考虑相变的寒区隧道温度与渗流耦合的理论与数值模拟

岩体渗流场与温度场的耦合问题是岩体水力学最重要的研究内容之一,随着越来越多的寒区工程问题暴露,对寒区岩体渗流场与温度场进行系统的分析势在必行.推导了考虑相变的温度场影响下的渗流场控制微分方程以及渗流场影响下的温度场控制微分方程,并利用FLAC3D3.0软件中的FISH语言编写程序模拟嘎隆拉隧道,在考虑相变的情况下,通过对比考虑渗流和不考虑渗流的温度场,得知不考虑渗流的影响会夸大冻融圈厚度的结果.     

考虑渗流场影响的大坝非稳定温度场

为了分析大坝温度场受渗流场影响的变化情况,根据热传导理论和渗流理论给出了受渗流场影响的非稳定温度场的控制方程,然后应用伽辽金法导出这一问题的有限元公式,最后给出了考虑渗流影响的大坝非稳定温度场的计算实例．计算结果表明：外界温度变化及渗流场对大坝温度场影响是不应忽视的;渗流场的存在改变了温度场的空间分布;在1月份气温低水温高时,渗流的影响将会使坝体温度偏高;在8月份气温高水温低时,渗流的影响将会使坝体温度偏低;渗流的影响将使漏度的变化幅值减小．     

碾压混凝土坝渗流对温度应力的影响

编制了渗流场、温度场、温度应力三个三维有限元程序，分析了碾压混凝土坝渗流对温度场及温度应力的影响，并考虑到了碾压混凝土坝上游面设有防渗面板、排水孔、及水平渗透系数和竖直向渗透系数的不同。     

复合管离心铸造工艺中的渗流传热过程

通过分析离心力场作用下铝熔液在Al2O3短纤维多孔介质内的渗流传热现象，考虑离心惯性力对渗流传热过程的影响，建立了多孔介质渗流传热模型，研究分析了复合管铸造工艺中离心渗透过程的流场和温度场瞬态变化规律，计算结果表明，在渗透区域，随时间的延长，渗透前沿不断推进，复合层温度逐渐上升，在未渗透的多孔预型区，固相颗粒温度基本不变，转速和孔隙率对渗流速度场的影响较大，对温度场的影响相对较小，进口处渗透速度很高，会形成急速的紊流状态，使复合材料内部形成气孔，研究结果对于离心铸造的工业设计及开发复合材料具有一定的指导作用。     

垃圾填埋气体资源化利用过程中多场耦合问题

填埋气体通过孔隙(或裂隙)介质向外界迁移和释放的过程是一个复杂的动力学过程,其运移受到周围环境的温度场、水分场和应力场变化的影响.总结了国内外对填埋气体资源化利用过程中的研究动态及其存在的问题,对多场耦合理论在填埋气体运移过程中的应用进行分析,研究结果表明填埋介质中气体的渗流促成了内部热能以对流的方式发生转移,导致了填埋体内温度场再分布;填埋体内温度场的变化,改变了填埋体的热物理性能及结构特征的变化,从而将会影响气体的渗流特性,即应力场和渗流场发生改变.同时,对下一步需要研究的问题提出了建议.     

深埋巷道围岩温度场的数值模拟分析

为了研究深埋巷道围岩温度场的分布规律．基于传热学和渗流理论建立了深埋巷道围岩的热扩散数学模型．结合边界条件采用MATLAB对其进行了数值求解，获得了在风流和渗流耦合作用下围岩的温度场和温度矢量分布。研究结果表明，无渗流状态下温度场和温度矢量呈对称分布，风流速度对温度分布有明显的影响，但不改变其对称分布的状态。渗流改变了温度场和温度矢量原有的对称分布的状态，热交换平衡区随着渗流速度的增加，将向顺渗流的方向移动。     

裂隙岩体流热耦合的三维有限元模型

利用传热学和渗流理论,建立了深部裂隙地层流热耦合传热的三维数学模型。采用渗流和导热微分方程描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流固耦合传热进行了数值模拟。数值模拟结果表明:岩体内裂隙水流所引发的热质迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。模型揭示了岩体与裂隙水流之间发生的对流换热现象,模拟了岩体内的温度场分布,实现了由点向场的转变。模拟结果与实际情况相吻合,表明采用该方法研究裂隙岩体的流固耦合传热是可行的。     

影响上游法尾矿坝渗流场的诸因素分析

影响上游法尾矿坝安全的各种因素中,渗流场是极为重要的因素之一。决定渗流场的因素很多,本文通过有限元数值计算,选用正交优选法综合分析了诸因素对渗流场的影响程度,并找出了主次排列顺序。同时,采用黄金分割法,探讨了初期坝的相对经济高度。文中还讨论了尾矿坝干滩长度和初期坝透水性能对渗流场的特殊影响。     

渗流作用下露天煤矿边坡稳定性数值模拟研究

对露天煤矿均质边坡的渗流场及其对边坡稳定性的影响规律进行研究,根据温度场和渗流场的可比拟性,利用有限元分析软件ANSYS提供的岩土非线性弹塑性Druker-Prager模型及其前后处理程序,对边坡在渗流影响下的内部应力、位移和稳定性进行分析,采用强度折减有限元方法计算边坡的安全系数并得到边坡可能产生破坏的滑移面,这有助于滑坡治理方案的制定。     

油藏热流固耦合模型及应用

针对变温变形油藏的耦合渗流规律这一亟待研究的课题,综合分析油藏中流体力场、固体力场、温度场之间的耦合关系和三场耦合的力学机理与结合点,认为油藏中热效应与流体孔隙压力导致岩石变形;岩石变形与流体渗流导致温度场变化;岩石变形与热效应导致储渗特性和孔隙流体压力的改变从而影响流体渗流,以上三种效应是同时发生的.建立了一个反映变温变形油藏实际的热-流-固耦合模型,利用此模型进行了几项对热采油藏地层损害和石油生产有着重要影响的参数、指标的计算与分析.     

汽车排气消声器内部流场及温度场的数值计算

通过对一典型结构汽车排气消声器进行建模,根据流场计算特点划分网格,利用ANSYS CFX软件对其内部流场及温度场进行数值模拟研究,分析气流速度、温度变化及压力分布对消声器性能(声学性能和空气动力性能)的影响.分析得出结论,设计消声器时必须考虑从结构上消除产生高速湍流和高速气流的可能,且在满足消声性能的前提下尽量减少压力损失,减少穿孔结构能有效地降低压力损失.     

多年冻土路基水-热-力耦合理论模型及数值模拟

在建立多年冻土地区路基非稳态温度场控制方程、水分迁移的有限元控制方程和路基变形场及应力场计算模型的基础上，提出水-热-力耦合模型。以青藏公路唐南段K3393＋950的冻土路基为计算对象，得出了1月份路基温度场、水分场及应力场（变形场）的分布规律：路基温度场内部存在着未冻土核；水分场在温度梯度的作用下有向冻结冰锋线迁移的趋势；在负温条件下，土体的体积含冰量超过临界值时，将产生冻胀现象。研究结果表明，多年冻土地区路基的温度场、水分场及应力场一直处于动态变化中，路基的热状况、水分状况与变化规律及由此引起的应力重分布是引起道路冻害的主要因素。     

水-土耦合的稻田磷素动态流失模型

磷是湖泊富营养化的限制性因子,稻田排水损失是磷素的重要来源,为了精确计算稻田磷素损失量,从质量守衡原理出发,考虑土壤磷的矿化和固定、淋溶、水稻吸收等作用,结合土壤胶体对磷的吸附一解吸速率公式,建立了水-土耦合的稻田磷素动态模型,并采用田间实测数据对模型参数进行了率定和验证,同时还对关键参数进行了灵敏性分析,计算结果表明,模型能较好地模拟田面水及渗漏水中溶解态无机磷(DIP)浓度的动态变化。     

煤炭地下气化干馏气渗流运动多场耦合数值模拟

基于传热，渗流力学及弹塑性力学理论，建立了气化煤体温度场，干馏气渗流场和煤体变形场耦合数学模型，研究发现，在煤炭地下气化过程中，因高温条件，煤体的物理力学参数不再是一个常数，而变为温度的函数，为了提高数值模型的精度，对相关的物理力学参数进行了标准化热趋势研究，根据有限元法原理，介绍了其耦合求解方法，并结合计算实例，对计算结果进行了分析，根据计算结果，非等温度条件下干馏气压实测值和模拟值之间的拟合情况明显好于等温条件下的拟合情况，且实测值高于理论值，计算值和实测值的一致性表明，对气化盘区温度场，渗流场及应力场的数值模拟是正确的。     

车用永磁式缓速器转子鼓温度应力场计算

根据车用永磁式缓速器结构和工作原理，建立了转子鼓温度和应力场的计算模型，确定了合理的边界条件，运用Bessel方程推导了永磁式缓速器转子鼓温度场和应力场的计算公式．最后进行了台架试验，并与理论计算进行了比较，结果表明试验值与理论值吻合较好．此计算公式可用来分析转子鼓的温度和应力，反映各设计参数与温度之间的定量关系，进行转子鼓优化设计、减小转子鼓温度和温度梯度，从而降低转子鼓的热应力与热变形，提高永磁式缓速器的制动稳定性．     

多场耦合作用下煤层气的渗流特性与数值模拟

根据实验研究煤样在轴向应力、围压、气压、温度单一因素作用下的渗流规律.利用Ansys12.0数值模拟了单场与多场耦合作用下煤层气的渗流规律,煤体的变形、孔隙压力、渗流场的分布规律.数值模拟得出:单场作用下煤层气在煤体中的渗流规律实验与数值模拟结果基本相同;多场耦合作用下煤的渗透率与平均有效应力曲线呈负指数关系;对试件变形的影响应力场大于渗流场,轴向应力对试件的变形大于围压;围压对渗流场的影响大于轴向应力,轴向应力对孔隙压力的影响大于围压,多场作用下孔隙压力大于单场作用.多场作用下数值模拟的结果与实验研究是一致的,因此研究煤层气的渗流规律必须考虑气-固-热的同时作用.     

连续铸造稳态温度场非物理边界条件的确定

建立了描述连续铸造过程的温度场模型,用外推法得出凝固金属在结晶器出口侧的非物理边界条件模型,使稳态温度场的计算精确高效.利用该温度场模型及非物理边界条件模型计算了Al-Cu合金在半连续铸造过程中的稳态温度场,并以此确定的介观温度场作为液固相变模拟的条件,用多尺度计算技术模拟了Al-10%Cu合金在不同浇注温度时的凝固组织,得到了晶粒形貌和分布合理的微观组织.对ZL201合金的近液相线铸造组织的模拟结果与实验吻合.研究表明:该温度场模型及非物理边界条件模型适于稳态连续铸造过程的模拟,并可为金属凝固组织的多尺度模拟提供正确的温度场数据.     

激光熔凝温度场的数值计算

利用激光圆形光斑对和性的特点,建立了激光表面快速熔凝条件下温度的二维数值模型,边界条件点源模型推导,同时采用SIMPLE算法进行计算,在保证精度的条件下简化了计算（相对于三维）,计算结果与实验结果吻合良好,表明这种算法在一定条件下能够凝确的反映激光表面熔凝过程中,熔池纵截面的温度场信息及激光和理熔过程中生长界面的形态。     

裂隙网络岩体三维渗流场与应力场耦合分析

从岩体裂隙网络渗流的特点出发,以岩体裂隙网络渗流与岩体应力相互影响,相互作用的耦合机理为基础,同时考虑裂隙网络渗流对裂隙壁施加的法向渗透压力和切向拖曳力,提出了裂隙网络岩体三维渗流场与应力场耦合分析的数学模型。采用算例检验了该数学模型的有效性和适用性。