采场三维气体流动和瓦斯运移规律的初步研究及其在采场瓦斯抽放中的应用

1 数学模型的建立本文对采场气体流动和瓦斯运移两方面的问题进行了初步研究和探讨,采用的研究方法是数学模型法和现场试验方法。本文建立了两个数学模型,一是采场三维稳定渗流数学模型二是采场瓦斯三维稳定分布数学模型。采场气体流动和瓦斯运稳实际上是非移定过程,但作为研究的基础和初步,本文只研究稳定问题。     

大面积采动地层水系调整的数学模型

大面积采动地层会诱发地面环境灾害，文中介绍了采动地层水系调整诱发的水资源流失、塌陷区积水，废旧采场积水、形成地下暗湖和水质污染等灾害；将采动地层视为连续介质和符合达西定律的流体，建立了描述采动地层水系流动的数学模型，对数学模型的适用条件进行探讨。     

采动影响下地下水流动规律

为了研究采动影响下地下水的流动规律,本文从理论基础出发,分析了在开采过程中应力场和渗流场的变化规律;建立了采动影响下应力场和地下水流动耦合模型;结合工程实际,采用FLAC3D软件对所建立的数学模型进行数值模拟,得到结果与工程实际基本一致,从而证明模型的可靠性。通过本文的研究,为煤矿开采过程中地下水防治起到积极作用。     

采场自然发火模拟计算的数学模型及其解法

当采空区内有自然发火时，将产生大量有害气体，使得采场气体成分发生变化，本文根据采空区内有害气体的运移规律，研究采场气体压力、一氧化碳等火灾气体浓度分布，预测采空区自然发火位置。本模拟研究将采场（包括工作面和采空区）作为一个系统，利用弥散动力学和渗流理论，建立采场气体运移的数学模型，采用有限元方法在电子计算机上进行解算，并可对计算结果进行处理和分析。同实测数据或直接物理实验相比，不仅容易实现，而且能提供比物理实验更详细的实验数据。     

采空区注砂防灭火最佳砂墙长度的确定

计算机模拟方法是研究和分析多孔介质（采空区）中汉体流动的有效方法，它在电子计算机上通过解算描述流体流动的微分方程进行数值模拟。本文通过实例求解根据弥散动力学和渗流理论建立的采场气体运移的数学模型，采用有限元方法在电子计算机上进行解算，利用所测得的实际数据反求系统的内部参数，对采场瓦斯、一氧化碳等有害气体的流动过程和浓度进行了数值模拟，求出最佳防火增长度。     

软、硬煤残余瓦斯含量差异性研究

针对具有软煤分层的突出煤体,为了更加准确地检验瓦斯抽采效果,必须研究瓦斯抽采后软、硬煤残余瓦斯含量之间的差异性.基于抽采条件下的瓦斯渗流场分析,考虑了煤层中存在软煤条件下对瓦斯流动及煤层的综合影响,通过建立瓦斯流固耦合方程,并结合钻孔抽采瓦斯的初始条件和边界条件,运用多物理场耦合分析软件模拟了抽采条件下软、硬煤的残余瓦斯含量的差异性.数值模拟结果表明:在相同的抽采时间内,软煤的残余瓦斯含量始终高于硬煤,软煤瓦斯含量降到8 m3/t需要180 d,硬煤瓦斯含量降到8 m3/t需要162 d.     

采场调压效果分析

本文介绍了采场调压方法和原理,并结合实例用采场空气流动理论分析了采场调压的效果.     

基于固—气耦合物理相似模拟的实验装置研究

采动裂隙演化与卸压瓦斯渗流耦合的物理相似材料模拟实验是研究采动影响下煤岩体渗透率变化规律及分布特征的基础,文中通过研制"固—气"耦合物理相似模拟实验台,设计耦合实验中的开采系统、充气系统和测试系统,进行了相似模拟实验及渗透率测定。开采系统保证箱体气密性的同时实现了煤层的模拟开采,测试系统验证了试验箱内气体在岩层中的流动规律符合达西定律,进而验证了实验装置的可行性,从而为研究采动裂隙场时空演化与卸压瓦斯渗流耦合规律的相似模拟实验奠定实验基础。     

采煤工作面高抽巷与回风巷合理内错距离确定研究

实践中发现,采煤工作面高抽巷与回风巷内错距离对采场瓦斯治理效果有明显的影响,为提高高抽巷瓦斯抽采效果,对确定两者合理内错距离进行了研究。首先,基于Brinkman、N-S、平移-扩散方程和Fick扩散定理结合采场气体的流动特征,建立了采煤工作面瓦斯流动耦合模型。然后,以某矿11210工作面为例,采用COMSOL Multiphysics多物理场耦合分析软件模拟不同内错距离情况下采场瓦斯浓度及流场分布特征,并结合生产实践进行了验证。结果表明:上隅角和采空区上部平均瓦斯浓度与内错距离呈"V"型关系,当内错距离约30 m时,平均瓦斯浓度最小,瓦斯治理效果最好。数值模拟分析结果与生产实践应用结果基本一致,说明确定的内错距离较合理。     

舰船物理场半实物仿真实验平台开发

该文针对舰船物理场海上测量实验经费耗费巨大且难于组织实施的问题,设计了舰船物理场半实物仿真实验平台。通过舰船物理场数学模型,模拟在不同航向和方位角情况下各类目标舰船通过时的物理场,采用声、磁和水压传感器感知物理场。实践表明,借助该实验平台,在实验室条件下就可以观测到舰船通过时的声场、磁场和水压场信号波形,并可通过测量存储的数据分析信号的时域和频域特征。     

板带式速冻机空载状况下速度场的数值模拟

通过对速冻机作适当的几何简化,建立了相应的数学物理模型.使用PHOENICS软件对速冻机内的流场进行了数值模拟,分析了板带运动、空气进口速度、流动通道高度及空气入射角等对内部流场的影响.研究结果表明,空气进口速度和通道高度的选取应综合考虑空气流速大小、流速均匀性和流动阻力损失等3方面因素;最佳空气入射角应为0°.     

等舒适性转轮除湿空调系统性能

分析了太阳能作为再生热源时等舒适性室内状态点下，两种类型的转轮除湿、蒸气压缩和蒸发冷却相结合的转轮除湿空调系统，建立了系统的物理模型并对系统进行数学描述，通过与相同条件下常规蒸气压缩空调系统的计算比较分析，得出转轮除湿空调系统的空气质量流量减少了9．74％，制冷剂质量流量分别减少59．7l％和71．43％；压缩系统性能系数分别提高了11．78％和16．38％；压缩机能耗分别节省了64．17％和76.35％；总负荷能耗分别节省了34．23％和42．32％．在室外工况不同时，发现在干热的气候条件下（如河南三门峡），系统节能明显，分别达到了69．94％和78．01％；而在湿热的气候条件下（如安徽蚌埠），系统节能不明显，但仍达到16．13％和23．82％．     

正交曲线拟合坐标和物理分步法在二维河道流速场计算中的应用

采用正交曲线拟合坐标和物理分步法，建立了一种天然河道二维流场的数学模型。通过计算实例说明，该数学模型对数值求解具有复杂边界河道的流速场很有效，可应用于工程实践。     

板翅式回热器试验与数值模拟研究

选取圆弧截面平直翅片板翅式回热器芯部中间冷热流体各两层作为控制单元体,引进对称面和内部耦合方法建立数学模型,应用Fluent软件对单元体进行三维数值模拟,得出了芯体内部的温度场、流场和压力场.对回热器芯体内部的换热和流动情况进行分析,得出了换热性能准则关系式和阻力性能准则关系式.通过对回热器运用稳态等流量进行传热性能和阻力性能试验,得出了相应的换热和阻力准则关系式,并将数值模拟结果与试验所得结果进行了对比分析.     

基于ATmega16L单片机的高炉透气性监测仪表的设计

选用ATMEL公司的ATmega16L单片机作为微处理器,研制了一种高炉透气性指数监测仪表,并利用仪表将自动检测到的与高炉炉况相关的冷风压力、热风压力、炉顶压力及冷风流量参数,通过优化的高炉透气性指数数学模型,得到高炉透气性指数,供操作人员进行即时炉况判断.     

卧管型多管旋风分离器的进气室内流场的研究

卧管型多管旋风分离器是一种新型高温、高效除尘设备.本文根据相似理论原理.设计了与卧管型多管旋风分离器进气室相似的实验模型.在入口总气量1580Nm~3/h下,用热线风速仪对模型中旋风管入口附近区域的流场进行了重点测试,总结出模型中旋风管入口附近的三维气流速度分布规律.并将其气流速度分布计算式无因次化.此流场分布规律可推广应用到与实验模型相似的装置上,为卧管型多管分离器进气室惯性分离模型的建立及其进气室的改进提出了必要的理论依据.     

蓄热式燃烧器内等温射流流场分析

为了解高温空气燃烧机理,建立计算机仿真模型,通过试验对仿真模型的有效性进行验证后进行蓄热式燃烧器内等温射流流场分析。结果表明,空气入口高速射流是产生回流卷吸和实现高温空气燃烧的主要因素,可采用一次燃料消耗空气中大部分氧气实现低氧燃烧来降低NOx产量,二次燃料入口距离与空气入口存在最优距离且其入射角度不宜过大,仿真计算结果与实验结果一致,验证了模型可靠性。研究成果对蓄热式燃烧器设计具有指导意义,也为热态射流流场分析奠定了基础。     

垂直井筒两相流温度场的模拟计算

井筒多相流体的物性参数和流变特性参数等均是温度的敏感函数,因此.精确计算井筒多相流体的温度分布是准确预测其压力分布、进行油井生产参数优化设计和工况分析等的重要基础.文中基于两相流动力学和传热学理论,建立了垂直井简及其周围地层温度场的数学模型.依据建立的模型,编制了不同开采工艺下的井筒温度场计算程序.并对单相和两相流体流动下的井筒温度场进行了计算与对比分析.     

空调房间气流组织的数值模拟

应用计算流体力学的理论和方法模拟建筑物室内通风空调气流组织的湍流流动 ;使用了K-ε模型与SIMPLE方法对室内气流组织进行模拟 ,并对方程的离散、耦合求解以及SIMPLE算法等数值计算问题进行了论述 ,并以带热源的空调空间的室内气流组织为实例作了数值模拟和讨论     

推钢式板坯加热炉流场、温度场和浓度场的模拟研究

针对推钢式板坯加热炉,建立加热炉内气体流动、燃烧和传热过程数学模型.采用计算流体力学(CFD)商业软件Fluent模拟得到加热炉炉内的温度场、流场以及反应物和生成物浓度分布.结果表明:通过预热空气至350℃和预热煤气至50℃,平均炉温能够达到1300℃,满足钢坯加热温度要求.由于加热炉结构复杂,使得炉内有明显的回流,预...