裂隙岩体等效热传导系数探讨

对于裂隙岩体温度场的研究一般是按照各向同性介质进行处理，直接按照岩块热传导系数或者根据孔隙度计算的等效热传导系数进行计算．但在大量裂隙存在的情况下，由于不同走向裂隙填充物所起到的隔热作用，仍按照各向同性介质研究就存在误差．为考虑存在裂隙的影响，提出将热流量沿裂隙面方向及裂隙法向进行分解，按照热流量等效原理来推导等效热传导系数阵，并编制子程序进行验证．通过含裂隙算例的计算对比说明本方法是有效的，与常规方法差别很大，在同一位置点最大温差可达8．29℃．     

基于Lattice Boltzmann方法的1-3型复合材料热传导特征

基于玻尔兹曼输运理论及相关的格子玻尔兹曼方法对1-3型复合材料的热传导特征以及等效的热传导系数进行了详细研究.首先给出了计算热传导问题的格子玻尔兹曼法二维几速度不可压缩热模型以及边界条件(恒温、绝热)的处理方式,并在此基础上探讨了圆形、椭圆形、矩形和随机夹杂的1-3型复合材料的传热特征和等效热导率等,展示了给定时刻下,结构上的温度分布特征以及结构上某点温度随时间的变化特征等.数值结果表明:尽管夹杂截面形状对等效热导率有一定的影响,组分仍是等效热导率最主要的影响因素.     

低裂隙密度条件下三维裂隙岩体的有效渗透性

裂隙岩体的渗透性是许多地下工程的重要参数之一。低裂隙密度下岩体渗透性特征与目前广泛研究的高裂隙密度显著不同,并且具有强烈的不确定性。该文首先提出了一种裂隙多孔介质渗流数值方法,该方法建立在等效离散裂隙网络模型之上,采用二维三角形单元网络等效描述三维岩体的孔隙基质和裂隙,推导了等效单元导水系数的解析表达式。该方法自然考虑了裂隙与基质之间的流量交换,且无需添加额外的参数。随后,对不同裂隙密度、不同研究尺度的裂隙岩体渗透性进行了Monte-Carlo模拟。结果表明:裂隙网络是否贯通研究区域对有效渗透性影响巨大;裂隙岩体的有效渗透性在低密度区间内存在独有的尺度效应;将岩体的渗透性依据网络是否贯通分类后,两类渗透性平均值依据样本尺度呈现规律变化,该规律能够用帮组建立不同尺度下岩体有效渗透性之间的关系。     

部分充填周期性裂隙岩体渗流理论分析与试验

为研究部分充填周期性裂隙岩体的渗流特性,建立了岩体渗流分析模型.基于无充填裂隙中流体满足Navier-Stokes方程和多孔介质中渗流满足Brinkman-extended Darcy方程,采用不同介质交界面流速相等且剪应力连续的边界条件,推求出部分充填周期性裂隙岩体中流体的流速分布,并给出了岩体等效渗透率的理论表达式.研制渗透试验装置,选用混凝土模拟岩石基质,混凝土间的缝隙模拟岩体裂隙,砂岩模拟充填物,进行部分填充裂隙岩体的等效渗透试验.试验测得的结果与理论计算值相比,二者差值很小,试验很好地验证了等效渗透率表达式的有效性.     

热塑性复合材料等效导热系数测定方法

为了提高热塑性复合材料的导热性,为热塑性复合材料的开发与应用提供依据,研究了一种热塑性复合材料等效导热系数测定方法。将聚酰亚胺模塑粉、胶体石墨和炭纤维作为原料,制备热塑性复合材料,搭建复杂环境下导热系数测试实验平台,通过稳态法对理论上单一材料的导热系数进行计算。把填料转换成体积含量,研究热塑性复合材料导热性能,发现填充石墨和炭纤维的热塑性复合材料导热性能有很大的不同,需研究一种通用的热塑性复合材料等效导热系数测定方法。生成等效结构,在此基础上,依据常物性、无内热源与稳态热传导对热塑性复合材料等效导热系数进行测定,利用从底向上的计算方式求出等效导热系数。通过实验测试平台测量炭纤维填充热塑性复合材料和石墨填充热塑性复合材料,结果表明,所提测定结果基本分布于实测数据周围。通过人为添加满足正态分布的实验误差当成实验测量值对等效导热系数进行测定,所提方法可在测量误差情况下给出准确的热塑性复合材料等效系数测定结果。可见所提方法测定结果准确。     

玻化微珠保温砂浆导热系数模型研究

基于最小热阻力法则和均匀化方法估算了玻化微珠保温砂浆的等效导热系数.用ANSYS模拟玻化微珠保温砂浆二维单元胞体的热传导,发现对热阻网络的横向热阻的极端考虑会给计算结果带来误差.用ANSYS计算的三维单元体模型的等效导热系数值与3种理论计算值进行比较,发现用假设横向热阻无穷小与假设横向热阻无穷大求得的单元体等效热阻的平均值作为单元体的等效热阻来求单元体等效导热系数更精确,最后实验也验证了这一结论.实验值与本文提出的理论模型计算值偏差仅为0.2%,证明用该方法来估算玻化微珠保温砂浆的导热系数是可行的.     

基于分形网络模型的裂隙岩体渗流特性分析

基于分形网络模型提出了裂隙岩体渗透率参数估计方法。采用网格模板方法产生具有分形结构的岩体裂隙网。根据渗流网络的并联原理,建立了岩体裂隙网络等效渗透率计算方法。研究表明,岩体裂隙网络系统的等效渗透率随着裂隙分形比例因子和分级数目的增加而增加。裂隙岩体的等效渗透率能够采用分形网络方法进行解析预测。     

裂隙岩体等效导热系数影响因素的分析研究

为研究岩体等效导热系数各影响因素的作用机理,通过ADINA数值模拟和室内试验,分别分析了孔隙率、裂隙、裂隙水流速和流体粘性等信息元对岩体等效导热系数的影响。结果表明:等效导热系数与孔隙率、流体粘性呈负相关关系,并且在裂隙的不同方向上存在差异;低流速时,等效导热系数与流体流速呈正相关关系,超过某一临界流速呈负相关关系。为复杂条件下导热系数的确定以及更加准确的分析温度场分布情况提供了新方法和依据。     

基于裂隙岩体渗透张量的水封油库水幕布置方式研究

为研究岩体渗透张量对于水封油库水幕布置方式及渗流场的影响规律,推导了等效渗透张量计算公式,模拟分析不同渗透张量与水幕布置方式组合下的渗流场。通过二维裂隙介质网络模型求得不同方向渗透系数,并拟合成渗透椭圆,求得等效渗透张量。开展了不同等效渗透张量和不同水幕布置方式的数值模拟,进行了渗流场及洞周速度分析,并采用黄岛油库进行了分析验证。研究结果表明:裂隙介质可通过各方向渗透系数的计算求出等效渗透张量,通过分析不同渗透张量与水幕布置方式组合,得出应采用水幕孔垂直于渗透主方向的布置方式。     

机床固定结合面等效刚度系数和阻尼系数的研究

研究了确定机床固定结合面的等效刚度系数和等效阻尼系数的新方法。采用迭代计算和动态测试相结合的方法，在多种不同结合面条件下进行了实验和计算，得到了大量的实用数据，并且建立了机床固定结合面的等效参数通用数据库。     

水力压裂裂缝壁面上热流密度函数的推导

许多压裂的油气井都具有较高的地层温度 .为了获得最佳的压裂效果 ,在压裂设计计算时应该考虑裂缝中温度变化对压裂液流变特性和滤失速度等的影响 .因此 ,需要建立水力压裂裂缝中的温度场模型 ,用于计算施工过程中裂缝中压裂液的温度随时间和位置的变化 .根据热能平衡方程 ,建立起了滤失和非滤失裂缝缝面附近地层中温度的偏微分方程 ,然后借助于拉普拉斯变换和逆变换 ,获得了这两种情况下 ,裂缝壁面上的热流密度函数 .通过算例分析发现 ,裂缝壁面上的热流密度随注液时间的增加而减小 ;对于滤失性裂缝壁面 ,压裂液的综合滤失系数和地层的孔隙度越高 ,热流密度越低 .     

高海拔地区铁路隧道施工期围岩热流密度数值模拟研究

冷负荷预测是隧道施工的重要任务,目前传统隧道冷负荷预测方法无法满足高海拔铁路隧道施工环境。为高海拔铁路隧道的冷负荷预测提供准确方法,本文建立一个热湿耦合多孔介质模型,考虑围岩孔隙率和低压环境对隧道围岩热流密度的影响。建立高海拔铁路隧道围岩热流密度预测模型。分析渗流水和衬砌的存在对围岩热流密度的影响,对比不同环境参数对围岩热流密度的影响。结果表明,隧道的冷负荷取决于围岩的热流密度。预测模型可以准确计算隧道围岩热流密度,其均方根误差（RMSE）为0.573 W/m2。围岩渗流水和衬砌对隧道热湿环境产生显著影响。压力对围岩热流密度的影响最小。围岩温度每升高10 ℃时,围岩初始热流密度增加了58.74 W/m2。此外,每当隧道目标温度增加4 ℃或孔隙率增加0.1,分别导致围岩初始热流密度减少了23.5和0.14 W/m2。本文可以为实际高海拔铁路隧道工程的冷负荷预测提供新的理论方法和参考依据。     

附件机匣出油口润滑油温度计算方法

附件机匣出油口温度是飞机发动机多种部件设计时所需的重要参数.机匣出油口润滑油的温度、机匣内部润滑油温度场的分布和机匣壳体散热量三者互为计算条件,给计算带来困难.推导了机匣壳体散热量的理论计算模型,研究了用有限元软件计算散热量的方法,此外应用迭代方法解决了机匣内润滑油温度场未知的问题,计算出机匣壳体的散热量,从而得到附件机匣温度场的分布和机匣出油口润滑油的温度.经验证:计算结果与经验值相符,经验值偏于安全.编制出的利用ANSYS结果数据库计算散热量的程序,能够计算形状和边界条件复杂以及各向异性导热体的散热量,与理论计算值相比该程序的计算误差小于1%.     

焊接热循环非线性温度场分析及热模拟研究

为了更好地研究材料的损伤行为,对焊接接头温度场进行了非线性分析和模拟。利用有限元方法,对焊接接头的非线性热传导问题进行分析,得到了焊接热循环曲线。非线性数值分析表明,焊接保温时间缩短,温度场梯度增大,焊接热循环过程温度变化剧烈,在金属相变温度附近采用经典线性方法其结果偏差较大,因此必须考虑材料热传导参数的非线性特征。由于焊接热模拟试样的组织均匀度大,因此可以考虑使用焊接热模拟试样代替实际焊接接头进行材料的力学性能研究。焊接热模拟实验和实际焊接过程的金相分析表明,所提出的非线性有限元分析方法,对焊接热循环过程时间和空间分布的描述是可靠的。     

三角形并联微通道换热特性研究

基于Navier-Stokes方程的传统理论,把整个实验硅晶片上的所有并联微通道纳入计算区域,通过FLUENT商业软件对其进行数值模拟.计算得到的温度场和实验结果的红外成像数据对比,吻合得很好,从而验证了数值计算的正确性.对并联通道中的不同通道计算结果表明,不同微通道中流量几乎没有差异,但是不能完全忽略热流密度的差异.此外,通过三角形微通道在壁面上的热流密度分布很不均匀,与矩形通道截然相反;轴向导热对热流密度的分布有很大影响.在进出口温差较大时,用进出口平均温度作定性温度计算的结果与变物性计算的结果相比,误差很小.     

岩体初始地应力场对地下洞室围岩变形及应力的影响

基于施工力学的分析方法,建立了地下洞室开挖仿真计算的有限元列式、施工过程中岩体初始地应力场的释放上的卸荷是影响洞室稳定的主要因素,结合工程实例计算,分析了初始地应力场对地下洞室围碉变莆、应力的影响,结果表明,岩体的初始应力场侧向应力分量愈大,洞室侧墙内缩位移愈大而环向压力测有所减小,并使得顶拱沉降位移减小,环向压应力增大。     

基于正交试验的寒区隧道温度场影响因素敏感度研究

影响寒区隧道温度场的因素众多,建立基于有限差分的隧道非稳态传热计算模型,以实际寒区铁路隧道南山隧道为例,采用正交试验法分别以隧道衬砌内部节点平均温度、隧道某断面衬砌温度和隧道洞口纵向冻结长度为指标对影响隧道温度场的各因素进行敏感度研究.结果表明:不同指标下各因素敏感度排列有局部差异;总体来讲,隧道埋深、洞内风向、隧道断面大小、洞内风速、入口风温、围岩导热系数、隧道埋深是影响隧道温度场的主要因素,围岩比热容、围岩密度是影响隧道温度场的次要因素.在寒区隧道抗防冻设计中,除去围岩比热容、围岩密度、围岩导热系数、入口风温等不可更改因素,对隧道温度场影响较大的隧道埋深、洞内风向、洞内风速、隧道断面大小、隧道埋深等隧道设计参数必须合理设置.     

双辊薄带下不锈钢铸轧过程的耦合数值模拟

采用有限元法模拟了双辊铸轧不锈钢过程的流热耦合问题;分析了铸轧速度对熔池内流场、温度场的影响以及流场与温度场之间的相互影响;给出了凝固过程中熔池与铸轧辊之间的热流密度变化趋势及随铸轧速度的变化规律,并把此模拟的结果与试验的结果相比较,吻合较好;通过熔池内温度场及温度梯度分析了熔池内凝固的发展及其对热流密度变化的影响·此模拟结果可以为控制铸轧过程的稳定提供有效的数据     

Numerical method to determine mechanical parameters of engineering design in rock masses

This paper proposes a new continuity model for engineering in rock masses and a new schematic method for reporting the engineering of rock continuity. This method can be used to evaluate the mechanics of every kind of medium; and is a new way to determine the mechanical parameters used in engineering design in rock masses. In the numerical simulation, the experimental parameters of intact rock were combined with the structural properties of field rock. The experimental results for orthogonally-jointed rock are given. The results included the curves of the stress-strain relationship of some rock masses, the curve of the relationship between the dimension Delta and the uniaxial pressure-resistant strength sc of these rock masses, and pictures of the destructive procedure of some rock masses in uniaxial or triaxial tests, etc. Application of the method to engineering design in rock masses showed the potential of its application to engineering practice.     

碳酸盐岩酸蚀裂缝渗流-传热特性

充分认识流体在碳酸盐岩酸蚀裂隙面上的渗流传热特性,实现地热能的可持续开发利用是十分必要的。针对碳酸盐岩热储非均质性和缝洞发育的突出特点,采用自主研发的实时高温常规三轴试验系统,能够真实模拟岩石裂隙的真实对流换热过程。采用试验和模拟相结合的方法,进行了碳酸盐岩裂缝渗流传热耦合机理研究。结果显示,裂缝表面进行非均匀性溶蚀,形成一条具有导流能力的人工裂缝,达到改善流体渗流条件的目的;在温度一定的条件下,对流换热系数增幅与流量、压强呈正相关;采用COMSOL Multiphysics软件对碳酸盐岩单裂隙渗流传热过程进行了模拟计算,开展了实际热储层环境条件下对流换热仿真分析,实验结果验证了数值模拟的正确性与可靠性,获得了储层温度场的演化规律。