饱和土体固-液两相介质动力耦合问题有限元解析

考虑了土体中土骨架的动态响应与土中孔隙水的渗流固结之间的相互耦合作用,在时间域内利用NEWMARK法系统推导了三维固—液两相介质动力响应有限元解析格式与数值分析方法;以引进的大型岩土工程分析软件系统FINAL为开发平台,开发出能分析二、三维饱和土体振动固结与振动液化问题的软件系统,弥补了该大型软件的不足。利用日本学者的实验结果对本文的力学模型与分析系统进行了检验与验证。     

超级13Cr钢液固两相流体冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因.利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响.研究结果表明,冲蚀时间在90～120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加.研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考.     

固液两相流管道输送实验数据

结合上海理工大学建成的固液两相流管道输送实验台,设计开发了一套实验数据自动采集系统.介绍了该系统的硬件组成及软件设计,并在实验中验证了该测试系统的准确性和可靠性.     

超级13Cr钢在液固两相流体中的冲蚀实验研究

在大排量高砂比压裂过程中,携砂压裂液对管柱和井下工具的冲蚀是引起设备损伤的主要原因。利用自行研制的喷射式冲蚀实验装置,研究了冲蚀时间、喷射流速和含砂量对超级13Cr钢冲蚀速率的影响。研究结果表明,冲蚀时间在90~120 min之间时,超级13Cr钢冲蚀速率趋于稳定;在喷射流速超过5.6m/s时,因为冲刷腐蚀的协同作用导致冲蚀速率急剧上升;冲蚀速率在含砂量为25 kg/m3时冲蚀速率达到最大值,此后随着含砂量增加,由于颗粒之间碰撞效应导致颗粒撞击到材料表面的动能降低,冲蚀速率开始减小,在50 kg/m3时达到最小值,随后又随着含砂量的增加而缓慢增加。研究结果为油田压裂施工工艺参数优化以及管柱安全评价提供了一定参考。     

运用CFD-DEM耦合模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动

 对于泵内固液两相流数值模拟,一般方法是将固体颗粒相视为拟流体,采用多相流的CFD 方法进行计算,但这难以体现固体颗粒形状大小、碰撞、凝聚和分离等特性。本文以工程中常用的IS 型离心泵作为研究对象,运用DEM 离散元法结合CFD 方法,采用EDEM-Fluent 耦合,模拟计算离心泵内非稳态固液两相流动,探索泵内固体颗粒群运动规律及其对外特性的影响。计算采用的固体颗粒密度为1500 kg/m³,泵入口固相体积率为15%,粒径在1.0～3.0 mm 范围内随机变化。计算得到了固液两相泵随时间的外特性变化,包括泵扬程、泵内固体颗粒体积的变化规律;得到了泵内固体颗粒群的运动轨迹和固相体积率分布等有价值的结果。     

气—液两相瞬变流的流固耦合研究

论述了国内外气-液两相瞬变流流固耦合的研究成果及现状，阐述了气-液两相瞬变流的流动规律和流固耦合研究的各种方法。评述了气-液两相瞬变流、流固耦合等方面的理论模型和数值计算方法，并对不同模型和数值方法进行了比较和分析。指出了目前两相瞬变流流固耦合研究中存在的问题，预测了流固耦合研究的方向应为两相流体瞬态时的流固耦合实验研究和耦合模型的数值计算方法研究。     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合振动分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了单、双向流固耦合振动分析,并将单、双向流固耦合进行了对比分析,同时考虑了立管支承方式、流体边界条件对立管振动的影响,最后提出了立管减振措施。结果表明:立管变形最大处发生在立管中间处,最大应力发生在立管的入口和出口处附件的上下部;双向耦合作用下立管最大等效应力和最大变形量均小于单向耦合;随着立管约束数量的增加,立管的变形量和等效应力变小;随气相速度增大时,立管位移减小,相反,随液相流速的增加,立管位移增大,随截面含气率的减小,立管位移增大。分析结果对海洋立管的优化设计和运行的可靠性提供了重要的理论意义。     

井下工具系统固液耦合动力特性研究

用有限元法推导了普通井下生产管柱的固液耦合振动方程,计算出管柱的固有频率,并与数值计算方法进行对比.对井下管柱系统进行有限元谐响应分析,根据实测的潜油电泵振动数据,结合谐响应激励载荷,进行动力学分析,计算出管柱稳定工作时的动载荷频率范围.结果表明,额定功率下潜油泵的振动以及原油的流动速度均不会对井下工具系统产生明显的振动影响.     

基于ANSYS的气液两相流海洋立管流固耦合模态分析

运用ANSYS软件对气液两相流海洋立管进行了流固耦合模态分析,研究了有无流固耦合存在时立管振动模态的变化以及立管支承方式、流体边界条件对立管固有频率和阵型的影响。同时,将仿真分析同DNV公式求解的固有频率进行了对比验证。结果表明:流固耦合作用明显地降低了立管的固有频率,但并不改变固有阵型;立管的支承方式不改变阵型,但会影响管道的固有频率,约束数量增加,固有频率变大,随着模态阵型阶数增加,立管的固有频率增加,而最大阵型位移随之减小;立管固有频率随气相流速的增加而减小,随截面含气率的增大而增大;通过仿真分析和DNV公式求解两种方法得到的固有频率相差不大,验证了仿真分析的合理性。分析结果对海洋立管的优化设计和振动对策提供了重要的理论依据。     

三向荷载作用下液固耦合平面有限元分析

根据广义平面应变问题具有所有物理量沿某一方向变化为零的特点，针对连续、各向异性两相饱和介质，在变形满足小变形、孔压流满足达西定律、有效应力原理成立的假定下，建立以增量形式的三向荷载作用下液固耦合作用的平面有限元分析方法。     

生态脆弱区保水采煤研究新进展

为了系统归纳保水采技术的研究成果,促进煤理论的发展,采用查阅文献资料和综合分析的方法,对目前保水采煤(保水开采)技术现状及最新进展进行了全面总结,由此,提出了以控制生态水位为核心的科学采煤技术研究方法,保水位是保水采煤的核心,为今后保水采煤技术的研究方向提供了可参考的资料。     

皖北矿区煤层底板岩溶水氢氧稳定同位素特征

对皖北矿区主要含水层的氢氧稳定同位素进行了测试与分析,岩溶含水层中太原组石灰岩岩溶裂隙水(简称"太灰水")δ(18O)均值为-8.69‰,δD均值为-68.64‰,奥陶系石灰岩裂隙溶隙水(简称"奥灰水")δ(18O)均值为-8.47‰,δD均值为-70.10‰。指出了该矿区地表水、新生界松散层类第4层含水层(简称"四含水")、煤系砂岩水、太灰水、奥灰水氢氧稳定同位素一般特征。同时根据太灰水和奥灰水氢氧稳定同位素组成,着重分析了底板岩溶水的补给环境与径流环境以及岩溶水与其它含水层之间的联系。     

郑州矿区水害特征及成因分析

在郑州矿区二十一次典型突水案例中,有十四次是二1煤底板C3灰岩水和O2灰岩水所致,另有六次为老窑水所致,一次是洪水灌入造成淹井。经综合分析,可看出矿区的水害主要来自C3、O2灰岩水。按突水水源分类,在二十一次突水案例中有顶板裂隙水害、底板薄层灰岩水害、底板奥灰一寒灰水害、老窑水害和地表水害;根据突水通道分类,有破碎带水害、滑动构造水害、采动裂隙带水害、人为通道水害等。根据郑州矿区水害的类型,总结提出了四种水害发生原因,有针对性地提出了不同水害的防治技术。     

鹤岗矿区1/3焦煤煤泥水絮凝沉降实验研究

为解决鹤岗矿区1/3焦煤煤泥水难沉降的问题,选取阴离子型、阳离子型及非离子型聚丙烯酰胺(PAM)为絮凝剂,对该矿1/3焦煤煤泥水进行絮凝沉降实验,研究搅拌时间、pH、絮凝剂种类和用量对煤泥水絮凝沉降效果的影响。结果表明:在搅拌强度100 r/min、搅拌时间45 s、pH为8、凝聚剂用量2 mL、非离子型PAM絮凝剂用量3 mL的条件下,该矿1/3焦煤煤泥水絮凝沉降效果最佳。该研究为鹤岗矿区1/3焦煤煤泥水处理提供了有益参考。     

采煤沉陷区水体有机氯农药的污染特征及风险评价

为研究采煤塌陷水域不同深度水体有机氯农药（Organochlorine Pesticides,OCPs）的污染特征及风险评价,使用GC-MS对淮南谢桥矿农田塌陷区水体中的OCPs进行质量浓度测定,利用ArcGIS进行OCPs特征污染物六六六和滴滴涕分布特征及来源研究,并选择美国环境保护署（U.S EPA）推荐的健康风险评价模型进行评价。结果表明：OCPs平均含量范围为583.45~797.62 ng·L-1,悬浮物中OCPs平均含量范围为418.03~610.11 ng·L-1,整体呈现出由表层到底层逐渐递增的趋势,研究区水域的OCPs质量浓度在中国水域中处于中等偏上水平,水体中HCHs主要来源于近期林丹等杀虫剂的使用,DDTs主要来源于农业三氯杀螨醇的污染。水体的非致癌健康风险指数为2.320×10-3～6.813×10-3,致癌健康风险指数为6.814×10-7～1.575×10-6,表明沉陷区水体中OCPs对人体未达到致癌风险。     

试论矿井水资源化与矿区水资源优化配置

我国煤矿区水资源匮乏,矿井水资源化意义重大。探讨了矿井水资源化的相关概念,详述了矿区水资源质量评价内容和方法,介绍了矿区供需分析预测及矿井水资源化可行性研究程序和方法,提出了三种矿区水资源优化配置模式及研究方法。     

西北内陆区水资源利用及评价

我国西北内陆区水资源贫乏,多年平均年径流量为10.4624×10~(10)m~3,分布也不平衡,当保证率为50％时,全区现状年的可利用水量为5.2565×10~(10)m~3.为解决干旱缺水,西北内陆区已修建了各种形式的引水枢纽工程403座,同时,大力开发利用地下水.但目前牧区、农区、高山森林区水资源供需矛盾仍很突出.     

山西煤炭开采对水资源的影响分析及对策研究

针对山西生态环境特点及水煤资源共生的特定水文地质环境条件，分析了全省煤炭资源大规模开采对水资源的赋存和循环条件所产生的严重影响，从可持续发展的高度对山西水资源承载能力进行了分析，提出了确保山西煤炭能源在21世纪可持续开发的水资源保护与开发的对策和措施。     

榆神矿区曹家滩井田首采工作面涌水量预测

陕北侏罗纪煤田榆神矿区内煤炭资源丰富,但区内矿井普遍受到顶板水害影响。为了准确预测榆神矿区内矿井工作面涌水量,以曹家滩井田122106首采工作面为例,首先分析其导水裂隙带发育高度,判断其2~(-2)号煤回采后上覆含水层的波及情况,而后确定工作面顶板的主要充水含水层,再采用5种方法进行涌水量预测,最后进行对比分析确定涌水量预测值。结果表明:采用裂采比27倍作为导水裂隙带发育高度计算参考,工作面2~(-2)号煤回采高度6 m,导水裂隙带发育高度为162 m,波及上覆主要含水层为侏罗系延安组含水层和直罗组含水层,部分区域波及的风化基岩含水层。采用的5种方法计算工作面正常涌水量分别为404、570、617、464、589 m~3/h;最大涌水量取正常涌水量的1.2倍系数进行计算。通过对比分析各方法的适用条件,确定比拟法的计算值最能够接近矿井生产实际,即曹家滩井田122106首采工作面正常涌水量为464 m~3/h,最大涌水量为557 m~3/h。     

山东省煤炭开采对水资源的影响分析及对策研究

山东省煤炭资源丰富,水资源却严重短缺。大规模的煤炭开采给经济发展做出巨大贡献的同时,也严重地破坏着水资源。在对山东省煤炭开采现状和水资源调查分析的基础上,分别从水量变化和水质污染两个方面论述了山东省煤炭开采对水资源的严重影响,指出了缓解此影响的对策,希望有关部门采取积极措施来保护水资源。