真三轴应力状态下煤与瓦斯突出两相流L型巷道运移特性试验研究

煤与瓦斯突出两相流具有强大的冲击动力作用,对井下人员和设备造成严重的损害。为了充分认识煤与瓦斯突出两相流的运移规律及致灾机制,利用多场耦合煤矿动力灾害大型物理模拟试验系统开展了真三轴应力状态下煤与瓦斯突出物理模拟试验,分析了煤与瓦斯突出两相流在L型巷道中的运移特性及其冲击特性。结果表明:在L型巷道中,突出煤粉流在主巷段中存在射流、稀相流和密相流3种流动状态。受直角拐弯结构影响,仅有少量的突出煤粉进入支巷段,主要分布在直角拐弯结构前端,表明拐弯结构大幅度抑制了煤粉的流动。突出煤粉以粒径小于0.15 mm的颗粒为主,其在巷道内的运移可分为初始加速、二次加速、衰减3个阶段,初始阶段煤粉流速度最高可达25.0 m/s。在突出过程中,巷道内煤与瓦斯两相流冲击力呈现出迅速增加-缓慢衰减的演化趋势。冲击力达到峰值后并不是平滑地下降,而是1个存在多峰值的震荡衰减过程,表明突出具有阵发特性。在主巷段中,最大冲击力沿巷道呈现波动式分布特征。随着传播距离的增加,增长区的持续时间逐渐增大,冲击力的衰减程度逐渐降低。煤与瓦斯两相流的冲击破坏特性主要体现在其前中部,距离突出口2、6和8 m处皆存在对人体造成严重损伤的风险。随着突出的发展,冲击力致灾区域由巷道前部逐渐向中部发展。在支巷段中,两相流冲击力出现明显的陡增现象,呈强-弱交替分布,说明直角拐弯结构增强了两相流动力致灾程度。

播种机气送式集排器增压管内种子流运移特性研究

播种机气送式集排器增压管是种子颗粒输送过程中的重要组成部分,其结构直接影响到播种机的作业性能。本文运用理论分析与EDEM-Fluent耦合相结合的方法来研究增压管内种子流运移特性。经过理论分析后,得出影响种子颗粒的因素主要有增压管结构、输送气流和装置材料等。由于装置材料和输送气流均是外部因素,本文主要以油菜种子为例,研究增压管结构对种子颗粒运动状态的影响。耦合分析得出:常用增压管中V型波纹式的增压管对种子流有较好的扰动分散等作用;在气流速度为16 m/s时,增压管直径为30 mm、长度为100 mm、宽度为10 mm、深度为2 mm时出口种子流质量较为均匀,其变异系数为17.32%。开展台架试验验证了耦合参数和模型选择的正确性。

高海拔地区铁路隧道施工期有害气体运移特性

依托西格二线新关角隧道工程,基于关角隧道地区实测气象资料,利用流体计算软件FLUENT,采用三维k-ε湍流非稳态模型,对不同海拔高度地区铁路隧道内施工期有害气体运移特性和质量浓度分布规律进行数值模拟计算分析。研究结果表明:考虑湿度与不考虑湿度对空气密度计算结果影响误差为0.3%左右,可以忽略不计;有害气体在隧道内向洞口运移的动态过程中,最高质量浓度逐渐降低、体积逐渐增大,在隧道内呈U型分布;随着海拔高度增加,由于环境气压的影响,同一测点有害气体质量浓度随海拔高度以指数形式增大,CO增加倍数可按K=eh/104进行计算,且达到容许质量浓度的时间增加。

海上油田深部调驱用冻胶体系强度调控机制及运移特性

针对海上油田储层非均质性较强、油层厚和井距大等特点,研制了一种适合于深部调驱的强度可控冻胶体系,即在常规有机酚醛冻胶基础上,加入强度调节剂叔丁基过氧化氢,调控冻胶强度。研究了叔丁基过氧化氢对冻胶体系成胶时间和强度的影响,利用扫描电镜分析不同老化时间下冻胶的微观结构和强度变化机理,研究多孔介质中静态成胶后水驱压力随老化时间的变化,分析其在多孔介质中的运移特性。结果表明,强度调节剂对成胶时间影响不大,随着老化时间延长和强度调节剂质量浓度的增加,在强度调节剂和油藏温度作用下,冻胶强度逐渐降低。常规有机酚醛冻胶加入强度调节剂叔丁基过氧化氢,使其老化30 d后,冻胶的三维空间网络结构被破坏程度较高,能够在多孔介质中发生运移。

膜孔单点源肥液入渗运移特性研究

通过单膜孔点源室内入渗试验,研究了膜孔肥液入渗的分布特性与运移规律。研究表明,膜孔肥液入渗湿润体土壤含水率比清水的大;分析了肥液入渗累积入渗量比清水入渗增加的机理;供水入渗过程中,浓度锋运移距离和浓度最大值均随时间的延长而增大;再分布过程中,浓度锋运移距离继续增大,而浓度最大值逐渐减小;膜孔肥液入渗土壤浓度与土壤含水量的关系在不同时间均近似于“S”型曲线。该研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了科学基础。

原生盐碱荒地的盐分积累与运移特性

基于中国北方地区原生盐碱荒地盐分年内跟踪监测数据,探讨了试验区自然条件下原状盐碱荒地盐分的积累与运移特性。试验结果表明:自然条件下原生盐碱荒地的表层土壤积盐量是有限的;地表以下非饱和带土壤盐分的积累与运移可划分为3区域,剧烈变化区、存储调节区和盐分传导区;剧烈变化区的盐分质量分数受降雨和蒸发的影响而剧烈波动,存储调节区用于存储和调节上下层波动的水盐,盐分传导区由于其水力传导度大使得盐分难以累积而质量分数保持稳定。

肥液浓度对膜孔入渗水分运移特性的影响

通过清水与不同肥液浓度的膜孔单点源室内入渗试验,研究了不同浓度的肥液膜孔入渗量、湿润锋运移距离及土壤含水量分布。揭示了土壤膜孔入渗量和湿润锋运移距离随肥液浓度的增加而增大的规律;建立了不同肥液浓度膜孔入渗量和湿润锋运移经验模型;提出了由清水入渗参数、湿润锋运移参数和肥液浓度分别推求膜孔入渗量和湿润锋运移距离的理论模型,经实测资料验证表明,模型精度较高;随肥液浓度的增大,湿润锋运移距离越大,相同深度处的土壤含水量也增大。研究成果为进一步进行膜孔灌溉技术研究奠定了科学基础。

肥液浓度对膜孔单向交汇入渗水分运移特性的影响

通过清水与不同肥液浓度的膜孔单向交汇室内入渗试验,研究了不同浓度的膜孔肥液单向交汇入渗量、湿润锋运移距离及土壤含水量分布。提出了土壤入渗量和湿润锋运移距离随肥液浓度的增加而增大的规律;建立了不同肥液浓度膜孔入渗量和湿润锋运移距离经验模型。经实测资料验证,模型精度较高;肥液浓度越大,相同时间的湿润锋运移距离越大,相同深度处的土壤含水量也越大。

膜孔灌自由入渗铵态氮运移特性试验研究

以铵态氮为入渗溶液,模拟研究了铵态氮在膜孔灌肥液自由入渗条件下的运移过程。结果表明:在水平和垂直方向上铵态氮浓度与灌施时间呈比较明显的相关关系,在相同深度,随着灌施铵态氮时间的延长,铵态氮浓度逐渐增大;同一灌施时间,铵态氮浓度随着距离膜孔中心距离的增大而减小,在膜孔中心铵态氮浓度最大,并且浓度峰值随着时间的延长而增大;土壤保持铵态氮的最大含量为土壤对铵态氮的吸附量,灌施180 min时吸附量达到饱和。

疏水缔合聚合物传输运移特性及其改进方法

三次采油技术中使用的部分水解聚丙烯酰胺(HPAM)在高温高盐条件下会发生明显的水解和降解反应,抗温抗盐性能较差。疏水缔合聚合物凭借聚合物分子间缔合作用形成的大分子网状结构使其抗盐性有所改善,从而弥补了HPAM抗盐性差的缺陷。然而,疏水缔合聚合物存在其分子线团尺寸与油藏多孔介质孔隙尺寸间适应性差的问题,导致疏水缔合聚合物注入困难。针对疏水缔合聚合物与油藏适应性较差的问题,采用β-环糊精(β-CD)为疏水缔合聚合物缔合程度调节剂,通过室内岩心驱替实验方法,开展了β-CD对疏水缔合聚合物传输运移特性影响的研究。结果表明,β-CD可以改变AP-P4的缔合作用及在多孔介质中的行为。在浓度为1 g/L的疏水缔合聚合物AP-P4溶液中加入β-CD后,溶液黏度随β-CD加量的增加而减小,当β-CD加量达到0.07%时,AP-P4溶液黏度最低(26.2 m Pa·s),为本体黏度,难以发生缔合作用。同时,随着β-CD加量的增大,AP-P4分子链间缔合作用减弱,聚合物分子线团尺寸减小。随着β-CD加量的增大,在岩心渗透率相同(相近)条件下,AP-P4溶液的阻力系数和残余阻力系数减小,疏水缔合聚合物溶液在岩心内的传输运移能力增强。

高海拔公路隧道施工期粉尘运移特性研究

为了确定不同海拔高度地区公路隧道施工期粉尘运动规律和粉尘质量浓度分布特性,依托巴朗山高海拔隧道工程展开研究。依据气固两相流理论,利用流体计算软件FLUENT,采用三维k-ε湍流非稳态离散相模型,对公路隧道施工期间粉尘质量浓度在隧道内分布特性及其浓度随海拔高度变化规律进行了三维数值模拟计算分析。研究结果表明:考虑湿度与不考虑湿度对不同海拔地区空气密度计算结果影响误差在0.3%左右;粉尘在隧道内向洞口运动的动态过程中,最高浓度逐渐降低,在隧道内呈U型形态分布趋势,靠近隧道底部的粉尘浓度高于隧道顶部粉尘浓度;随着海拔高度增加,同一测点粉尘质量浓度随海拔高度以线性形式减小,粉尘浓度海拔高度修正系数可按K=-3×10^-5h+1进行计算。

膜孔肥液单向交汇入渗水、氮运移特性试验研究

通过室内试验,研究了膜孔肥液单向交汇入渗土壤水分及NO-3-N的分布特性与运移规律。研究表明,供水入渗过程中,相同深度处膜孔中心垂向的土壤含水率大于交汇中心垂向的土壤含水率;土壤NO-3-N浓度锋运移距离和最大值随入渗时间的延长而增大。再分布过程中,土壤剖面含水量的最大值随再分布时间的延长而逐渐减小,整个湿润土体的土壤含水率随时间的延长变得相对均匀;NO-3-N浓度锋运移距离继续增大,而NO-3-N浓度最大值逐渐减小。

地下承压含水层水-热运移特性的模拟研究

依据地下水文地质的相关概念和渗流力学的理论基础,建立了地下含水层热量运移的数学模型。以微山地区一工程为背景,对1抽2灌井群的热量分布规律进行了求解,得出了井群的水流速度场、水头压力场以及温度场分布。经计算分析得出:①在抽灌状态下,水压的变化较温度场快,影响范围也较大。相对应的温度影响半径相对较小,变化速度较慢且不明显;②温度场的影响半径主要集中在井周围约30m 范围内,其温度的变化梯度为0.17℃/m。而超出此范围的区域,影响的相应时间较长,幅度不大;③夏季抽灌温差采用10%大温差运行,有利于避免或减小热贯通现象,且可减少抽灌水量。

波涌灌肥液间歇入渗土壤和地下水中NO_3^-运移特性试验研究

通过肥液 (KNO3 溶液 )室内入渗试验 ,模拟研究了地下水位为 70cm条件下肥液连续入渗与间歇入渗特性及土壤和地下水中NO-3 的运移分布规律。结果表明 ,由于表土致密层的形成 ,肥液间歇入渗较连续入渗具有土壤入渗能力降低、土壤NO-3 分布均匀及地下水中NO-3 浓度低等特点。

膜孔肥液多向交汇入渗土壤硝态氮运移特性试验研究

通过室内试验,研究了相同供水条件下不同取土时间的土壤NO_3^--N在湿润体剖面的分布及运移特性。结果表明:在供水入渗阶段,土壤NO_3^--N浓度的最大值出现在土壤表层;土壤NO_3^--N浓度锋运移距离和最大值随时间的延长而增大。供水停止时,随着与膜孔中心距离的增加,土壤NO_3^--N含量逐渐减少;膜孔中心两侧的湿润面在土体表层12 cm范围内NO_3^--N含量变化梯度较小,湿润锋处的土壤NO_3^--N含量变化梯度较大;先交汇中心界面的NO_3^--N含量比后交汇中心界面的NO_3^--N含量稍大;土壤垂向含水率在土壤表层10 cm范围内相差较小,且分布均匀;在10 cm以下变化梯度较大,各中心垂向土壤含水率的变化梯度为:ab>DC>AB;垂向土壤NO_3^--N含量在表层8 cm范围内相差较小,且分布均匀;810 cm范围内,后交汇中心ab的土壤NO_3^--N含量比AB和DC中心的稍小;10 cm以下的土壤NO_3^--N含量变化梯度为:ab>DC>AB。进入再分布阶段,土壤NO_3^--N浓度锋运移距离随时间继续延长,湿润土体内NO_3^--N浓度的分布逐渐均匀;随时间的延长,土壤剖面NO_3^--N浓度的最大值逐渐减小,且位置逐渐向下迁移。说明对于灌水定额较小的膜孔肥液多向交汇入渗,NO_3^--N主要存在于土壤表层,对地下水造成污染的可能性较小。

运用Cl^-示踪研究回灌渗滤液的运移特性

通过模拟垃圾柱进行Cl-示踪试验,比较研究回灌渗滤液的运移特性和垃圾密度、厚度对其运移的影响。结果表明,渗滤液回灌后,分别以通道流和基质流2种流态运移,且在运移过程中不断与填埋垃圾中固有水分进行混合和交换,回灌渗滤液的流出是一个较长的过程;填埋垃圾压实密度和厚度越小,通道流作用越显著,示踪溶液和填埋垃圾中固有水分间的交换和混合作用越不明显。在实施渗滤液回灌的生物反应器填埋场中,应保证填埋垃圾的压实密度和厚度。

宽垄沟灌湿润锋运移特性试验研究

通过室内试验,研究了宽垄沟灌条件下土壤湿润锋运移特性。结果表明:随着沟宽的增加,土壤湿润锋垂向运移距离减小,横向运移距离增大;随着沟深和土壤初始含水率的增加,土壤湿润锋垂向运移距离和横向运移距离均有所增加。其中,土壤初始含水率为影响土壤湿润锋运移的主要因素。土壤湿润锋的垂向运移距离和交汇前的横向运移距离均与入渗时间呈良好的幂函数关系。研究结果可为改进沟灌技术提供技术参考。

多弹重复爆炸下侵彻通道内碎屑运移特性研究

为了增加钻地武器的侵彻深度,提出一种"串联式"多弹连续爆炸作用方式。在单发弹静爆试验的基础上,拟合出多弹爆炸的周期性爆炸荷载曲线。通过FLUENT软件与EDEM软件耦合数值模拟可知,侵彻通道深度1 m时周期性爆炸荷载作用下碎屑的运移能力得到增强,同时进一步研究了介质碎屑运移特性的影响因素。仿真结果表明:介质碎屑的运移能力与爆炸荷载峰值成正比,与碎屑粒径及弹体偏离钻地通道轴线距离成反比。

污染物逆流分散运移特性分析

分散作用是污染物主要运移特性之一,逆流分散运动受到水流流速的影响,逆流分散范围将受到流速的限制。目前考虑纵向分散作用的水质模型计算中忽略了逆流流速的作用,认为逆流分散范围无限远,这是不合理的。从逆流分散运移特性分析,探讨了逆流分散的边界条件,并应用于求解咸潮一维扩散方程的解析解,提高了污染物逆流分散计算的准确性。

济南市区泉域地下水时空分布规律及污染物运移特性研究

泉水作为济南市的城市名片,具有重要的经济和社会价值,把握泉域内突发污染质泄漏对其产生的影响至关重要。本文概化建立了济南市的水文地质概念模型,利用地下水非稳定流数值模型对济南市区泉群附近范围的地下水进行了分析研究,得到了济南市区泉域内地下水的时空分布规律及污染物运移特性。在此基础上,分析某新建项目污染质泄漏对地下水环境产生的影响,通过设置不同的横纵向弥散度对污染物运移特性进行探究。结果表明,在泉群附近区域内,污染物纵向运移过程中对流起主要作用,纵向弥散度的取值影响较小;而污染物横向运移过程中弥散起主要作用,横向弥散度的取值影响较大。本研究成果对泉群附近的地下水环境保护及地下水污染防控具有重要借鉴意义。