基于水气两相模拟的薄水舌、大落差水力特性分析及结构影响分析

对高拱坝深孔小开度泄流时,薄水舌、大落差条件下的水力特性及对水垫塘底板结构影响进行分析。通过水力学规范公式、刘培清等人总结的经验公式对不考虑空气阻力、掺气作用时的临底水力特性进行分析;并考虑水气两相作用,采用数值模拟方法对比研究薄水舌、大落差条件下,空气对水舌的阻力及掺气作用,分析临底水力特性及结构影响,为通过坝身孔口实现水垫塘反充水的思路提供支撑,为类似研究和工程应用提供借鉴和参考。

坝前冒泡现象的水气两相运移机理数值模拟

为分析黄壁庄水库在库水位骤升后出现冒泡现象的原因,保障水库安全运行,建立了一种耦合Level-Set法的含自由面渗流分析方法。该方法考虑了入渗过程中的气相可压缩性,能够直观地反映多孔介质中水气两相界面的运动与融合,可求解常规方法无法处理的气相参与的渗流问题。运用该方法模拟了该水库在不同蓄水过程下的坝前水气两相运移过程,结果表明:黄壁庄水库坝前水面出现冒泡现象是由水位骤升将铺盖内的空气包围,并随水体入渗压缩空气,出现憋气现象,直到达到突破压强时气体释放所致;蓄水过程是影响坝前水面冒泡现象发生与发展的关键因素。模拟结果与实际观测现象基本吻合,验证了该方法的合理性。

分叉巷道中水气两相流动的数值模拟

对分叉巷道中水气两相流动进行三维数值研究,是为了了解两相流动的特性,以达到对预防和抑制自然灾害的目的。采用VOF(VolumeOfFluid)和非结构网格有限体积的方法,获得了分叉巷道中气液两相体积分数、压力等云图。计算结果表明:采用该方法模拟分叉巷道内空气——水两相流动是可行的。涌水在分叉巷道中流动,由于分叉口截面突扩,主巷水位略下降,但在下游出口恢复至与入口水位基本相同。叉巷内水量较少,左侧有水流和破碎液滴,但右侧基本没有。在分叉口O1点附近,压力较低。O2点附近,压力较高。

水气两相清洗法在管道清洗上的应用

文中介绍了水气两相清洗法的作用机理和技术方案,通过试验分析证明了该方法可促使管道内紊流状态加剧,压力明显增加,同时与管壁的撞击频率显著加大,可以安全、高效地清除管道内壁污垢。

ZPW 12.6Z矿用无线水气两相喷雾降尘装置在阳煤一矿的应用

介绍了ZPW 12.6Z矿用无线水气两相喷雾降尘装置工作原理、主要技术参数,并分析了其在阳煤一矿皮带大巷的应用效果。结果表明:该装置自动化程度高,可无线发射、接受信号,控制喷雾开关动作,能够降低职工频繁开关喷雾阀门的繁琐工序,降尘效率高,取得了较好的应用效果。

屋面雨水排水系统两相流技术研究

根据我国屋面雨水排水课题组20世纪60年代和70~80年代的试验现象和数据，进一步阐述雨水斗水流掺气和屋面雨水排水系统的气液两相流现象，归纳提出两相流的雨水斗、短立管、悬吊管、立管和排出管的计算公式。并以重力流，两相流，满管流（压力流）三种不同理论为依据，对同一工程进行工程技术经济比较，得出两相流屋面雨水排水系统最节材。

气体钻井转水基钻井条件下泥页岩水侵规律

运用数学模型和实验模拟,开展了针对气体钻井转水基钻井条件下泥页岩近井壁地带的水侵规律研究。通过数学模型对该条件下的水侵过程进行模拟,得到了泥页岩近井壁地带内的含水饱和度和孔隙水(气)压力分布,并依据含水饱和度计算出水侵距离,对水侵范围进行了预测。同时,运用西南石油大学国家重点实验室欠平衡钻井室自主研发的欠平衡钻井多功能评价仪,对地层温度、压力进行模拟,展开了对气体钻井转水基钻井条件下泥页岩的水侵规律实验研究,得到了岩心中的水侵范围,并与理论预测的水侵范围进行了对比验证,结果表明数学模型能很好地预测气体钻井转水基钻井条件下泥页岩近井壁地带内的水侵范围。

基于Level-Set法的有限元非饱和渗流方法在黄壁庄水库中的应用

针对传统非饱和渗流分析方法中忽略气相作用而导致无法处理气相参与的含自由面渗流这一问题,建立了一种耦合Level-Set法的有限元非饱和渗流分析方法。该方法基于有限元非饱和渗流分析理论,利用Level-Set方法隐式地捕捉自由界面,考虑了入渗过程中的气相可压缩性,能够反映多孔介质中水气两相界面的运动与融合,可以用来求解常规方法无法处理的气相参与的含自由面渗流问题,同时具有自由面构造简单、计算稳定性好、收敛速度快等优点。本文将该方法应用于黄壁庄水库在库水位骤升后出现坝前水面冒泡现象的原因分析中,模拟了该水库坝前水-气两相运移过程,揭示了冒泡现象发生的原因。计算结果表明,此方法可简单、直观地描述水气界面在多孔介质中的运动过程,模拟结果与实际情况较为符合。研究表明,黄壁庄水库坝前水面出现冒泡现象是由水位骤升将铺盖内的空气封住,并随水体入渗压缩空气,出现憋气现象,最后气体释放所致。

地下水曝气修复过程的三维数值模拟

地下水曝气法是去除挥发性有机污染物的重要原位修复方法之一,目前已得到广泛应用,但其现场设计主要依据经验,缺乏系统的设计标准.为深入了解曝气去除污染物过程,并为现场设计提供重要参考依据,针对地下水曝气过程开展了数值模拟研究.水气两相渗流数值模型以水压力和气压力作为基本未知量,利用达西定律和质量守恒原理可以建立水气两相渗流过程的控制方程.利用Van Genuchten(VG)模型及Mualem公式,建立渗透系数-饱和度-基质吸力(K-S-P)三者之间的关系.污染物的去除过程则是在水气两相渗流的基础上,引入污染物的溶质运移、相间交换及生物降解模型.采用开发的有限元数值模型,对地下水曝气过程及污染物去除过程进行三维数值模拟,并将三维数值模拟的结果与二维数值模拟的结果进行对比.结果表明,三维模型的曝气影响区域偏小,在曝气口附近,水有效饱和度最小;在曝气口上方,水饱和度先增大后减小.考虑气体所受的浮力作用或不考虑气体可压缩性均会使计算得到的曝气影响区域偏小.污染物去除边界与曝气影响区域的边界基本一致,在曝气区域内,溶质交换过程大大促进了污染物的去除速率;在曝气区域外,污染物的去除主要通过生物降解作用,去除较慢.结果表明实际工程地下水曝气修复系统设计时,应使得曝气影响区域覆盖污染区域以得到较好的修复效果.研究结果表明,两相渗流模型结合污染物迁移转化模型的三维有限元数值模拟可以较好地模拟地下水曝气法去除污染物的全过程,对地下水曝气的设计、应用与效果评价具有重要指导意义.