气流对工业火炬火焰稳定性影响的研究

为了明晰工业火炬头在气流作用下容易烧坏的原因,建立了火炬头湍流燃烧模型,采用DES(detached eddy simulation)方法对直径D=100 mm的火炬头在风速U=20 m/s时的燃烧情况进行模拟。对流项和扩散项均采用二阶迎分格式离散,压力速度耦合采用SIMPLE算法。研究表明:①冷流流场中CH4的混合和输运过程受火炬筒体背风面形成的大涡控制;②燃烧流场中燃烧过程也受火炬筒体背风面形成的大涡控制;③空气绕流火炬筒体在其背风面形成的涡是火炬头容易烧坏的主要原因。     

空化效应下高压喷嘴结构对燃油喷雾特性的仿真研究

针对喷孔内部出现的空化现象,运用计算流体力学和计算燃烧学,数值模拟了喷嘴结构对燃油喷雾及燃烧情况。结果发现:喷孔入口圆角半径和喷孔直径对燃烧过程都有显著影响。喷孔入口圆角半径的增加以及喷孔直径的增大,从根本上都会使得对燃油初次破碎起重要作用的喷孔内部空化现象减弱,从而降低燃油与空气形成的混合气质量,并最终对燃烧过程产生不利影响。喷孔夹角的增大虽然使得喷孔内部的空化现象得到加强,从而改善燃油的初次破碎情况。喷孔长度对燃油的喷雾特性,几乎没有任何影响。     

考虑孔渗变化的非稳态渗流煤储层压降传播规律

基于平面径向渗流理论及煤岩特殊性质,建立了内边界定产水、外边界无限大条件下,排采初期单相水非稳态渗流模型。应用Matlab软件模拟计算了韩城地区两类压降漏斗变化形态;并分析了储层压降传播规律及控制因素。研究表明:纵向压降与扩展半径及时间的比值λ可以用来表征煤储层压降能力强弱,λ越小,压降漏斗水平扩展越明显;λ越大,纵向加深越明显;控制压降漏斗形状、影响压降传播的主要因素分为工程和地质因素,包括排水速度、井网井距、煤层厚度、孔渗条件、水文地质条件等。     

近距离煤层内错式开切眼合理错距的研究

为探究近距离煤层内错式开切眼水平错距的合理选取问题,以神东矿区某矿为工程研究背景,通过构建力学模型得到上覆煤层遗留停采煤层产生的附加应力对下方开切眼的应力解析解,采用数学分析得到下煤层的水平停采距离的合理范围,并运用FLAC3D数值模拟软件分析不同水平错距下切眼位置所处的应力环境,得到下煤层开切眼停采的水平距离为50 m时能够满足巷道布置要求。通过地质雷达进行开切眼巷道的围岩松动圈的测试,得到开切眼巷道松动圈的范围为3.1 m~3.8 m,切眼巷道左帮的破碎范围大于顶板,开切眼巷道围岩完整性较好。研究结果表明,下煤层内错式开切眼停采水平距离为50 m时,开切眼巷道能够满足工作面的正常回采。     

330MW四角切圆锅炉燃烧器分层布置防结焦优化研究

准东高钠煤灰熔点较低,针对某厂330 MW四角切圆锅炉燃烧器分层布置上层燃烧器区域严重结焦的问题,采用试验与模拟相结合的方法进行研究。研究表明:稳定运行时,炉内温度场与速度场分布呈"蝴蝶型",在上层燃烧器区域有较强还原性气氛。针对此问题,采用改变上层燃烧器一、二次风配风方式的燃烧优化调整方案,对炉内燃烧进行优化调整。优化后上层燃烧器区域氧化性气氛增强,还原性气氛减弱,抑制结焦能力增强。该方法可供燃用准东高钠煤锅炉的防结焦运行和改造参考借鉴。     

一个适用于煤岩的新的分形毛管力模型

针对煤岩毛管压力对研究煤层储层结构特征和煤层气开采的重要作用,基于分形理论,依靠"Matchstick"模型代替在常规多孔介质中经常使用的"毛管束"模型并考虑迂曲度参数的影响,提出一个新的毛管压力模型,确定煤岩系统的毛管力曲线。当孔隙分布指数(λ)和迂曲度参数(η)取特定值时,新模型可以推导出常用的Brooks-Corey模型和Li模型。通过压汞法对采集到的中国LZ煤矿的煤岩岩心进行实验测量,得到不同岩心的毛管力曲线的实验数据。最后分别应用常用的BrooksCorey模型,Van Genuchten模型和Li模型以及新模型计算得到的毛管力与不同煤岩实验测得的数据拟合对比,结果显示新模型拟合的效果更好。     

煤矸石土壤化消纳利用研究综述

煤矸石作为煤矿区最主要的固废资源,其大规模的消纳利用关乎矿区资源与生态问题。从煤矸石直接应用、改性应用两大方面探讨其土壤化消纳利用的可行性与潜在路径。研究表明：碳含量在20%以下的煤矸石应作为土壤化消纳应用的主要类型;煤矸石与其他材料混合或经改性处理后可提升土壤改良效应;煤矸石对盐碱地等特殊土壤类型的改良效应以及特异性煤矸石土壤改良培肥产品开发应得到重视;煤矸石的土壤应用还应关注其对土壤的污染风险以及炭化改性应用价值。     

稠油火驱过程焦炭的化学性质与微观形貌特征分析

为了认清稠油火驱过程中焦炭的化学性质与微观形貌特征,利用室内高温高压反应釜开展了焦炭的生成实验,并对生成的颗粒状的焦炭的样品开展了有机元素、傅里叶变换红外光谱、岩石热解、扫描电镜（SEM）、CT扫描三维重建等方面的研究。研究表明：稠油火驱过程中生成的焦炭中氧元素含量增加近3倍,与原油相比具有富氧贫碳的特点,焦炭中存在含氧的官能团主要以以醛、酮、羧酸、酯、醇等大分子化合物的形式存在;焦炭的有机质成分以可裂解的S2为主,可以为稠油火驱的持续燃烧提供燃料,存在的残碳（RC）是稠油在高温高压条件下裂解缩聚生成的大分子极性化合物,在高温含氧的条件下也可以作为火驱的燃料;SEM与CT观察发现,焦炭的孔隙空间是由一系列大小不一的有机质孔洞组合而成,小孔洞与大孔洞相互连通组成一个系统的孔隙空间网络,有利于火驱过程中与氧气的充分接触。该研究将有利于认识火驱高温氧化过程中生成的焦炭的化学性质与微观形貌特征,为火驱开发的机理深化与开发方案的调整提供有力支撑。     

基于RFPA-3D的煤层钻孔水力压裂裂缝扩展规律数值模拟

水力压裂裂缝的几何形态是评价压裂效果的主要因素,煤层受割理、层理和天然裂隙的影响,非均质性较强,对于垂向主应力、最大水平主应力和最小水平主应力共同影响下的煤层水力压裂缝扩展规律还未形成系统认识。文章利用RFPA-3D数值模拟软件,研究非均匀分布的硬煤层和软煤层,在垂向主应力不变,不同水平主应力差下水力压裂三维裂纹的扩展过程和延伸规律,研究发现硬煤层水平主应力差接近时,水力压裂缝在煤层中延伸没有优势方位,形成网状缝;水平主应力差较大时,水力压裂缝主要沿最大水平主应力方向扩展,其他分支裂缝初始阶段沿着最小水平主应力方向延伸,随后逐渐向最大水平主应力方向靠拢。软煤层水力压裂初始阶段,注入段附近煤层以井筒为中心向四周挤压,煤层被挤压形成一个“大肚子”区域,待煤层挤压到一定程度,煤层开始起裂、裂缝扩展;水平主应力差接近时,注入段煤层压实后,起裂形成网状缝;水平主应力差较大时,注入段煤层压实后,压裂缝沿最大水平主应力方向以及与最大水平主应力方向成45°夹角方向产生两条优势裂缝。研究成果在安徽芦岭井田Y-01煤层气水平井组进行应用,日产气突破10 000 m3。     

格宾网加筋煤矸石路堤稳定性及其强化措施

煤矸石是煤炭开采加工等工业过程中形成的煤炭矿渣,由于其工业价值低而被作为废弃物。考虑到煤矸石矿区公路路基填料缺乏和遵循变废为宝的环保理念,某高速公路建设工程采用了煤矸石填筑路基,并采用了格宾网加筋土结构形式,然而,有关格宾网加筋煤矸石路基的工作性能方面的研究匮乏。为此,以该高速公路建设为依托,通过现场试验研究格宾网加筋煤矸石路堤的力学与变形特性;在此基础上,建立相应的三维数值模型,进一步分析格宾网加筋煤矸石路堤的稳定性及其加固强化措施。结果表明：在退台式格宾网箱墙面的卸荷作用和格宾网网兜效应共同作用下,墙面附近的竖向土压力较低;格宾网加筋挡墙是一种柔性结构,其墙后侧向土压力小于静止土压力;提出了在坡脚下方埋设格宾网箱的加固强化措施,该措施可通过改变坡脚下方土体的力学与变形状态以及潜在滑裂面的形状,来增大路堤的抗滑力,进而提高格宾网加筋路堤的稳定性。