煤岩孔裂隙结构分形特征及渗透率模型研究

为探究煤岩孔裂隙结构与渗透特性的联动关系,采用扫描电镜、偏光和分形等手段分析煤岩孔裂隙结构分布特征,利用自主研发的出口端正压三轴渗流装置,开展恒定有效应力条件下孔隙压力升高的渗流试验。基于分形理论,考虑煤岩表面孔隙分布情况对煤岩渗透率的影响机理,建立考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型,通过试验验证其合理性,对煤岩孔裂隙下分形维数和渗透率耦合进行定量分析。研究结果表明:①六盘水矿区煤岩表面含有一定数量的孔隙和裂隙,其中四角田7号煤层孔裂隙发育情况最好,具有2条清晰的宽度较大的裂隙,并伴有大量交叉微裂隙及孔隙发育,煤岩结构破坏严重;②通过盒维数法可得煤岩孔裂隙分布具有明显的分形特征,且煤岩孔隙率与分形维数呈正相关关系;③恒定有效应力条件下,煤岩渗透率随孔隙压力升高呈现先急剧降低后趋于平缓的趋势,受孔裂隙结构影响,在相同的孔隙压力下煤岩渗透率存在明显差异。煤岩表面孔裂隙结构越复杂其分形维数越大,有助于瓦斯运移,渗透率呈上升趋势;④考虑孔裂隙分形特征的煤岩渗透率模型计算值与实测值吻合度较高,与前人研究成果相比,无论理论机理的适用性还是对试验点的匹配方面都更加适用,且能较好地反映孔隙压力与渗透率的联动关系。

基于浮式风力机平台的分形特征垂荡板强迫振荡水动力特性

垂荡板因其具有增大水动力阻尼及附加质量的优点而广泛应用于海洋工程领域。将分形理论应用于垂荡板的结构设计,提出一种具有分形特征孔的垂荡板,运用Fluent的自定义函数并结合动网格技术对不同垂荡板模型进行数值模拟,研究其水动力特性。对比分析了不同振幅下实心、不同分形阶数（透空率）以及规则孔垂荡板的水动力特性,得到了不同垂荡板垂向力时间历程曲线、附加质量系数Cm和阻尼系数Cd以及涡量云图。结果表明：振动周期不变时,随振幅的增大,各垂荡板Cd值随之减小,最终趋于平稳,而Cm值随之增大;比较不同分形阶数时,Cm值随分形阶数增加而减小,Cd值随分形阶数增加而先增大后减小,在分形阶数为二阶时,Cd值最大;相同透空率时,分形孔和规则孔垂荡板Cm值大致相等,分形孔Cd值较规则孔有较大提升,最大提升为17.83%,平均为14.74%。由此可见,较之普通开孔垂荡板,分形特征垂荡板具有优越的性能。

带分形孔垂荡板浮式风力机性能的大涡模拟分析

垂荡板作为一种能增加浮式支撑平台附加质量和水动力阻尼的被动装置,能抑制平台的运动响应,提高风力机的效率。论文研究带分形孔的垂荡板对浮式风力机水动力-气动力耦合性能的影响。用两相流求解器naoe-FOAM-SJTU求解系泊状态浮式平台的水动力响应。将非稳态致动线模型嵌入两相流求解器,用来求解受平台运动影响的风力机气动性能。研究结果表明:开孔垂荡板能提升浮式风力机系统的稳定性,减小平台运动响应的幅值,增大风力机气动功率。此外,开分形孔的垂荡板的效果优于开规则孔的垂荡板,它是增强系统稳定性的可行方案。