连续采煤机工作面硬质包裹体分布的模拟研究

短壁工作面上硬质包裹体的分布直接影响连续采煤机的截割阻力、机器振动、工作噪音和截割的经济效益。文章在假定包裹体的几何形状为旋转椭球体的情况下,对长轴尺寸服从均匀分布、正态分布、指数分布、威布尔分布、伽玛分布和贝塔分布下的硬质包裹体在煤层中的分布进行了计算机模拟,并分析了各种情况的特征,为了解连续采煤机工作面硬质包裹体的分布、研究其截割过程和机器的工作性能创造了条件。     

基于Fluent采空区瓦斯抽采仿真模拟在寺河矿的应用研究

为了提高晋煤寺河矿采空区瓦斯抽采效率低的现状,结合寺河矿采空区瓦斯抽采模式,通过分析寺河矿煤层特性,采空区抽采方法,建立瓦斯抽采模型,应用仿真模拟软件对不同瓦斯抽采方案的瓦斯运移规律进行仿真模拟,对模拟结果进行对比分析最后制定和改善了具体的采空区瓦斯抽采实施方案。     

掘进工作面瓦斯涌出规律研究

通过对潘一矿掘进工作面涌出量进行实测,对工作面瓦斯涌出来源及构成进行了分析。利用回归分析法,找出了工作面落煤、煤壁瓦斯涌出规律,为工作面的通风管理与安全生产提供了必要的技术指导。     

高位抽采下近距离煤层采空区复合致灾数值模拟研究

从煤矿井下安全生产的角度出发,以西铭矿近距离煤层采空区的特点为例,建立了一种高位巷抽采下近距离煤层采空区三维模型。通过Ansys Fluent对采空区气体流动控制方程和非均匀瓦斯释放源项、浮煤耗氧源项进行三维稳态解算发现,随着高位巷抽采流量的不断增大,抽采瓦斯总量逐渐升高,抽采浓度和抽采效率逐渐降低,在抽采流量升至30 m3/min后,所有变化趋势变缓。上部邻近煤层高氧浓度富集区不断增大,下部遗煤处无明显变化。研究表明,采用抽采流量都为20 m3/min的高位巷与上隅角埋管相结合的瓦斯抽采方法能有效控制采空区复合致灾隐患。     

偏W工作面采空区氧气、甲烷气体组分的分布规律探究

为了得到采空区内部气体组分的分布规律,基于气体浓度场数值模拟的理论基础,运用CFD仿真方法,对固定风量下段王矿偏W型工作面采空区内部浓度场的分布进行建模和仿真。然后,对比现场实测数据与仿真结果,发现二者在变化趋势上是一致的,验证了模型的合理性。在此基础上,对采空区内部气体组分的分布规律进行探究,获得CH_4和O_2的浓度分布规律,为作业环境中瓦斯与自然灾害的防治提供依据和指导。     

基于PCA-GA-BP的回采工作面瓦斯涌出量预测模型研究

为进一步提高回采工作面瓦斯涌出量预测的准确性,建立了主成分分析法(PCA)、遗传算法(GA)、BP神经网络相结合的预测模型。该模型采用主成分分析法降维处理原始输入数据;将主成分分析结果作为BP神经网络的输入,消除冗余信息;然后采用遗传算法优化BP神经网络的初始权值和阈值,有效克服BP神经网络极易陷入局部最优的问题。选取某矿井回采工作面的实测数据进行分析,结果表明,该模型较单一BP神经网络预测精度高,能更有效地实现回采工作面瓦斯涌出量的高准确度预测。     

区域构造应力场对煤与瓦斯突出影响的数值模拟分析

依据地质动力区划方法,对鹤壁八矿进行Ⅰ～Ⅴ级活动断裂划分,确定了区域构造的特征。分析了煤层的顶板岩性和构造断裂特点,并在此基础上建立了构造应力计算模型。结合对矿区地应力测量和岩体应力状态分析,确定了岩体应力状态的分布规律。通过对结果的分析,认为区域构造应力场控制鹤壁八矿地应力的分布状态,从而决定煤与瓦斯突出呈区域性分布。确定了易发生煤与瓦斯突出的应力升高区的位置,为开采煤层时何时何地采取防突措施提供了科学依据。     

基于K-CV&SVM的工作面煤层瓦斯含量预测

为进一步提高工作面煤层瓦斯含量预测的准确性,将交叉验证方法(K-CV)和支持向量机(SVM)相结合,建立预测模型。该模型在SVM的基础上采用交叉验证的思想,寻找最佳参数cg,最大限度地消除由于个别样本的较大误差对预测模型的影响,提高预测模型的准确性。选取告成矿工作面煤层钻孔的实测数据进行实例分析,结果表明:该模型较单一SVM预测精度高,能有效预测工作面煤层瓦斯含量。     

顺煤层水力割缝抽采煤层瓦斯渗流规律数值模拟

为得到顺煤层水力割缝抽采瓦斯渗流规律以及预测水力割缝后瓦斯气体抽采量,结合渗流力学和弹塑性力学理论,建立了水力割缝抽采煤层瓦斯的固流耦合数学模型,同时给出了相应初始条件及边界条件。利用Madab计算得到顺煤层水力割缝后煤体应力场、瓦斯压力场以及瓦斯抽采量变化规律。数值模拟结果显示：水力割缝后,煤体有效体积应力得到释放;沿割缝方向储层卸压效果明显;煤层内裂隙、裂缝数量增加,长度和张开度增大;煤体渗透性能增强;煤层气抽采量较普通钻孔有较大幅度的提高。模拟结果显示了顺煤层水力割缝抽采煤层气的优势。此模拟方法对煤层气增产工业中确定水力割缝工艺参数以及预测瓦斯产量具有重要的指导意义。     

基于PCMRA-SVM的采煤工作面瓦斯涌出量预测

为了准确、快速地预测采煤工作面瓦斯涌出量,针对瓦斯涌出系统的特点,提出了一种基于PCMRA-SVM的瓦斯涌出量预测模型。以钱营矿的25组瓦斯涌出量观测数据进行仿真实验,并与BPNN、SVM、CIGOA-ENN方法的预测结果进行对比。结果表明:PCMRA-SVM模型的最大、最小和平均相对误差分别为4.06%、0.02%和1.73%,均优于CIGOA-ENN、SVM、BPNN,验证了所提出模型的有效性、可靠性及准确性。     

采空区瓦斯源位置对高位抽采的影响及优化措施研究

为提高高抽巷对采空区下部涌出瓦斯的治理效果,基于流体动力学、传质传热学理论,结合采场覆岩裂隙演化规律,构建三维多场耦合解算模型。运用Fluent软件分别模拟了采空区顶板、底板及整体涌出时的瓦斯运移积聚特征,并对高抽巷抽采和上隅角瓦斯浓度进行了量化对比分析。结果表明,顶板瓦斯涌出时,高浓度瓦斯积聚于采空区上部,主要靠分子扩散和机械弥散与下部漏风混合;采空区整体及底板瓦斯涌出时,"瓦斯-风流"的主要混合方式向对流扩散转变,采空区上部积聚瓦斯浓度降低,更多瓦斯随下部漏风涌向上隅角,高抽巷抽采浓度和上隅角瓦斯控制能力下降;此时,通过隅角封堵控制漏风,能够大幅提高抽采效率,在较低抽采流量条件下实现上隅角瓦斯治理。     

三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究

针对大部分水库调度模型中水沙输移计算大幅简化且与库水位计算过程间只有单向耦合的问题,本研究构建了基于激波捕捉式有限体积法与河网算法的库区水沙调度模型.该模型采用河段连接单元内水沙质量与动量守恒方程的准二维求解算法,河网算法可以反映干支流交汇角的影响,并且使用OpenMP技术实现了并行求解.该模型的水库调度模块将调度方案表示为5个触发条件和4个调度指令参数构成的调度规则表,由水沙动力学模型向调度模块提供入库监测断面的水沙条件与实时更新的水位库容关系,水库调度模块为水沙动力学模型提供库区下游边界条件,从而实现两者双向耦合.采用2020年三门峡库区实测水沙数据进行了模型验证,库区三个河段的水位、流量和含沙量计算结果与实测值相符,在坝前水位最快下降速度达到2.3 m/h的敞泄排沙时段,数值计算过程稳定且成功预测了出库沙峰.针对近年黄河来沙量减少而潼关高程下降趋势并不稳定的问题,应用模型开展了三门峡水库水沙调度过程的数值模拟研究,通过对不同的汛期和非汛期调度方案的模拟分析,初步确定了坝前控制水位对于年内库区冲淤量和潼关高程影响显著的时期,研究结果可以为三门峡水库调度方案进一步优化提供思路.     

基于棋盘型高拓扑热沉结构不同喷嘴射流分布结构的数值研究

电子或电力电子芯片的高密度热流换热问题是制约芯片技术的核心问题之一.本文针对棋盘型喷嘴射流/歧管/微针翅复合结构拓扑形态设计和几何构造参数影响关系进行数值模拟研究.建立喷嘴阵列在正方形、正六边形和菱形三种拓扑结构下换热单元的计算模型,分析各拓扑结构不同参数尺度的流动换热性能.计算结果表明,当射流孔和微针翅的直径分别为5...     

三角翼前缘涡轴向速度的数值模拟研究

本文通过数值模拟的方法研究了雷诺数和攻角对76°大后掠三角翼和50°中等后掠三角翼前缘涡轴向速度的影响.前缘涡速度沿轴向的变化趋势反映了三角翼前缘涡的产生、发展及其演化过程,计算结果表明,后掠角、攻角和雷诺数共同影响前缘涡轴向速度的发展和展向分布特征,其中雷诺数是最重要的影响因素.较高雷诺数下,大后掠三角翼和中等后掠三角翼前缘涡轴向速度呈现出常见的射流型轴向速度分布;而降低雷诺数至105以内时,中等后掠三角翼前缘涡轴向速度剖面为尾流型,大后掠三角翼在较小攻角下也表现出尾流型的特征.     

裂隙介质两相渗流数值模拟研究

以离散裂隙概念为基础建立了离散裂隙型模型,该模型通过对裂隙的降维处理提高了计算效率并适用于所有类型裂隙介质的渗流研究。详细阐述了离散裂隙型模型的基本原理及其两相渗流数学模型,基于Galerkin加权残量法建立了该模型的有限元数值计算格式。通过单裂隙中的Buckley–Leverett两相渗流算例验证了数值算法的正确性。以裂缝性油藏注水开发为例,应用离散裂隙型模型分别对2种不同类型的裂隙介质进行了实例研究。数值计算结果表明：裂隙的存在导致了岩体的强烈非均质性和各向异性,其中裂隙的方位、大小、连通性及其类别对裂隙介质两相渗流均有着重要的影响;正确认识裂隙的分布及其类别对于裂缝性油藏的开发动态研究及其注采井网的布置有着重要的实际意义 。     

多时间步长结冰数值模拟方法研究

时间步长是影响飞机结冰数值模批精度的重要参数之一。本文通过求解雷诺时均N-S方程,湍流模型采用k-ε两方程模型,获得空气流场,求解水滴运动轨迹方程获得水滴撞击特性,基于Messinger热力学模型求解能量和质量守恒方程计算冰形。并采用扇形分区法,更新机翼前缘结冰区网格,保持网格拓扑结构不变,实现多时间步长结冰数值计算。比较了采用单时间步长法争多时间步长法对翼型表面结冰增长数值模拟的计算结果,并与冰风洞试验数据及LEWICE预测数据进行对比。在此基础上,计算分析了不同时间步长对部件表面的结冰冰形的影响。结果表明,只有采用多时间步长法进行飞机结冰数值模拟方是有效的,并且存在一个合适的时间步长,既满足计算精度要求,又能提高计算效率。     

三维Hall MHD数值模拟中初始载流子对场向电流分布的影响

用Hall MHD数值模拟的方法研究了Hall等离子体中不同初始粒子载流情形下磁场拓扑形态结构的改变以及场向电流与Alfven波的产生．在考虑了初始离子载流子的影响后,模拟结果中磁场的拓扑形态结构更加复杂．模拟结果中除了传统的By四极结构以外,还出现了一个与传统By四极结构相反的反四极结构,这种结构的出现使Hall MHD理论能解释完全电子载流情形下不能解释的观测现象,作为事例给出了Cluster卫星观测事例．同时还得出以下几个非常有意义的结果：1）受Hall效应影响的区域（空间变化尺度小于或相当离子回旋半径的区域）电子与离子分离．在非Hall效应影响的大部分区域,受初始离子＋y方向运动的影响整个磁结构向＋y方向偏移;而在受Hall影响的较小区域,受电子运动影响磁力线向-y方向弯曲．随之,By产生;2）由于By的出现,场向电流（FACs）产生．与完全电子载流的情形相比,结果中场向电流分布的中心随离子载流比例的增加向＋y方向偏移,场向电流主要分布在y〉0的区域;3）模拟结果中Ae≈0．76,Ai≈1．36,Ae×Ai≈1．03,完全符合Hall等离子体中的瓦伦关系,证实了Alfven波的存在．     

爆轰波绕射问题的高精度数值模拟研究

高精度数值模拟方法在具有化学反应及强间断的炸药爆轰问题数值模拟中具有重要的应用价值.本文通过求解柱坐标系下二维轴对称反应流欧拉方程组,采用基于Level set界面捕捉方法的欧拉型高精度多介质数值方法,编写了凝聚相炸药非理想爆轰程序,并对TATB基炸药在拐角效应中的死区现象进行了数值模拟研究.通过对比基于压力的点火增长...     

弹体高速侵彻混凝土的数值模拟及实验研究

进行了100 mm直径弹体800 m/s速度下侵彻混凝土靶的试验,得到了大尺寸弹体高速侵彻1 m直径混凝土间隔靶的结果.运用数值模拟,研究了大尺寸弹体高速侵彻混凝土靶中的靶板设计问题,得到了较好的靶板设计方案.数值模拟能一定程度上辅助研究大尺寸弹体侵彻混凝土靶问题,对以后的实验设置和进一步的数值模拟有指导意义.     

百叶窗式翅片散热器的数值模拟和实验研究

先对百叶窗式翅片散热器进行了理论计算;然后对其物理模型进行合理的简化处理,利用ANSYS软件,采用SIMPLE算法和标准k-ε湍流模型,通过求解三维N-S方程和能量方程模拟了散热器的散热过程;最后进行了试验研究。试验测试和理论计算、数值模拟三者数据基本吻合,说明数值模拟方法能真实反映百叶窗式翅片散热器的传热特性,为散热器的设计和改进提供理论依据。