用差分法解算巷道围岩与风流不稳定换热准数

本文分析了巷道围岩不稳定温度场的导热微分方程及其无因次形式,论证了变节距差分法的计算原理和公式,给出了不稳定换热准数随傅立叶数变化曲线,计算结果证明了该方法具有快速准确的特点图２,参２     

换热管传热过程的熵产分析

基于热力学第一、二定律对换热管由管内到管外的传热过程进行了熵产分析,以管内流体为基准引入了无因次熵产数并得到其计算式;讨论了管内流体雷诺数、管内外流雷诺数比值、无因次入口换热温差及无因次特征尺寸等参数对换热管传热过程不可逆性能的影响。结果表明,存在一最佳的管内流体雷诺数使无因次熵产数最小;无因次熵产数值随管外与管内流体雷诺数的比值的增大而单调递增,随无因次入口换热温差和无因次特征尺寸的增大亦近似成线性增大。结果和方法对进一步完善基本对流换热过程的热力学评价具有一定的意义,同时为换热管双侧强化传热时性能的评价提供理论基础。     

巷壁瓦斯涌出的数学模型及无因次分析

为研究巷道煤壁瓦斯涌出规律,根据朗格缪尔方程、达西定律和质量守恒定律,建立巷壁瓦斯非稳态涌出的数学模型,引入无因次准数,研究该模型的无因次形式,运用Visual Basic语言编制数值解算软件.通过对巷壁瓦斯涌出的无因次模型进行数值分析,得到巷壁瓦斯涌出无因次压力分布曲线和无因次瓦斯比流量、无因次累计瓦斯涌出量与时间的关系曲线.研究结果表明:根据无因次参数曲线图,结合实际煤体瓦斯参数,能快速精准确定实际巷壁瓦斯涌出参数.     

井巷围岩与风流的不稳定换热

通过对矿内风流与巷壁换热过程的理论分析，得出了围岩与不稳定以流换热系数的解析式、理论解和实用式，导出了风流温度变化和围岩调热圈的计算方法。通过兖州东滩矿4306运顺掘进巷道风流与围岩换热的进行现场实测和分析计算，得出了掘进围岩调热圈与掘进时间呈平方跟关系变化、不稳定换热系数随掘进时间呈负幂指数变化的规律。     

周期性环肋通道内的流动和换热

用非稳态数学模型对包含入口段的带肋环形通道内的流动和换热进行了数值模拟.在肋片参数Sp/D=0.187 5、Sp/D=1.125,雷诺数在400～800范围内,流动和换热都出现了自维持振荡特性,且入口段后,各几何周期的速度场、无因次过余温度场基本相同,随时间的变化规律也基本相同.肋片高度增加,平均努塞尔数和摩擦阻力系数增加.肋片间距增大,对摩擦阻力系数影响较小,对努塞尔数影响较大.雷诺数增大,努塞尔数增大,阻力系数减小.     

无限大平板非稳态导热过程的数字特征

对无限大平板非稳态导热过程的平均温度和耗散函数这2个数字特征进行了研究.得到了对流换热边界条件下无量纲平均过余温度的数学模型;分析了表面温度系数随特征值与毕渥数的变化规律;定义了相应的时间常数,它是衡量无量纲平均过余温度衰减速率快慢的指标;并对毕渥数取极限时无量纲平均过余温度的变化规律做了讨论.利用格林公式推导出了热势与耗散函数之间的关系,并与机械能耗散系统进行了相似性分析.得到了对流换热边界条件下耗散函数随时间的变化规律,并将其与平均过余温度的变化规律做了比较.     

颗粒沉速新解法

颗粒沉速是两相流动中的重要参数.目前通用的图解法必须反复试算,而通用的数解公式虽无需试算,但误差又较大.本文根据相似原理,通过变换无因次的座标,提出了一种可以不经试算的新图解法,并相应地提出了一组比现有公式精确得多的新数解公式.     

采空区高温点位置确定的计算机模拟分析

本文重点介绍了利用计算机模拟解算采空区非稳定温度场的原理与方法。以平顶山矿务局高庄煤矿23040(Ⅱ)工作面为例,模拟分析了该工作面出现自燃征兆时的采空区煤温分布状态,为确定采空区高温点位置提供了定量化依据。     

地下水对地埋管换热器换热的影响分析

针对传统传热模型无法反映地下水对地埋管换热器换热的影响,结合黄土高原地区的地质条件,通过Fluent流体仿真软件建立地埋管换热器的三维非稳态分层渗流传热模型,并利用实验数据验证该模型的准确性.在不同的地下水流速和岩土体孔隙率的条件下,通过数值模拟的方法,研究以含水层厚度为特征长度的贝克莱数与地埋管换热器换热之间的关系.结果表明:单位井深换热量增加率与贝克莱数成对数关系;当贝克莱数较大时,地下水对地埋管换热器换热有促进作用;当贝克莱数较小时,地下水对地埋管换热的强化作用不明显,甚至起到抑制作用.同时,对含水层处的导热系数进行修正,得到新的分层渗流传热模型.     

热轧带钢温度场计算模型及其计算偏差分析

热轧带钢温度场可根据热传导偏微分方程与边界条件和初始条件计算,也可采用忽略厚度方向温度梯度的集总参数法计算.在假设前者计算结果准确的基础上,将集总参数法所获得的温度计算模型与前者进行偏差计算,得到了相对偏差计算公式并采用Matlab求得不等式的解,由此得到了集总参数法的应用范围:当相对偏差在5%以内时,带钢心部、1/4和表面的毕渥数范围分别为0~0.100 8,0~0.136 1和0~0.959 3;相对偏差在10%以内时,带钢心部、1/4和表面的毕渥数范围分别为0~0.203 3,0~0.278 2和0~1.497 4.     

深部巷道围岩瞬态温度-热应力的耦合作用

为了研究深部巷道温度场与应力场的耦合作用,采用理论推导得到圆形巷道围岩瞬态热-弹性耦合解析解,分析了巷道围岩温度场和热应力的分布规律,并通过数值模拟和现场观测研究了热应力对巷道围岩稳定性的影响。研究表明:围岩温度分布呈非线性变化,表层温度梯度大,围岩深处温度梯度小;随通风时间延长,围岩温度逐渐降低,冷却圈不断增大,温度梯度逐渐减小,温度分布曲线趋于平缓;通风能够改变围岩应力状态,切向热应力在围岩表层表现为较大的拉应力,而在深处表现为较小的压应力;径向热应力为拉应力,热应力加剧了巷道围岩顶底板塑性区扩展的深度。     

圆内开缝圆不同开缝方向自然对流换热

采用SIMPLE方法对圆内开缝圆在不同开缝方向时的自然对流换热进行了数值模拟,根据数值结果,分析了开缝圆不同开缝方向的自然对流换热规律和特性.数值结果表明:采用SIMPLE方法的计算结果与已有文献相同工况的实验结果相吻合;同一开缝方向,平均当量导热系数Keqs随着瑞利数Ra的增加而增大.当Ra较小时,Keqs基本不随开缝方向的改变而变化;当Ra继续增大,同一Ra下开缝方向从竖直到水平随角度φ增大Keqs值变小;当Ra超过一个临界值时,Keqs数值结果出现了振荡,且这个临界值与开缝方向相关;研究水平开缝的圆内开缝圆自然对流换热,随着Ra的增加,能够获得稳定解、周期性振荡解及非周期振荡解,最终为混沌.     

高温隧洞围岩温度场数值解与解析解对比分析

高岩温地区长距离输水过程中所遇到的隧道内低温水与围岩高温所形成的温度差下围岩的温度场分布及围岩整体稳定性是亟需解决的工程问题。高温围岩温度场分布的准确计算能为解决隧道施工过程中围岩整体稳定性和围岩支护等问题提供计算和理论依据,针对新疆布仑口—公格尔水电站引水隧洞的高地温问题,对其围岩温度场分布的解析解与数值解进行对比分析,发现两者围岩温度场分布规律相似,且数值解与解析解相比,数值解精确程度更高,对工程实践的参考作用更强。     

在复杂边值条件下非稳态肋片传热的最优化（I）

研究了在辐射和对流同时作用下肋根温度作周期性变化时矩形肋片的传热特性，首先建立了在这种复杂边值条件下肋片传热的数学模型，导出相应的主控微分方程式，求解了经简化后方程的精确解，分析了肋片的温度分布随肋高，时间和毕渥准则数等因素变化的规律。     

在复杂边值条件下非稳态肋片传热的最优化（Ⅰ）

研究了在辐射和对流同时作用下肋根温度作周期性变化时矩形肋片的传热特性．首先建立了在这种复杂边值条件下肋片传热的数学模型，导出相应的主控微分方程式，求解了经简化后方程的精确解，分析了肋片的温度分布随肋高、时间和毕渥准则数等因素变化的规律．     

冷气侧对流传热系数周期性波动对固体温度分布影响的一维分析

对边界对流传热系数正弦波动情况下一维固体非定常导热问题进行研究,考察无量纲化方程的解的特征,并以燃气轮机透平叶片冷却为背景,对方程进行数值求解,而后对方程中的主要无量纲量进行参数化分析.结果表明,影响固体内部无量纲温度分布的主要因素包括:无量纲位置X,无量纲时间Fo,以及固体两侧的毕渥数Bi_1和Bi_2;第三类边界条件的非线性会导致边界对流传热系数波动情况下壁面传热削弱,且削弱随着扰动频率的减小而加强;边界对流传热系数扰动的穿透深度主要受边界毕渥数变化频率f_(Bi_2)或波动角速度ω_(Fo)的影响.     

深井沿空巷道快速掘进及围岩控制技术研究

深埋煤矿采掘衔接紧张是制约矿井安全高效生产的主要问题之一,回采巷道的快速掘进将有利于缓解这一紧张局面.以顾桥煤矿1126(1)回风巷为例,利用弹塑性理论分析了1125(1)工作面侧向应力分布规律及分区破坏特征,阐明了1126(1)回风巷围岩应力环境;利用FLAC3 D数值模拟研究了掘进期间锚索"1-0"、"2-0"、"3-0"、"4-0"等不同布置形式对巷道围岩变形及应力分布特征的影响,通过巷道围岩稳定性对比分析,降低巷道掘进期间支护强度,采用"2-0"锚索布置的初始支护控制掘进期巷道围岩变形,使掘进工作面后方永久支护与掘进平行作业,从而提高了掘进效率.     

喷雾降尘作业对掘进工作面空气湿度分布的影响

喷雾降尘是掘进工作面目前广泛采用的防尘措施之一 .结合压入式通风掘进工作面风流流场结构特点 ,探讨掘进工作面喷雾降尘对工作面 3区空气湿度分布的影响 ,建立了 3区湿度计算模型 ,得出了压入式通风掘进工作面 3区湿度分布不均匀的规律 ,为进一步研究通风过程中掘进工作面空气湿度的分布 ,正确评价掘进工作面作业环境及防尘措施 ,提供了新的理论参考依据 .图 1,参 6     

多孔介质方腔内自然对流影响因素数值模拟

为研究封闭方腔内饱和多孔介质自然对流传热,采用控制体积法,运用多孔介质局部热平衡假设,整体求解方腔内的温度场和流场,根据计算结果着重分析瑞利数Ra和达西数Da对多孔介质方腔内自然对流换热特性的影响.计算结果表明:当Ra取定值,壁面平均努塞尔数Nu随Da数的增加而增大;当Da数取定值,壁面平均努塞尔数Nu随Ra的增加而增大;随着达西数Da数的增加,临界瑞利数Ra逐渐减小.     

不同岩体质量隧道TBM施工性能评价方法

为了预测、评价、提升不同围岩质量隧道TBM施工能力,通过对国内外多个隧道工程TBM施工数据回归分析,建立了设备利用率、掘进速率等TBM施工性能指标随岩体质量的变化规律。统计结果表明TBM设备利用率与岩体质量指标RMR呈线性函数或二次函数关系、TBM掘进速率与岩体质量指标RMR呈二次函数关系;TBM设备利用率随岩体质量参数的增大而递增;TBM掘进速率随岩体质量参数的增大先升高再降低,在III级围岩时达到峰值;TBM施工速度随岩体质量参数的增大先升高再降低,在II级围岩时达到峰值。基于此,提出了不同岩体质量隧道TBM施工性能评价方法,并利用滇中引水工程香炉山隧洞TBM施工数据对该方法进行了验证。研究成果可用于预测拟建隧道TBM施工工期和评价在建隧道TBM施工性能。