山岭隧道衬砌外水压力公式解析研究

隧道衬砌外水压力问题,一直是人们关注的焦点。本文以甘肃木寨岭隧道为工程实例,考虑地下水渗流流速对于衬砌外水压力的影响,运用线性渗流定律及地下水动力学理论,推导出隧道衬砌外水压力及隧道毛洞涌水量的理论计算公式,并与其他经典、经验公式进行了对比验证分析。通过对推导公式的解析,得出了影响隧道衬砌外水压力大小的各因素主次关系,依次是：衬砌渗透系数>注浆圈渗透系数 >注浆圈厚度>渗流流速,其研究成果可对隧道设计施工和安全管理提供理论指导。     

无隔水管海底泵举升系统井底压力计算与分析

在无隔水管海底泵举升系统(riserless mud recovery system, RMR)钻井中,当钻井泵停止工作时,可能会发生U型管效应,而U型管效应的发生势必会导致井底压力处于不平衡状,发生溢流的概率将大大增加。为了能够在U型管效应发生期间,对井底压力进行控制,保持井眼稳定,通过建立RMR系统在停泵工况下的U型管效应环空返速数学模型,对RMR系统在该期间的环空返速和井底压力变化进行了模拟,分析了在恒定井底压力下海底泵入口压力和海底泵出口流量的变化规律。结果表明：海底泵入口流量越小,可调区间越大;钻井泵停泵前流量越大,维持井底压力恒定下的时间越短,钻井泵停泵前27、32、37、42 L/s时流量可调的截止时间分别为21、19、18、16 min。形成了适用于RMR系统在该期间进行井底压力控制的流量调节方法,为实际作业时的井控方法和操作提供了理论指导。     

低渗岩心自发同向渗吸启动压力梯度计算方法

基于Backly-Leverett水驱油理论,考虑自发同向渗吸过程润湿相前缘向前推进突破岩心出口端前、后时的渗流阻力差异,建立了考虑重力、毛管力、黏滞力和启动压力梯度的一维低渗岩心同向渗吸数学模型;利用建立的数学模型,通过调整启动压力梯度表达式中油水相系数和指数,当计算得到的渗吸速度与时间的关系曲线与室内同向渗吸实验实测曲线实现较好拟合时,即可得到渗吸过程中启动压力梯度的大小及变化规律。通过对5组渗吸实验结果拟合表明,利用该数学模型能够有效计算自发同向渗吸过程中的启动压力梯度大小,可见该方法的建立对于进一步完善渗吸理论数学模型以及丰富启动压力梯度的计算方法具有重要意义。     

多孔氧化铝陶瓷内高温流体的流动及传热特性

通过仿真模拟的方法研究了模拟烟气、水蒸气及含尘烟气三类高温流体在多孔氧化铝陶瓷材料内的流动及传热特性。结果表明:随孔隙率增大,流体平均流速加快,流体进出口温降逐渐减小。三类流体中,水蒸气流速最大,在最大孔隙率下其流速达到66.64 m/s;烟气温降最显著,当孔隙率为0.3时,其进出口温差达到最大值85.6 K。随压差的增大,流体流速加快,其中受粉煤灰颗粒影响的含尘烟气流速增幅较小,流速仅从0.23 m/s增至0.93 m/s;另一方面,压差增大导致流体与壁面的热传导减少,模型内流体温降减小。含尘烟气流体扰动较大,当增大孔隙率和压差时,流速呈线性增长;尽管粉煤灰颗粒的存在强化了传热,但流体分子间的相互作用使得含尘烟气温度变化显著。     

排水管道堵塞时的CFD数值模拟

排水管道堵塞会降低其输水能力,严重时会影响区域排水系统的正常运行。堵塞后排水管道形成压力流,会在地面形成冒溢,本文针对压力流排水管道堵塞问题,用FLUENT软件对管道堵塞进行CFD数值模拟,分析了堵塞管道流态及堵塞程度单因子变量对沿管道长度方向压力和流速的影响。在基准工况下,堵塞位置后上方0~3 m区域流速增加,堵塞位置后下方0~5 m范围内流速降低,且在该区域下方形成水舌,对压力突变存在沿管道流动方向堵塞位置之后5 m范围内,堵塞使其前方位置产生憋压,后方产生失压。瞬间堵塞后,对于堵点较远区域流态及压力并无产生明显影响。堵塞高度、堵塞长度、堵塞位置对管道水流压力的影响顺序为：堵塞高度>堵塞长度>堵塞位置。     

圆形巷道围岩破坏机制解析及静动耦合响应力学行为

非等压圆形巷道围岩塑性区相关问题是影响围岩破坏失稳的重要因素。首先,基于Mohr-Coulomb破坏准则,分析非等压圆形巷道围岩塑性区边界条件,探究侧压系数对塑性区形成的影响机制。此外,利用ANSYS/LS-DYNA仿真平台对不同侧压系数下的巷道围岩力学行为进行静动载荷耦合响应数值模拟。结果表明：侧压系数的增大显著改变围岩有效应力的分布特征。有效应力场的分布特性与塑性区边界理论解具有一定的吻合性。不同侧压系数的应力场作用时,巷道围岩的变形具有显著的差异性,随着侧压系数的增大,围岩发生较大的非均匀性变形。静动耦合作用下顶板和底板的围岩破坏区域显著增加,但两帮围岩的破坏面积有减小的趋势。     

考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析

天然气管网余压资源利用是实现双碳目标的关键技术路径之一,压力能出力特性分析是支撑其高效利用的基础,为提高能源利用率和改善天然气管网运行经济性,提出考虑双重不确定性的天然气压力能出力特性分析方法。首先,提出一种并联式天然气管网压力能发电系统架构,并对其出力影响因素进行分析。然后,建立天然气网络模型及其各类负荷需求模型,并基于不确定性理论,构建考虑天然气流量与压力的双重不确定性模型;在此基础上,构建压力能出力?分析数学模型,并提出波动性指标对压力能出力特性进行分析。结果表明：①天然气压力能发电功率随膨胀机入口天然气流量、温度与压力增大而增大;②天然气压力能发电具有典型的时空特性与不确定性;③压力能发电波动性受时间尺度影响,时间尺度越大,波动性越强。     

水工隧洞衬砌底板缺陷诱因及其对结构安全的影响分析

水工隧洞长年运行会出现裂缝、磨损、掉块、冲坑等缺陷,极大影响工程安全。针对水工隧洞衬砌底板冲坑产生的原因及其对结构安全的影响问题,开展隧洞断面水力特征参数的数值模拟,从水力学角度分析衬砌底板冲坑产生的原因,并开展运行和检修工况下不同冲坑深度对衬砌结构受力的影响分析,结合监测数据与模拟成果对冲坑所在位置截面承载能力进行验算,结果表明：隧洞底板流速与紊动能均较大,在运行过程中受高速水流冲蚀作用最强,也最容易产生破坏。冲坑形成后主要对隧洞底板和边墙弯矩的对称性及数值影响较大,对轴力及剪力影响较小。受内外水压力控制的差异,相对于检修工况,运行工况下冲坑对结构安全的影响更加明显,冲坑导致截面抗弯刚度显著减小,随着冲坑深度增加,抗弯承载力逐渐减小,工程运行中应重点关注运行工况下底板混凝土的冲刷情况。     

基于EDEM的粮食立筒仓卸料动态侧压力研究

立筒仓卸料过程中,贮料流态不断变化,仓壁压力随之表现出不同变化规律。为研究卸料过程中贮料在粮食立筒仓中的流动状态和速度分布、贮料对仓壁产生的动态侧压力以及相应超压系数,采用离散元仿真软件EDEM对粮食立筒仓卸料过程进行模拟,分别选定两种不同卸料速度工况,并结合试验结果对比分析动态侧压力。结果表明：通过直接观察和整体流量指数分析筒仓内贮料流动状态,贮料流态与其所处的筒仓位置有关,发展进程为整体流动—管状流动—漏斗型流动;EDEM仿真模拟与试验结果的静态侧压力值接近、动态侧压力分布规律一致,且超压系数误差在合理范围内;卸料整体过程中,流速快工况的超压系数均大于流速慢工况;筒仓仓壁下部1/3hn范围内的动态侧压力突增最为明显,贮料内部不断重复动态拱过程致使仓壁卸料压力呈现不同震荡分布,且该位置的超压系数高于现行规范的水平侧压力修正系数Ch。EDEM离散元卸料仿真进行动态侧压力研究具有可行性,研究成果可为筒仓结构安全设计提供参考。     

风电场尾流干涉效应及布局优化研究

为探寻风电场尾流干涉效应及定量预报不同风电场布局下整体输出效能,从工程中预报单台风电机尾流效应使用最普遍的Jensen模型出发,基于风电场布局中上游风力机对下游风力机的遮蔽效应及遮蔽模式,构建尾流干涉效应数学模型,编制风电场尾流干涉效应预报程序,研究齐位排列方式下风电场整体输出效能随风电场规模、行列间距及风向角的变化规律,以及错位排列方式下风电场整体输出效能随错位间距和风向角的变化规律。结果表明：不同风电场规模下整体输出效能均随着行列间距的增大而增大,不同行列间距下整体输出效能均随着风电场规模的增大而减小;不同错位间距和风向角下风电场整体输出效能差异明显,需根据风电场所在地风向来合理安排风力机行列间距,以最大化整体输出效能。研究可为工程中预报任意风电场布局下风电机组尾流干涉效应及合理化设计风电场布局提供技术支撑。