流动状态,用有限单元法对状态方程进行解算,结合实例对有关问题进行论述.     

钻孔瓦斯涌出的有限差分模型及数值模拟

为研究抽放钻孔中的瓦斯涌出规律,通过分析煤层瓦斯流动的机理和过程,利用达西定律和连续性方程,建立煤层瓦斯非稳定流动模型;利用有限差分法离散解算区域,建立抽放钻孔瓦斯涌出的有限差分方程组;利用Visual Basic语言编制解算软件,对钻孔瓦斯涌出的过程进行数值模拟.研究结果表明:模拟结果与实测数据的变化趋势基本吻合;所建立的瓦斯流动方程符合实际钻孔瓦斯渗流规律.该研究成果为矿井瓦斯抽采提供理论依据.     

天然气水合物非成岩出砂储层砂流数值模拟

天然气水合物(可燃冰)作为新兴洁净能源,受到全世界的重视,由中国地质调查局组织实施的中国海域天然气水合物第二轮试采取得成功,并超额完成目标任务.当前,中外天然气水合物模拟器开发和相关研究虽然有通过力学耦合描述"砂"的行为,但大部分都没有涉及"砂"的流动过程.针对天然气水合物分解后,储层多孔介质中"砂"流动过程的数值模拟,通过通用储层渗流模拟器GPSFLOW,实现水、气(甲烷)、砂三相三组分模拟,把砂当做一种非牛顿流体,即为一组分也是一个相态,按宾汉流体进行模拟,初步探讨砂流过程模拟的理论方法和模型实现方案,并通过理想模型进行验证.结果表明:相较于其他出砂数值模拟研究方法,提出的砂流模拟方法简单高效,能够有效地模拟砂流过程,后续通过耦合水合物开采渗流模型,有望实现对水合物开采过程中砂流的准确模拟.     

用于Poiseuille等微槽道流的Boltzmann模型方程算法研究

基于MEMS微尺度流动特点, 将气体运动论统一算法推广应用于Poiseuille等微槽道流动计算研究, 发展可用于微流动问题的气体运动论边界条件数学模型及数值处理方法, 以不同Knudsen数的Couette剪切流、热对流以及Poiseuille等短微槽道流为研究对象进行初步计算验证, 通过将本文计算结果分别与基于微观分子颗粒输运的类DSMC模拟值、基于宏观流体力学的滑移N-S解、基于气体分子动力论的BGK-Burnett数值解及线化Boltzmann近似分析解 等的比较分析, 显示出发展的连接宏观流体力学与微观分子动力学的介观Boltzmann简化速度分布函数方程数值算法能很好地揭示近连续滑移、过渡流区气体流动现象和微弱流动变化细节, 并能较好地适应于微槽道流动问题计算研究, 可望发展起新型的模拟MEMS微槽道流动和传热问题气体运动论数值计算方法.     

玻璃锡槽中保护性气体温度场和流场分析

在实验研究的基础上，对玻璃锡槽中保护性气体流场和温度场做数值模拟，进行定量分析和研究．应用K-ε方程模型对锡槽上部空间气体的速度场和温度场进行湍流模拟计算．通过计算得到，速度场呈现三维流动特征，在z和y方向存在环形流动，同时以沿x方向的流动为主；随着x的增加，不断有新的气体流入，在锡槽后部．气体沿x方向流动；锡槽内气体的温度随x的增加而降低．在z方向随z增大气体温度增加；水包对附近气体有冷却作用，但对于整个锡槽的冷却作用并不明显．     

循环流化床脱硫器文丘里式入口对流动特性的影响

以循环流化床脱硫反应器为研究对象，所建的实验装置采用了工业上最新应用技术——文丘里管气体分布器，对文丘里扩散段和提升管内的速度场进行了测量，用速度分布不均匀度的概念详细讨论分析了气体轴向速度沿径向位置的分布和轴向发展规律，并与数值模拟解进行了对比．研究结果表明，装置的侧向进口结构和回料管的存在严重影响提升管底部气体速度分布的均匀性，提升管底部产生了不良的气体流动行为，在回料管一侧，甚至出现了旋涡，提升管段的稳定流动区域远离提升管的进口端．     

泥质冲积河流及河口泥沙问题的一种数学模型解

一、引言数学模型方法和其他研究方法一样,都是以现场实际资料为基础的,一些物理过程比较清楚的现象,都能进行模拟,并可通过电子计算机进行数值解算。由于数学模型方法在一些方面具备独特的许多优点,因此配合物理模型,在解决工程泥沙问题中,它已成为一种新兴的方法。     

办同神经网络求解流动推销员问题方法——确保单回路的神经网络方法

神经网络方法求解流动推销员问题（Travel Salesman Problem，简称TSP问题）时，往往产生不满足TSP的单回路约束的不可行解。基于协同神经网络的方法解决TSP，并设计了一个回路合并算法，确保得到满足TSP的单回路约束的解。通过算例进行数值模拟，并且比较了新算法、标准遗传算法和标准模拟退火算法的求解结果。实验结果表明，说明该方法在求解TSP问题上是行之有效的。     

下沟矿瓦斯抽采系统仿真模拟及优化分析

针对煤矿瓦斯抽采系统现场中经常遇到的钻孔抽采负压低、抽采流量小、管路漏气等问题,应用图论理论和流体力学理论,结合下沟矿实例建立瓦斯抽采解算数学物理模型,使用Cross算法数值模拟出瓦斯抽采参数.通过瓦斯抽放工现场实测参数与模拟参数对照,推断现场瓦斯抽采系统问题源位置,为进一步的抽采系统优化提供依据.研究结果表明:钻场平均抽采量0.059 4 m~3/s,上隅角平均抽采量0.215 8 m~3/s,26~#~30~#钻场阻力较大,实测与模拟结果基本吻合,仿真结果可靠.     

等离子体制备合成气的数学模型

等离子体制备合成气是一项新技术,本项目对煤气化过程用数学模型描述两相化学反应流,通过数学模型可对两相流方程进行数值计算.文中提供的Gear方法FORTRAN程序是针对化学动力学方程中Stiff问题的数值计算程序,为下一步大量数值计算打下基础.     

循环冷却水处理自动监控

针对循环冷却水系统稳定运行控制难的问题,提出了利用两点法和三点法建立水处理在线排污量的控制方法,并建立了相应的模型。通过实验室模拟,验证了模型的可行性,提出了利用两点差分法来计算系统排污量,用此方法可以实现循环冷却水系统低成本、自动控制、稳定运行的目的。     

强旋湍流气相燃烧数值模拟

对液排渣立式旋风炉前置室的流场进行了数值模拟，建立了前置室内三维气相燃烧流场的数学模型，计算采用ＳＩＭＰＬＥ算法，其中湍流计算采用有旋流修正的ｋ－ε模型，气相燃烧采用ＥＢＵ－Ａｒｒｈｅｎｉｕｓ模型。计算结果证明，该模型在求解强旋湍流有回流的气相燃烧注场是可行的。     

苏里格气田节流气井积液规律分析

苏里格气田广泛使用了井下节流工艺,该工艺对气井生产后期的井筒积液产生很大影响。为了弄清井下节流器对气井积液规律的影响,本文采用物理模拟实验方法研究了节流器上端和节流器下端的积液先后顺序,利用苏里格气田实际气井生产动态数据,分析了节流器打捞后的积液动态变化规律,结合井筒压降数学模型和临界携液流量数学模型,提出了苏里格气田节流气井积液的四个过程,采用数值模拟软件和井筒压力计算软件相结合的方法,计算了气井节流器的最优打捞时机,为苏里格气田节流气井生产制度的合理制定提拱了依据。     

双级旋风分离器特性的计算机预报

利用计算流体力学ＣＦＸ４．２ 软件对双级旋风分离器的气固两相流进行了三维数值模拟,采用贴体坐标系统描述复杂的几何边界和基于交错网格的网格系统;对于气相流场,采用雷诺应力模型计算旋转流动,在拉格朗日坐标中计算粒子运动．为优化求解,采用多块结构适体网格,利用ＳＩＭＰＬＥ 算法解离散方程;此外,给出了双级旋风分离器内不同截面的速度分布和５ 种不同尺寸共６０ 个粒子轨迹．研究结果表明,双级旋风分离器比常规的旋风分离器分离效果要好．     

大流量安全阀优化设计

本文针对采煤工作面动载荷造成的液压支架破坏问题进行了液压支架用大流量安全阀的优化设计。建立了带有气体弹簧压紧的锥阀差动结构大流量安全阀动态支配方程和优化数学模型,采用复合型寻优方法并用BASIC语言编写了液压支架用安全阀设计的通用优化程序,用该程序进行了10000L/min大流量安全阀的参数优化计算,最后用模拟试验对理论分析进行了验证,     

集中供热空调管网水力工况计算机模拟软件的开发与应用

运用图论理论与管网内水流流动的流量平衡定律、回路压力平衡定律和阻力定律建立了集中供热空调管网水力工况电算的数学模型，给出了使用斯考德一恒斯雷试算迭代法求解管网中各管段流量的算法原理，说明了在解算过程中如何进行独立回路的选择、水泵性能曲线的拟合、热压值的计算和管道阻力特征数的计算等问题．使用目前流行的Visual Basic6．0语言为开发工具，在Windows XP平台下开发了界面友好、操作简单实用、功能强大的集中供热空调管网水力工况计算机模拟分析软件，推广应用前景良好．     

考虑滑脱效应的低渗透气藏试井分析方法

本文在考虑低渗透气藏气体渗流的滑脱效应下,建立了低渗透气藏气体渗流数学模型。找到了一种可以使该数学模型及其定解条件线性化的拟压力函数和拟时间函数。使用这种新的拟压力函数和拟时间函数时,低渗透气藏的渗流数学模型变成具有常规油藏渗流数学模型一样的形式,因此,当采用本文定义的拟压力函数和拟时间函数时,可以借助于成熟的油井试井理论来解释低渗透气藏气井试井数据。文中还探讨了由低渗透气藏气井试井数据计算相应的拟压力函数位和拟时间函数值的方法,探讨了滑脱系数对计算拟压力函数值拟时间函数值的影响等。通过矿场实例分析表明,本文方法效果较好,这为解释低渗透气井试井数据找到了一种行之有效的方法。     

煤层钻孔瓦斯流量的数值模拟

煤层瓦斯流动是一个复杂的非线性物理过程,为定量模拟钻孔瓦斯流量,在分析煤层瓦斯流动基本特征的基础上,把吸附瓦斯的解吸视为游离瓦斯渗流的连续分布源,建立了煤层瓦斯流动的数学模型。通过数学变换,确定了煤层瓦斯流动数学模型的基本方程和定解条件。运用有限元方法对煤层瓦斯流动方程进行了求解,编制了FORTRAN解算程序。介绍了煤层钻孔瓦斯流量数值模拟的工程实例,将数值模拟结果与实测结果进行了对比,分析了偏差产生的原因。研究结果表明,数值模拟准确反映了煤层瓦斯流动基本规律,能够定量预测煤层钻孔瓦斯流量。     

基于环空带压的地下储气库老井泄露量预测研究?

针对老井渗透率难以获得的难题,建立了求解老井渗透率的环空带压数学模型,并给出其解析解。在此基础上,根据渗流力学理论,建立了真实描述天然气沿老井泄露的气水两相渗流模型,并采用全隐式解法进行求解。基于该模型研究了储气库运行压力、井筒渗透率、天然气黏度和井眼尺寸等参数,对储气库天然气沿老井泄漏的影响。计算结果表明,天然气沿老井的泄漏量随着储气库运行压力、老井渗透率和井眼尺寸的增加近似线性增加,随着天然气黏度的增加而逐渐减小。