横掠管束非稳态周期性充分发展流动的数值模拟

以锅炉省煤器中的流动和换热为应用背景 ,分别采用稳态和非稳态的数学模型对横掠管束的周期性充分发展流动进行了数值模拟 .结果表明 ,在Re大于 15 0到小于 10 0 0的范围内 ,横掠管束的周期性充分发展流动问题是非稳态的 .当采用稳态模型时 ,数值计算结果会随迭代次数的增加而振荡 ,得不到收敛的稳态解 .当采用非稳态模型计算时 ,对节距较小的情况 ,在管的后缘处得到对称的非稳态涡 ;对节距较大的情况 ,在管的后缘处得到周期性脱落的非对称涡 .

煤柱宽度对巷道围岩稳定性影响分析

由于煤柱宽度的变化以及相对工作面位置的不同,矿山压力作用下造成的岩层移动和应力重新分布将对巷道维护及其稳定性产生重要影响。在现场实测分析基础上,应用计算机数值模拟(FLAC3D)综合分析了煤柱宽度变化对巷道围岩应力场分布及应力演化的影响。研究表明,不同宽度煤柱回采期间巷道围岩应力场分布特征均有很大差异,煤柱和工作面内煤体应力随煤柱宽度变化发生转移,巷道围岩稳定性是煤柱宽度变化引起巷道围岩应力分布及其演化共同作用的结果;煤柱的合理宽度应小于工作面内应力向煤柱内转移的临界宽度。该研究为煤柱留设、巷道布置、支护参数选择、巷道围岩稳定性控制等方面提供了理论依据。

具有强SORET效应的充分发展的混合流体行进波对流

混合流体Rayleigh-Benard对流是研究对流稳定性,时空结构和非线性特性的典型模型之一。本文利用流体力学扰动方程组的数值模拟,讨论了偏离传导状态具有强SORET效应的混合流体行进波对流的温度场和浓度场的成长过程,分析了充分发展对流情况下的对流振幅,Nusselt数及混合参数与相对瑞利数的关系。并给出了行进波相速度对相对瑞利数的依赖关系。结果说明混合参数的曲线与行进波相速度的分布曲线是类似的。文末,给出了垂直速度,温度和浓度场的分布并讨论了相对瑞利数对场的分布及不同场之间的相位差的影响。

管壳式换热器壳程特性数值模拟

通过合理简化,建立管壳式换热器的实体模型,用大型CFD(computational fluid dynamics)软件FLUENT对于管壳式换热器壳程的流体流动与传热性能进行数值模拟研究.利用判断周期性充分发展段的3个主要特征,分别从压力差、无因次温度、速度3个方面,分析具有不同流体速度、不同流体介质、不同折流板间距时几种折流板管壳式换热器模型的进出口段对于壳程流体流动与传热性能的影响.结果表明,管壳式换热器结构一定的情况下,进出口段对壳程流体流动和传热周期性充分发展段的影响长度不随壳程流体性质、流动速度的变化而变化;随着折流板间距与筒体内径的比值增大而增大.

帘式折流片换热器壳程流体流动和传热周期性充分发展区域长度界定研究

为了能清晰地了解帘式折流片换热器的壳程特性,采用数值模拟的方法对帘式折流片换热器三维实体模型壳程流体流动和传热性能进行研究。分别从压力梯度、无因次温度、速度三个主要特征,分析具有不同壳程流体流量,不同折流栅装配方式下帘式折流片换热器壳程流体流动与传热周期性充分发展区域的长度范围。在所研究范围内得出当折流栅同向装配时,流体在翻过第三块折流栅后到倒数第一块折流栅之间,流体的流动和传热为周期性充分发展状态;折流栅对称装配时,流体在翻过第二块折流栅后到倒数第一块折流栅之间为周期性充分发展段。帘式折流片换热器几何结构一定的情况下,周期性充分发展区域的长度与壳程流体流量的变化无关。

恒热流锯齿型通道流动和换热的非稳态特性

本文对恒热流边界条件下锯齿型通道内流动与换热的非稳态特性进行了数值模拟。在本文计算的Re范围内,流动和换热随时间发生振荡,且U-V和Nu-θ相图表明,振荡是周期性的;在入口段后,发生振荡的各几何周期的流场、温度场随时间变化的规律基本相同,不同周期对应点的U,θ相同,只是在时间上不完全同步,U-V和Nu-θ相图上的曲线重合良好,因此仍具有周期性充分发展的特性。

三叶孔板换热器周期性充分发展段界定

为了研究三叶孔板换热器壳程周期性充分发展段的范围,利用数值模拟分析对其整体模型的壳程进行流动及传热研究:从定义出发,分别以速度、压降及无因次温度为研究对象在不同Re下界定壳程的周期性充分发展段段。在研究范围中发现:周期段的区间从第二块支撑板开始到最后一块支撑结束;在相同流量下,壳程流体在支撑板处的流体速度明显高于其他截面速度。几何段压力降随着壳程Re的增大而随之增大。

某卸荷拉裂岸坡发展趋势三维有限元分析

在简述某典型卸荷拉裂岸坡基本地质特征及卸荷拉裂特征的基础上,通过三维有限元数值模拟,分析了拉裂缝形成前、后岸坡的应力状态,以及库区正常蓄水后岸坡应力场的发展趋势。数值模拟计算结果表明:岸坡拉裂缝的产生,是特殊地质条件下岸坡长期卸荷的结果;拉裂缝的产生,使岸坡应力场发生了变化,促使拉裂进一步扩展,但目前拉裂缝发展的深度,不致引起岸坡岩体发生贯通至坡面的剪切破坏;库区正常蓄水后,岸坡应力场进一步发生变化,促使拉裂缝进一步向下、向上发展,但向外发展的趋势减小。如对深拉裂缝进行合理有效的处治,在工程期内岸坡不会发生沿拉裂缝的整体剪切破坏。

矩形巷道转弯后测风站位置的数值分析

提出井下测风站应设在巷道风流的充分发展段，并以某矩形巷道为原型建立六个模型进行数值试验。数值结果表明，进风顺槽测风站合理位置距离转弯处远超10m ；不同转弯角度时进风顺槽测风站的合理位置在距离转弯处163～176m之后；模型3在计算表面粗糙度范围内，测风站合理位置在距转弯处144～177m之后。

横掠膜片管束周期性充分发展流动的数值模拟

本文用ＳＩＭＰＬＥ方法对横掠顺排和叉排膜片管束周期性充分发展层流流动进行了数值模拟，得到了不同Ｒｅｙｎｏｌｄｓ数下的流动阻力系数和流动图象。计算发现，Ｒｅ＞９００，流动已进入自模化。

纵向波纹内翅片管中层流充分发展对流换热的数值模拟

采用Delaunay方法生成三角形网格 ,用控制容积积分法生成离散方程 ,采用点迭代方法对 4种不同波纹数、6种不同内外径比的纵向内翅片管通道内的层流充分发展段对流换热进行了数值计算 .计算表明 ,存在临界的Rin值 ,使得流动阻力最大、换热最强 ,从而对层流强化换热管的设计提供了一定的参考依据 .

横掠膜片管束周期性充分发展换热的数值模拟

用ＳＩＭＰＬＥ算法对横掠膜片管束周期性充分发展层流流动换热进行了数值模拟。

圆管湍流结构的数值研究

本文利用谱方法对光滑圆管内湍流流动进行了直接数值模拟 ,得到了圆管湍流充分发展的速度场和浓度场数据 ,利用DNS数据研究了圆管内湍流的低速条带、上抛、下扫等结构。通过求解浓度方程得到了浓度场数据 ,并对流动进行了显示。最后利用多种方法进行了猝发事件的检测 。

幂律流体在矩形通道中充分发展流动的数值模拟及阻力计算

针对假塑性幂律流体在矩形通道中充分发展流动问题,用帕坦卡方法作数值分析,文中讨论了不等距网格的划分方法和粘度系数的插值方法。数值解给出了流变指数n=0.1,0.2,…,1.0及矩形边长比s=0.1,0.2,…,1.0范围内的全部fRe,发现圆管阻力计算公式只在一定范围内适用。本文作者给出了上述广阔范围内以当量水力直径为定性尺寸的阻力系数计算公式,其最大误差为3.57％,平均误差为1.9％。

幂律流体在半圆及扁圆形通道中充分发展流动数值分析与阻力计算

对假塑性幂律流体在半圆及扁圆形通道中等温充分发展流动问题,用帕坦卡方法作数值分析,半圆形通道直接用极座标体系,扁圆形通道为矩形与圆弧形两部分组合的通道,在两个座标体系内分析,并利用界面连续条件进行耦合求解,计算给出阻力系数fRe,并与圆管及矩形通道阻力系数关系作了比较和讨论。

覆岩顶板导水裂隙带发育高度模拟与实测

文中主要研究榆阳煤矿延安组3#煤层覆岩导水裂隙带发育高度等问题,为矿井防治水和保水采煤提供设计依据.以2304综采面为工程背景,应用UDEC数值软件模拟计算了覆岩冒落带及导水裂隙带高度,并在采空区钻探和试验.研究表明：依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》（以下简称《规程》）计算所得导水裂隙带最大高度为32.4 ～ 43.6 m.数值模拟冒落带和裂隙带高度分别为16和86 m.现场钻探、试验实测冒落带高度介于14.2～17.2 m,导水裂隙带发育高度介于84.8～96.3 m.导水裂隙带高度明显大于按《规程》计算得到的数值,经验计算在解决榆阳煤矿导水裂隙带高度时存在一定的局限性和区域性,而数值模拟的冒落带高度和导水裂隙带发育高度得到了现场实测结果的验证,两者结果基本吻合.综合结果所得：2304综采面覆岩冒落带最大高度为17.2m,导水裂隙带最大发育高度为96.3 m.

综采工作面导水裂隙带高度发育规律研究

针对A矿15号煤层综采工作面周边采空区积水量较大、对煤矿安全生产影响较大的问题,运用理论分析、数值模拟方法,计算出导水裂隙带高度介于68.5~166.8 m,平均102.3 m。通过数值模拟可知,随着煤层采高、工作面开采长度、倾角的增加,覆岩“两带”发育高度也呈持续增加的趋势,最终确定15号煤层开采“两带”高度在59.5~166.8 m,平均范围在68.1~102.3 m,为15号煤层的安全开采提供了依据。

基于RFPA的覆岩裂隙场发育高度计算

覆岩破坏变形所形成的裂隙是瓦斯积聚、矿井水害等事故发生的主要原因之一。为了探究采动过程中覆岩裂隙场的发育高度的有效计算方法,以铜川玉华煤矿2403工作面为研究对象,采用RFPA数值模拟和理论经验公式计算的研究方法,对覆岩裂隙演化过程进行分析。结果表明,采用数值模拟所得出的两侧裂隙带发育高度为58 m,与经验公式得出的43.1~54.3 m基本吻合,认为数值模拟方法能够作为预测裂隙带发育高度的有效手段,并提供了一条解决井下开采问题的新思路。

膜片管通道流动与换热过程的数值模拟

采用SIMPLE算法模拟膜片管通道中的流动与换热,分析流场中出现的非线性现象以及不同管束排列方式对换热的影响。物理模型长度为185. 6 mm,高度为92. 8 mm,圆管直径为32 mm。烟气入口温度为400 K,上下两侧固体壁面温度为300 K。假设流动与换热进入充分发展阶段,雷诺数(Re)的取值范围是3 000~25 000,通入不同流速的烟气与两侧的壁面进行换热。结果表明:采用雷诺应力模型(RSM)所得的努塞尔数(Nu)与实验关联式结果最吻合,而且相对误差在5%~17%间;采用直接模拟(DNS)模拟时,稳态到非稳态的临界Re是100;在同一Re时,随着管间距减小,Nu是逐渐增加的,当Re取为25 000,管束水平间距和竖直间距均取为43. 2 mm时,通道换热能力达到最大且相应的Nu是195. 23。

膜片管束通道传热性能的数值研究

以膜片管束通道为研究对象,通过数值模拟分别对通道的入口段和充分发展段建立非稳态数学模型。在不同Re下的通道入口段中不同几何周期的相应截面上设置无量纲速度和无量纲温度的监测点,分析了入口段的换热特性,并且重点探讨了流动与换热进入周期性充分发展段后,改变管束排列方式对换热Nu的影响。结果表明:Re不同时,流动和换热进入充分发展需要经过的几何周期数也不同;进入充分发展段后,Nu随着管间距的减小而逐渐增加,而且对于大间距排列管束,改变圆管竖直方向间距对Nu的产生的影响更显著。