基于水-热耦合模型的多年冻土隧道隔热层厚度优化研究

为了使多年冻土隧道围岩保持冻结状态,经常选择在隧道衬砌结构中铺设保温隔热层的方法以防止围岩产生冻融破坏。保温隔热层的厚度是影响多年冻土隧道结构的稳定性和工程经济的一个重要参数。针对这一问题,建立了考虑渗流和冰水相变的水-热耦合模型,并将该模型嵌入COMSOL Multiphysics数值软件中加以应用。以青海省某隧道为研究对象,对该隧道洞口段保温隔热层厚度的优化设计进行研究。结果表明:隧道仰拱位置被确定为优化设计的不利位置,隧道开挖在第1年的5月23日温度达到最高,被确定为优化设计的不利时间;不利位置处的最高温度随保温隔热层厚度的增加而下降,通过拟合公式计算出最优隔热层厚度为7.2 cm;在最优保温隔热层厚度下隧道衬砌背后围岩温度均处于0℃以下,不会产生冻融破坏。隧道在设计隔热结构时采用7.2 cm的隔热层厚度提高了围岩隧道结构的稳定性。

球面配流副油膜动态耦合建模及求解方法

柱塞泵摩擦副多场耦合建模及求解是柱塞泵失效机理研究及可靠性提升的基础,针对双斜式柱塞泵球面配流副多场耦合模型求解难的问题,提出油膜厚度场-压力场-温度场动态耦合模型及求解方法。在球面配流副受力分析的基础上结合雷诺方程和能量方程建立球面配流副油膜厚度场-压力场-温度场耦合模型;基于有限差分法和牛顿迭代法求解动态耦合模型,温度场、压力场、厚度场间相互耦合变化;通过仿真求解,与现有模型进行对比,结果相近且更符合实际,验证了所提模型及求解方法的有效性。

易自燃厚煤层综采工作面CO溯源数值分析

甘肃某矿厚煤层2804综放工作面,回采期间的上隅角CO浓度长期保持150×10^(-6)左右,严重威胁井下人员安全。实验揭示了不同温度和O2浓度下CO生成规律,建立了采空区CO生成运移的热-固-流-化多场耦合模型,定量分析了地温、工作面风量及回采速度对采空区CO生成-运移规律的影响。结果表明,当温度超过40℃时,煤的氧化反应速率开始增加,且随O2浓度增大,煤的氧化反应越剧烈,生成的CO越多;回采过程中工作面上隅角CO浓度呈现递增趋势,生成速率先增大后减小,且随着地温、风量增大而增大;综合分析认为2804工作面上隅角CO主要来源于采空区内部浮煤氧化。