螺旋叶片强化中深层地热同轴换热器换热性能数值模拟

为强化同轴换热器在中深层地热开发中的传热效果,提出一种螺旋叶片形式新型地热同轴换热器。通过建立内插不同间距(d=200、150、100 mm)螺旋叶片的换热器数值模型,模拟套管中换热流体特性。结果表明：在Re=4 500～11 500的湍流状态下,螺旋叶片作为扰流元件,通过改变流体的流动形态和热边界层厚度,可以有效强化换热器的单相对流换热效果,提高开采岩土体热量的能力。随着间距减小,强化换热效果进一步增强,努赛尔数(Nu)增大。当间距d=100 mm时,强化传热效果最好,综合换热能力最强,较光滑管的Nu提高了41.05%～44.18%,传热增强因子TEF为1.16,该工作为同轴套管换热器的优化设计提供了理论基础。     

无网格伽辽金法应用的参数选择及内部边界处理

无网格辽金法作为-种新的岩土工程数值计算方法, 该法其只需节点信息的无单元特性, 使其具有计算优势。本文结合固结EFGM刚度矩阵公式, 对不同的计算参数进行计算分析, 找出其影响规律。并采用跳跃函数处理内部边界条件, 计算结果表明, EFGM处理内部场函数不连续是准确的。     

EFG法在土体固结中的应用

EFGM作为一种新的数值计算方法，具有只需节点信息而无段单元的特性，故在解固结方程方面有很大的优势。在计算分析中，此法容易构造固结方程的EFGM刚度矩阵和处理不同边界条件。对单面排水等条件的计算结果表明，EFGM在解决固结变形问题上，精度较高，处理边界准确。     

“打滑”岩层回转钻进采用低工艺规程初探

通过对岩石破碎机理的再探讨,提出在坚硬致密弱研磨性岩层（俗称＂打滑＂地层）的金刚石回转钻进中采用低工艺规程,在探索和实际应用中取得很好的效果,尤其在中深孔中转速开不上去时也取得好的效果。     

降水效果的数值分析和设计优化研究

降水在各类工程中使用的越来越多,已形成了一套设计和施工方法,但其降水效果分析却少有人研究。针对某露天煤矿开挖中的降水疏干工程,开展了大规模的数值模拟研究。在掌握水文地质条件的基础上,通过Modflow建立了较合理的数值模型,对不同工况的降水效果进行了详细的分析,实际计算表明,加井时间、调整单井抽水量、井的数目、井的排列以及它们的相互作用对降水效果有很大影响。分批次、分时段、优化井排列和调整单井抽水量是提高降水效果的设计措施和优化设计的重要影响因素,这些因素的作用规律将为降水设计和施工以及实际工程效果提供重要理论依据。     

花岗岩单裂隙渗流传热特性试验

基于岩石裂隙渗流传热试验系统,以蒸馏水为换热工质,针对预制平滑裂隙与粗糙裂隙的花岗岩岩样,开展不同试验温度与水流条件下的单裂隙对流换热特性试验研究。试验结果表明：①同一温度水平下,对流换热系数的量值与流量呈正相关关系,但对流换热系数的增幅大于流量的增幅,随岩石基质温度的升高,相同流量水平下的对流换热系数呈增大趋势;②与平滑裂隙试验结果相比,粗糙裂隙面的对流换热强度有所提高,但增幅不大;③沿渗流路径,裂隙面局部对流换热强度的演化呈现多波峰的非线性特征,其中粗糙裂隙的非线性更加强烈。但二者均存在由进水口至出水口,换热强度逐渐减弱的特征。④努塞尔数与普朗特数1/3次方的商与雷诺数较好地满足幂指数关系,随着试验温度的升高,这种关系逐渐向线性转变。     

煤层开采后覆岩稳定性物理模型及数值模拟

选取鄂尔多斯盆地某典型的煤矿区,通过FLAC~(3D)数值模拟、相似材料模拟以及理论计算,对煤层开挖后上覆岩层稳定性进行模拟研究,预测多种采动下地层动力学发生失稳及周围岩体应力重分布的规律及影响范围。研究结果表明,FLAC~(3D)能够较好地模拟煤层开挖给上覆岩层带来的影响;煤层开挖后,采空区上方竖向位移呈现中间大,两边小的趋势;采空区的影响范围略大于开采范围。     

基于MIDAS的尾矿边坡三维流固耦合稳定性分析

针对尾矿坝边坡稳定性问题,使用三维有限元软件计算,对吉林省集安石墨尾矿坝进行渗流-应力-边坡耦合分析。渗流分析基于三维介质达西定律,通过不断改进工况条件来降低浸润线溢出部位,保证坝体不会发生渗透破坏。同时,尽量降低溢出部位的应力坡降,保证坝体不会发生流砂、管涌等形式渗透破坏。在渗流计算的基础上,进行渗流-应力-边坡耦合,不断改进尾矿边坡的坡角和高度等要素,得到强度折减法下的尾矿边坡稳定性系数。通过理论计算和验证,提出了一种便于施工的排渗体布置方式,并验证了排渗体的可靠性,为尾矿坝具体施工提供了技术支持。     

水源热泵系统中地下水流贯通及其对温度场的影响

利用含水层储能的一般特点,提出流贯通;分析流贯通和热贯通的相互作用、相互影响及对工程实际的意义;并基于地下水水热运移的基本原理,建立地下水流动和热量输运的耦合数值模型。在此基础上对沈阳某场地水源热泵工程的运行进行流场及温度场的数值模拟分析,给出产生流贯通的依据,即利用水力坡度定量的判断流贯通发生与否;当水力坡度变化非常小、可忽略不计时,认为含水层出现流贯通;进而研究抽、灌量对流贯通的影响,发现抽、灌量越大,则出现流贯通时间越短;而大量的抽、灌量更容易发生流贯通,进而会引起热贯通的发生。在实际工程中可降低抽、灌水量,在条件许可的情况下可提高抽、灌井的间距,并可在抽、灌井运行一个周期后调整抽灌井位置,以减少热贯通的发生。     

土层液化对地面运动特性的影响

大型振动台模型试验和计算分析结果表明，土层液化对地面运动的影响主要表现为：液化段地面运动里程形状，幅值频谱等方面均有很大变化，而且，当孔压比达０．６－０．７时土层液化就开始对地面运动产生影响，此外，波的短周期成份降低甚至被滤掉，长周期成份被放大，但是这种被滤淖或放大的周期段将随各种因素而变，输入地震波特征对液化时刻或液化开始起作用的时刻有重大影响，所得结果可用以很好解决液化宏观震害现象。