离散型两相流动的大涡模拟

大涡模拟(Large-eddy simulation,LES)的研究正在取得迅速进展.和雷诺平均模拟(Reynolds-averaged Navier-Stokes modeling,RANS modeling)相比,LES可以给出流动和火焰的瞬态结构,并且在不少情况下可以给出比雷诺平均模拟更准确的统计平均结果.本文作者及其同事从2002年开始,用大涡模拟研究了气泡-液体流动的瞬态结构.后来从2005年至今陆续研究了气体-颗粒两相流动的大涡模拟、气体绕过单个颗粒流动的大涡模拟、以及有蒸发和燃烧的油滴周围的流动的大涡模拟.本文对作者及其同事近期进行的上述离散型两相流动的大涡模拟研究给出了简要的综述,包括控制方程、亚网格模型、数值方法、主要的模拟结果及其实验验证.     

基于模拟有限差分的嵌入式离散裂缝数学模型

嵌入式离散裂缝模型划分网格时不需要考虑油藏内的裂缝形态,只需对基岩系统进行简单的网格剖分,可以大大降低网格划分的复杂度,从而能够提高计算效率.并且该模型可以将现有成熟的油藏数值模拟技术和离散裂缝网络模型有机地结合起来,能精细地模拟流体在裂缝性油藏中的流动.本文模型求解采用模拟有限差分方法,该方法基于单个网格的节点和面信息构造数值计算格式,理论上适用于任何复杂网格系统,且具有良好的局部守恒性,将其推广到嵌入式离散裂缝模型后,克服了该模型基于有限差分方法求解时不能有效处理全张量形式的渗透率以及不适用于复杂边界形状裂缝性油藏的局限性.最后通过实际算例验证了本文方法的正确性和优越性.     

土石坝渗透破坏溃决机理及数值模拟

提出了一个能正确反映土石坝渗透破坏溃决机理,合理描述土石坝从渗透通道发展坝体坍塌和漫顶溃决全过程数值模拟方法.该方法通过分析土体颗粒在渗透通道中受力情况,出了渗透破坏发生时临界起动流速;分别建议了可合理反映筑坝材料颗粒级配、密度、强度、渗透通道倾角和坝坡、摩阻流速水流速度对冲量影响计算渗透通道扩展大坝漫顶溃决后溃口发展过程坝体冲公式.应用该方法对两座因渗透破坏溃决典型土石坝溃坝过程进行了反馈计算分析,计算出溃口发展规律、溃口流量过程与溃坝洪峰流量值与测结果接近,验证了其合理性.该方法可用于土石坝渗透破坏溃决致灾后果评估和溃坝防洪应预案制定.     

SOFA技术对减轻锅炉水冷壁结渣的可行性分析及数值模拟

研究了水冷壁结渣的两个主要原因即还原性气氛和风粉气流,并提出了解决措施:适当的减弱还原性气氛,防止灰熔点降低.在深刻探讨水冷壁结渣成因的基础上,分析了采用SOFA技术解决这一问题的可行性,并利用CFD数值模拟得出了氧量、温度和氮氧化物生成的特点,模拟的结果为减轻水冷壁结渣和工程应用提供了一定的指导意义.     

两硬薄煤层综采工作面围岩运动规律与矿压显现规律研究

针对姜家湾煤矿8213薄煤层综采工作面的地质条件,并结合8213薄煤层工作面现场连续观测矿压数据,应用相似材料模拟和现场实测两种方法对工作面矿压显现规律及围岩运动规律进行研究.研究表明,姜家湾矿8213工作面老顶初次来压范围是40～41 m,老顶周期来压是12～22 m,来压期间矿压显现强度平均在20 MPa左右,顶板运动范围为工作面上方6～23 m.这说明薄煤层工作面顶板的运动范围较小,工作面来压强度较低.     

煤层冲击倾向性试验及数值模拟

冲击地压是一种特殊的矿山动力现象,而冲击倾向性是煤岩体发生冲击地压的内在因素和必要条件.对松树镇煤矿主采煤层进行冲击倾向性试验,对冲击能量指数、弹性能量指数和动态破坏时间三个煤层冲击能量指标进行分析,得出煤层无冲击倾向性.但对开采煤层数值模拟,得出深部煤层顶部最大主应力值、顶板下沉较大,需要实施一定的防治措施.这为该矿防治冲击地压提供了科学依据.     

镐形截齿截割不同硬质岩石的随机载荷模拟

在假设截齿的截割阻力和牵引阻力服从Gamma分布、侧向力服从正态分布并考虑其相关性的条件下,运用随机过程理论通过MATLAB编程对其进行计算机模拟。结果表明,三向力随谱氏系数_厂呈剧增趋势;牵引阻力是栽荷最大峰值的最大分力。通过模拟,可单独研究某一参数对截齿截割性能的影响,从而部分地替代实验和工程实测,节省大量的实验费用。     

隧道围岩施工监测及位移动态模拟分析

为了研究不同支护结构参数和不同开挖方法对围岩位移的影响,以百勺洋隧道为研究对象,通过现场实测、回归分析和数值模拟的技术手段,以大型非线性有限元软件ADINA为研究工具,建立有限元模型。通过改变锚杆支护相关参数和开挖方法,进行大量模拟运算。运算结果表明,随着锚杆长度的增加,地表点下沉量不断减小,隧道的底鼓幅度也逐渐减小,边墙的收敛量也逐渐减小;随着锚杆间距的增加,顶端最大下沉点的竖直方向沉降值增大,边墙收敛值也增大;开挖方法不同时,随着开挖步数的减少,地表下沉值增加,隧道底鼓现象也越明显。开挖步数越多,洞周收敛值越小。     

离心压缩机的扩压器内部流场分析及其结构优化

首先对等宽型无叶扩压器内部流动情况进行了较为详细的分析,在此分析基础上进行了两处改进：1）将等宽型无叶扩压器改为收缩型无叶扩压器;2）在原等宽无叶扩压器中加装导向叶片,并利用CFD软件（FLUENT）对改进后的扩压器内部流场进行数值模拟。从模拟结果上看：改进后的扩压器其内部流动不均匀情况得到明显改善,拥有了良好的气动性,从而有效地提高了压缩机整体性能。     

基于全生命周期的O2/CO2循环燃烧电厂的技术-经济评价

利用生命周期评价(LCA)和全生命周期成本(LCC)方法对2×300 MW 燃煤电厂和改造后的O₂/CO₂ 循环燃烧电厂进行技术-经济分析, 分别计算了全生命周期内的CO₂排放量、成本费用、发电成本以及减排成本. 计算结果表明, 全生命周期内, 在不考虑CO₂ 压缩情况下改造后的O₂/CO₂ 循环燃烧电厂CO₂ 减排率可达77.09%左右; 年成本费用约增加了5.9%, 净功率下降了约21.33%, 发电成本约增加34.77%, 减排成本约为28.93 USD/t; 在考虑CO₂ 压缩的情况下CO₂ 减排率约为73.35%左右; 年成本费用约增加了9.35%, 净功率下降了约26.70%, 发电成本约增加了49.13%, 减排成本约为45.46 USD/t. 在不考虑CO₂压缩情况下碳税约为24 USD/t 和在考虑压缩CO₂情况下碳税约为34 USD/t 时, 才有利于促进现有燃煤电厂改造进行CO₂ 减排.