降雨条件下含大孔隙土柱水-气两相流试验

为揭示降雨条件下含大孔隙土中水—气两相流运移机制,基于室内人工降雨试验,通过自行设计试验装置并借助各类试验设备,对不同工况下大孔隙和基质域的含水率、孔隙水压力、孔隙气压力分别进行实时监测.结果表明：大孔隙的存在可明显加快水分入渗速率,使土柱湿润锋呈现漏斗状,大孔隙附近水分入渗速率明显较快(即产生优先流),但是降雨需持续一定时间才会产生优先流;模型箱底部边界开通有利于气体的排出,可降低孔隙气压力,从而更有利于水分的入渗;大孔隙存在情况下,增加降雨强度可加快优先流的产生,使水分更快地沿着大孔隙入渗至土壤深层,并沿着大孔隙壁向周围基质扩散.此外当降雨强度大于水分入渗速度时,会在土体表面形成积水,一定程度上增加孔隙气压力.     

地层孔隙两相渗流非平衡效应研究进展

地层孔隙两相渗流过程中,毛管力不仅是湿相流体饱和度的函数,往往还与饱和度随时间的变化率相关。对国内外毛管力非平衡效应及其对地层孔隙两相渗流研究进行了调研分析。影响毛管力非平衡效应的因素主要有岩石与流体的性质、饱和度的大小、饱和度随时间的变化率、驱替速度、体系温度等因素。毛管力的非平衡效应随着地层渗透率的降低而不断增大。因而毛管力非平衡效应在均质砂岩中不能很好体现,而在低渗致密地层中对流体流动影响较大。     

孔隙介质中油相非平衡吸附的数学模型

针对目前理论上描述储层孔隙介质时对流体吸附的研究很少的问题,把油相（凝析油、原油）看作为一个多组分液态烃的高分子溶液,以吸附过剩量为基础,用基团贡献法（UNIFAC法）确定溶液中各组分的活度系数,引入相平衡数据热力学一致性的检验方程（GibbsDuhem）,并结合达到吸附平衡时吸附相和体相的逸度相等、以及其他关联式得到平衡态吸附数学模型的一般表达式;同时考虑到相间存在质量传递,相平衡过程不可能在瞬间完成,从而引入与时间相关的组分模型,得到非平衡吸附的数学模型。     

超孔隙水压力影响的土压平衡盾构开挖面稳定特性

针对土压平衡盾构掘进过程中开挖面稳定控制对周边环境影响的问题,通过原位监测手段得到盾构开挖面上超孔隙水压力和土压力增量的发展和分布情况,在此基础上进行考虑流固耦合的数值分析,得到考虑超孔隙水压力影响情况下欠支护状态和超支护状态的开挖面稳定特性.利用数值模型进行参数分析,研究土体渗透系数以及盾构停推时间对于开挖面稳定的影响,为实际施工提供有益的参考.     

循环荷载下尾矿粉土的孔隙水压力特性

为了解尾矿粉土在振动作用下的孔隙水压力特性,采用GDS动三轴试验系统对尾矿粉土进行了循环荷载试验,通过施加循环应力使尾矿粉土达到完全液化状态,研究了相对密度及固结围压对尾矿粉土孔隙水压力特性的影响.研究结果表明,尾矿粉土的孔压增长过程可分为4个阶段:孔压快速增长阶段、孔压稳定增长阶段、结构破坏阶段及完全液化阶段;相对密度及围压的增加可以提高其抗液化能力.对比尾矿粉土及砂土试验结果发现:循环荷载作用下尾矿粉土的孔隙水压力特性与砂土不同,其孔压增长规律可用一个双S型模型描述,该模型对粉土和砂土均具有较好的适用性.     

非平衡统计密度算符(Ⅰ)——形式理论

本文从局域运动方程出发,通过作两点假设并定义体系的熵流密度算符。导出了描写非平衡体系性质的统计密度算符。本文得到的非平衡统计密度算符(NESDO)在一定条件下可以得到B.Robertson定义的广正则密度算符及 D.N.Zubarev得到的统计算符。因此本文得到的 NESDO更具一般性。具有广泛应用价值。     

面向非平衡数据的大间隔近邻Relief算法

Relief算法对于数据重叠区域的样本分类较为困难,通过人为剔除分类边界的样本来缓解干扰数据对于分类性能的影响。在非平衡数据中,重叠区域包含着为数不多的少数类样本,简单地剔除干扰数据可能会造成信息的丢失。针对这一问题,文章提出了一种面向非平衡数据的大间隔近邻Relief算法,该算法首先结合K-means,提供了两种多数类样本的欠采样方案,以获得较为平衡的新采样数据集。然后利用SVM计算新数据集中最具判别性的方向,并依此设计了一种基于大间隔的近邻计算方式,从而尽可能避开干扰数据。在6个非平衡数据集上的实验表明,在现有代表性算法的基础上,文章提出的算法仅利用31%～57%数量的特征即可达到相当或更高的分类性能。     

气动激光器非平衡喷管流的数值模拟

利用两步ＭａｃＣｏｒｍａｃｋ显示格式对气动激光器喷管内的平衡、非平衡流动进行了研究．算例表明，该差分格式具有高效、简易、易收敛的特点，适用于拟一维喷管内平衡、非平衡流计算．在二振型二温度弛豫模型及典型ＣＯ２－Ｎ２－Ｈ２Ｏ组分条件下，对弛豫时间的实验数据进行了综合整理及分析，在此基础上，研究了弛豫时间对计算结果的影响     

平衡输沙条件下非均匀推移质运动特性

考虑床沙特性以及颗粒暴露度对非均匀沙运动的影响,根据滚动平衡关系,提出了非均匀沙起动流速公式,利用实测资料分析了附加阻力系数的特点,并得到其数学表达式.通过对非均匀泥沙颗粒运动方程的分析,导出了非均匀沙临界起动希尔兹参数的数学表达式,从而从理论上解释了非均匀沙颗粒与均匀沙起动的不同之处(粗颗粒较同等粒径均匀沙容易起动,细颗粒则与之相反).分析了非均匀沙颗粒随水流运动的特点,指出非均匀沙颗粒运动与其所处的床面条件具有直接的关系,床面条件不同,运动也将呈现不同的特点.最后建立了平衡输沙条件下非均匀推移质分组输沙率公式,公式的计算值与实测资料吻合较好,并且能够用来计算均匀沙推移质输沙率,具有广泛的通用性.     

坡面径流与大孔隙流耦合作用下边坡水分场参数敏感性分析

为了揭示不同大孔隙参数取值条件下边坡水分场的变化规律,利用2个耦合的Richards方程描述大孔隙流,并联合运动波方程,建立坡面径流与大孔隙流耦合模型;基于有限元软件COMSOL的偏微分方程接口,实现所建立耦合模型的数值求解,并自行设计室内模型试验,验证数值结果,分析不同大孔隙参数对体积含水率和坡面积水深度的影响。结果表明：COMSOL软件的偏微分方程接口可以实现所建立耦合模型的数值求解,相比于无大孔隙坡面,考虑大孔隙时水分入渗深度明显更大;边坡饱和区深度与湿润锋深度均随大孔隙域占比的增大而增大,均随大孔隙域与基质域导水系数之比与经验参数的增大而减小;当降雨历时为30 min时,坡面积水深度区分度最大,表现在随着大孔隙域占比的增大而减小,均随大孔隙域与基质域导水系数之比和经验参数的增大而增大;3种大孔隙参数按照对边坡水分场影响程度由大到小的顺序为大孔隙域占比、经验参数、大孔隙域与基质域导水系数之比。     

强降雨事件下高盖度斜坡孕育灾害机理研究

基于对高盖度斜坡进行调查、分析、研究,得出高盖度斜坡发育有强大的大孔隙系统.在强降雨事件下,雨水通过大孔隙系统形成优先流,继而发育孔隙堵塞带以形成局部隔水屏障,最终形成上层滞水.植被护坡原理在于其根系锚固地表土体,但根系有效锚固深度一般介于地表以下1~3 m,浅层滑坡的滑动面一般都在地表以下3~4 m,故其锚固效果有限.对于高盖度斜坡,在强降雨事件下,由于水力耦合作用,将会形成斜坡群滑现象甚至诱发泥石流等地质灾害.系统研究强降雨条件下斜坡盖度与斜坡稳定之间的关系不仅可以强化斜坡稳定理论,同时也为区域性山地灾害的预警提供科学依据.     

水波泵内流体径向平衡问题的解法

该文分析了不可压流体在转子进出口的径向平衡问题，对不同的径向流模型进行了讨论，得到满足径向平衡条件的解析解，并对新型水泵——水波泵的进、出口进行了分析计算，为完成水波泵的设计方案提供了依据。     

降雨和坡度对坡面流水动力学参数的影响

坡面流是土壤侵蚀和泥沙输移的动力,其水力学参数是构建侵蚀物理模型的基础.本文通过上方来水和模拟降雨试验,探讨了降雨和坡度（2.6%—25.9%）对坡面流水力学特性的影响.结果表明,坡面流速随坡度的增大而增大,而水深与坡度呈反势.总体上坡面水流呈条带状或斑点状分布,降雨具有增大陡坡表层流速效应,且平均流速与表层流速之比主要在0.4—0.7之间.一般地,坡面流有滚波产生,滚波数随坡度的增大而增加,而波高和波长在坡度为5.2%时达峰值,尔后呈减小趋势.降雨可触发更多滚波产生,但对波形影响不显著.随着坡度的增大,水流弗劳德数和阻力系数分别呈增大和减小趋势,且降雨对它们均无显著影响.在试验条件下,弗劳德数与水流阻力关系较雷诺数更为密切,这可能说明弗劳德数对坡面流阻力具有重要意义.     

底水稠油油藏单井条件下隔夹层参数研究

开发底水稠油油藏的主要问题在于底水的脊进,利用水平井开采可以有效地缓解这一开发矛盾。同时,隔夹层的存在能够大大减缓底水上升,提高采出程度,改善开发效果。讨论了单井条件下,隔夹层参数变化对开发效果的影响。影响开发效果的隔夹层因素较多,根据调研,并考虑到典型性和可行性,选取无因次隔夹层面积、无因次隔夹层垂向位置、隔夹层渗透率这3个参数进行隔夹层对开发效果影响的研究。基于渤海A油藏实际参数建立了含隔夹层的底水稠油油藏数值模型,通过油藏工程方法对采出程度曲线、含水上升曲线、流线模型场图和饱和度场图进行了分析,研究了单因素对开发效果的影响：无因次隔夹层面积越大,开发效果越好;隔夹层越靠近油水界面,开发效果越好;夹层渗透率较小时,开发效果优于隔层。在单因素影响分析的基础上,进行了正交实验,分析了多因素之间的影响,确定了3个参数的影响程度排序：由大到小依次为无因次隔夹层面积、无因次隔夹层垂向位置和隔夹层渗透率。     

高新沙库区土壤重金属浸出特性及其对水质安全的影响

人类经济活动可能会造成土壤重金属污染,该污染在水土两相界面存在迁移转化过程,对人类健康构成威胁。对于城市水库的工程,其区域两相之间重金属迁移过程的研究尤为重要,需重点关注水土两相之间重金属的可溶出含量,以确保水库水质的安全性。通过土壤背景值调查、浸提动力学探究、水质风险评价、统计学分析并结合理论模型模拟演算,探究土壤重金属浸出特性并评估水质安全性。结果表明,在模拟极端浸提条件下,除了镍元素存在轻微超过生活饮用水标准限值外,铜、锌、镉、铅、汞以及砷重金属均处于无污染水平,水质相对安全;在模拟实际水库运行的模型演算中,各重金属的浸出浓度均远低于《生活饮用水卫生标准》(GB 5749—2022)以及《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)Ⅱ类水标准限值,表明水库水质在实际运行中可以达到安全供水的要求。     

带背景激波系的凹腔流动特性研究

凹腔作为超燃冲压发动机的一种火焰稳定器受到广泛关注,凹腔剪切层与背景激波系的相互作用影响凹腔火焰稳定器的性能。为深入分析背景激波系对凹腔流动的影响,设计了长深比为13.3的闭式凹腔,将凹腔模型前缘激波和风洞上壁面干扰激波作为背景激波系,在Ma=2的直连式风洞中开展了背景激波系与凹腔剪切层的相互作用的试验,采用高速纹影系统对瞬态流场进行了捕捉,重点关注背景激波系和凹腔剪切层的动态变化特性。采用纹影序列的本征正交分解来研究流场中的主要相干结构,采用快速傅里叶变换和连续小波变换对流场的频率域特征进行了分析。结果表明：在背景激波与剪切层相互作用下,激波结构产生大尺度振荡,凹腔内流动结构产生小尺度脉动。通过对激波位置的傅里叶变换分析,发现激波振荡的主导频率集中在90～400 Hz的范围内。通过对纹影图像的空间傅里叶变换分析,发现5 kHz以下的流场振荡主要由激波振荡引起,5 kHz以上的流场脉动主要由凹腔内流动结构引起。     

分形特征下降雨诱发砂土泥石流启动机理

利用分形理论计算不同颗粒含量砂土的粒度分维值,开展降雨条件下砂土泥石流启动模型试验,分析试验现象、位移场及含水率变化情况,总结分形特征下泥石流的启动机理。研究结果表明：粒度分维值随细粒含量的增加而增大,坡体发生明显现象的时间越早,泥石流启动的总体历时越长。分维值较大时,以坡表侵蚀破坏为主,坡表整体位移均匀,启动历时长;雨水分布不均匀,滑动带内外含水率差异显著,持水时间长;分维值较小时,以滑坡型破坏为主,启动历时短,产生位移大;雨水运动以渗流为主,土体抗剪强度降低,滑动带内外含水率差异减小,持水时间逐渐消失。分维值大小适中时,以过渡型破坏为主,泥石流启动时位移最小,历时较长,灾害程度最轻。     

新型稠油水环发生器维稳特性与结构优化研究

为了改善水环在输送稠油过程中易失稳的问题,提出了一种新型水环输送发生器,开展了水环维稳特性及优化研究.采用VOF模型进行模拟,根据水环成型原理建立了层流水环流动数值模型,并通过对比实验结果验证了该数值模型的正确性,据此研究了新型水环发生器不同间隙厚度的水环维稳特性和螺旋叶片对水环维稳特性的强化效果.结果表明:间隙厚度过大过小都不利于水环的形成和稳定,当流速为1m/s时,在直径为19mm管道中,发生器间隙为1.4mm所产生的水环较稳定,即间隙厚度与主管段直径比为3∶20时效果最好;采用螺旋叶片结构可以将水环稳定长度由150mm提高到500mm,增幅达2.3倍.