螺旋侧板对立管水动力影响的数值模拟研究

针对附有三板式螺旋侧板的立管水动力影响问题展开三维数值模拟研究,采用CFD大涡模拟方法,对不同的螺旋侧板高度h和螺距P在雷诺数分别为3 900,10 000和20 000条件下进行模拟分析,得到立管后方阻力系数CD、升力系数CrmsL、斯特劳哈尔数St及其频谱等特性。模拟结果表明:螺旋侧板对立管升力和阻力有明显的抑制效果,升力系数均方根值CrmsL较光滑立管降幅最大达到95.8%,但随着螺旋高度h的增加,会引起立管的阻力增加,螺旋高度h为0.1D～0.2D（D为立管直径）时的抑制效果较好,并且h为0.1D时的抑制效果最为理想;CD值和CrmsL值均随螺距P的增大而增大并保持在较低值范围,两者均在P=12.5D附近出现了随螺距P的增大而减小的现象,侧板螺距P在取值为5D～17.5D范围内的选择对立管的升力和阻力抑制效果较好。     

不同影响因素对地道通风降温效果的模拟研究

采用计算机数值模拟软件Fluent,研究了不同影响因素对地道通风的降温效果,分析了不同地道长度下送风速度、送风温度、横截面形状及管道布置对地道出口温度、节约冷量的影响规律。结果表明:随着送风速度的增大,尽管冷却效率降低,但总的节约冷量有明显的增加;送风温度越高,地道进出口温差越大,降温效果越明显,对应节约的冷量也越大;横截面为长方形时出口温度最低、节约的冷量最大;双管布置节约的冷量要比单管布置大,但双管布置比单管布置的送风量增加了1倍。研究结果为地道通风设计提供指导。     

主扇扩散器出口速度分布的数值模拟与实验研究

借助重整化群双参数湍流模型,建立扩散器内风流流动的控制方程组。基于工程实际,给定模拟边界条件进行数值模拟,并分析扩散器的出口速度分布。根据大量的数值模拟算例,获得节能型扩散器的最优断面扩大系数,找出扩散器出口速度分布与扩散器动能回收之间的关系。通过对节能型扩散器的多工况模型实验,对扩散器出口速度分布进行研讨。借助数值模拟实验与模型验证实验,揭示了扩散器结构形式与扩散器出口动压能损失分布之间的关系。     

基于20 L球罐的多相混合物扩散模拟

为更好地探索多相混合物的爆炸特性，以铝粉、乙醚、空气为研究对象，基于20 L球型爆炸罐建立三维计算模型，对气固两相和气液固三相混合物的分散过程进行数值模拟，以分析不同多相混合物分散过程的差异，并为测量多相混合物爆炸下限时的点火延迟时间设定提供参考。监测分析铝粉浓度粒子分布、流场内部湍流动能以及液相体积百分数等的演化过程，讨论混合物分散效果的差异，并确定测量爆炸下限的点火延迟时间。研究结果表明:实验工况下，液相的存在会降低粉尘云团的湍流动能、降低其扩散速度，并使粉尘云内部浓度更均匀。测量多相混合物爆炸下限时，三相混合物的最佳点火延迟时间早于气固两相混合物10~20 ms。     

多层螺旋雾幕技术的喷雾模拟及降尘试验研究

为了解决掘进工作面传统喷雾除尘无法有效抑制粉尘扩散的问题,提出了一种将气动喷嘴呈螺旋状布置的多层螺旋雾幕除尘方法。采用k-ω湍流模型与K-H液滴破碎模型,通过Comsol多物理场耦合数值模拟,得出了多层螺旋雾幕速度场分布和粒子轨迹的变化规律,结合模拟结果搭建试验平台,并将多层螺旋雾幕与传统喷雾的除尘效果进行对比分析。以2层雾幕为例的模拟结果显示,喷雾2 s时就会形成明显的2层螺旋状雾幕,10 s后旋转水雾充满整个模拟区域,并且雾滴粒径较传统喷雾更小。试验表明多层螺旋雾幕的除尘效果明显强于自然降尘与传统喷雾,3 min后可将浓度470 mg/m3左右的粉尘降到4 mg/m3以下。     

双风机并联机站局阻特性研究

为探究双风机并联机站局部阻力特性、完善机站局部阻力及其系数的计算公式,以实际矿井通风机站为工程背景,在分析机站流场能量损失机理的基础上,采用物理模型实验和数值计算相结合的方法,分析了机站入口分流、出口汇流的断面速度不均匀程度与机站阻力损失的关系,同时对不同宽高比的矩形断面进行多工况模拟。结果表明:断面速度不均匀性越大,速度分布重组造成的阻力损失越大;确定了机站局阻计算所需参数的合理测定位置,得出机站局阻系数计算时的综合影响系数Kc随风机工况增大而增大、随断面宽高比A增大而减小,并呈现较好的线性关系。研究结果可为多级机站通风系统通风阻力特性分析以及工程优化设计提供参考。     

圆锥形喷嘴出口直径对水射流冲击动力特性的影响研究*

为探讨喷嘴结构对水射流冲击动力特性的影响,以圆锥形喷嘴为研究对象,基于COMSOL数值模拟软件,建立不同出口直径的圆锥形喷嘴模型,研究出口直径对水射流冲击动力特性的影响。研究结果表明:圆锥形喷嘴水射流冲击煤岩体过程中,不同喷嘴出口直径下水射流流场分布特征相似,整个流场可分为集中区、发散区、回流区和卷吸区4个区域,随喷嘴出口直径增大,卷吸区逐渐消失,其余3个区域分布也明显减弱;煤岩体应力分布可分为中心应力集中区和两侧应力集中区,随喷嘴出口直径不断增大,中心应力集中区与两侧应力集中区的范围逐渐减小,当喷嘴出口直径为6 mm时,两侧应力集中区基本消失;主体段入口速度恒定条件下,圆锥形喷嘴优选以2~3 mm出口直径为宜,此时水射流冲击煤岩体效果较佳,且不会对喷嘴产生结构破坏。     

脉动通风在螺旋隧道施工期的应用研究

为提高施工期通风排除污染物效率,将脉动通风方法应用于螺旋隧道中,通过理论分析研究脉动通风在隧道施工期排除污染物的原理,采用FLUENT软件模拟不同脉动幅值、脉动频率下隧道内污染物浓度变化情况。研究结果表明:脉动通风可有效减少螺旋隧道内涡流区面积,优化隧道风流流场;脉动通风方式可使积聚在涡流区内的污染物产生纵向脉动速度,并加强风流横向脉动;脉动通风对爆破后排出CO气体效果不明显,但对降低喷浆过程粉尘浓度效果显著,数值模拟与理论研究结果吻合;排除污染物效果与脉动幅值无明显关系,与频率关系显著,且频率较小时效果更好。     

深水测试地面流程节流油嘴段温压场研究*

为对深水高压气井测试地面流程中的节流油嘴段的温压场及水合物生成情况进行研究,采用数值模拟的方式对整个节流管路进行气体流动特性分析。并利用P-T图回归公式法,得出不同温压场条件下的水合物生成情况,进行水合物生成范围对比。结果表明:针阀出口后端气体速度随着管路入口压力和针阀直径的增大而增大,随管路出口压力的增大而减小,而气体温度随管路入口压力、管路出口压力、针阀直径的变化趋势与之相反。管路入口压力的递增、管路出口压力的递减以及针阀直径的递增,都会导致针阀突变径处的速度场、温压场波动更加剧烈,并使得水合物生成范围扩大。     

基于传染病模型的群体活动中恐慌心理蔓延研究*

为研究人群中恐慌心理蔓延规律,基于传染病传播模型,构建NPCN（Normal-Panic-Cool-Normal）恐慌心理蔓延模型,通过加入干预因子得到优化模型,对NPCN模型及优化模型进行数值模拟,并对模拟结果进行对比分析。结果表明:恐慌人群比例随恐慌率α和冷静损失率γ增大而增大,随冷静率β增大而减小;在干预因子ω和ψ作用下,恐慌人群比例P明显下降,说明采取及时干预措施对恐慌心理蔓延抑制效果较好。     

滑脱流动影响的低渗储层甲烷运移采出规律研究

为了达到低渗储层甲烷抽采过程甲烷采井优化设计和产能准确预测的目的,基于现场测井数据,采用非线性流体数值计算方法,以柳林煤层甲烷试验采区为例,对滑脱流动影响的煤层甲烷采场压力非线性分布和产能预测进行研究。数值计算结果表明:低渗储层甲烷运移采出受气体滑脱流动影响显著,考虑滑脱流动影响时,采场压力衰减区域变大,气体速率变快;对比测井产能历史拟合数据发现,计算所得的滑脱流动影响的产能预测值更加准确。由计算结果验证了单井开采具有采场压力影响范围较小,产能较低等缺点,并得出五采出四压裂的布井方式是既能够准确预测产能又能够更好避免井间干扰效应的最优布井方式。     

快速接头内壁冲蚀规律的数值模拟分析*

为进一步改善快速接头受连续相作用易失效、内壁冲蚀磨损严重的问题,采用CFD软件中的Realizable k-ε湍流模型,对不同入口速度下的快速接头冲蚀磨损情况运用数值模拟方法分析,得到快速接头内部的流场分布及其冲蚀磨损情况。结果表明:快速接头的冲蚀主要集中在管径缩小段的大小管道交界处,且在管径突变处流体的压力、速度会发生明显变化。在粒径不变,其余变量恒定的情况下,入口流速越大,最大冲蚀速率随之增大;改变相同粒径颗粒的质量流率,可以看出最大冲蚀速率与质量流率呈正相关关系。模拟得到的不同入口速度、质量流率下在快速接头中的流动冲蚀规律,可对提高接头使用寿命、液冷散热器的平稳运行提供必要的参考。     

中压燃气管道泄漏工况下流量扰动幅度模拟分析*

为检测和定位燃气管道泄漏,基于泄漏定位公式,利用模拟软件Pipeline Studio构建等效中压管道模型,模拟不同工况条件下燃气管道泄漏动态。结果表明:泄漏发生后,一定时域内用户端流量将出现扰动,供气压力越高、供气量越大、泄漏孔径越小、管道长度越长,流量扰动持续时间越长;忽略管长影响,泄漏位置越接近气源,流量扰动幅度越易出现先增大后减小趋势,反之易出现单调递减趋势;泄漏端位置距离用户端越近,流量扰动幅度越大,反之越小。研究结果可为燃气管道泄漏检测和定位提供理论依据。     

人工煤气管道萘颗粒沉积规律研究

针对萘在人工煤气管道中沉积会造成管道堵塞，影响管道的安全运行的这一问题，以昆明人工煤气管道为例，运用计算流体动力学软件Fluent，选用离散相模型和雷诺应力模型，对水平直管、水平弯管和三通管进行萘颗粒沉积的数值模拟，对于不同的管径、弯曲比、管径比，分别分析萘颗粒直径、入口速度、温度及压力对萘颗粒沉积的影响。研究结果表明:水平直管、水平弯管、三通管中的萘颗粒沉积率与颗粒粒径成正相关关系，而与气流入口速度、压力成负相关关系；萘颗粒在人工煤气管道中的沉积率主要受颗粒直径、气流入口速度的影响；萘颗粒的沉积率随着水平直管的管径增大而增大，随着水平弯管的弯曲比增大而增大，随着三通管的管径比增大而先增大后减小；可通过适当增大管内煤气输送速度、压力，降低温度来降低萘颗粒在人工煤气管道中的沉积速度，进而减少萘颗粒沉积的发生。     

Thermal failure of 2/3 PCP in high temperature environment and optimization analysis of stator and rotor meshing parameters

Progressive cavity pump (PCP), which has problems such as invalid and leakage of rubber bushings, is employed in heavy oil field exploitation. In this paper, based on the thermal aging mechanical test of rubber and the fitting precision evaluation result of the constitutive model, the rubber constitutive model is optimized; the finite element model of PCP is established; the deformation law of stator bushing inner wall is quantitatively analyzed by numerical simulation method; and the phenomenon that temperature field distribution and thermal aging failure of stator rubber bushings is revealed. As results: The increase in well depth, which leads to the increase in the overall temperature of the stator bushing and the decrease of the thermal hysteresis, have greatest influence on the temperature of the stator bushing; the interference, which leads the maximum temperature increases first and then decreases, has a great impact on the thermal hysteresis; and the eccentricity have little effect on the thermal hysteresis of the stator bushing. The research results provide theoretical support to optimize stator and rotor parameter matching, recommending applicable working conditions, improving invalid of stator bushing, pump leakage and other issues.     

消防脉冲水枪喷嘴结构优化研究

为了进一步提高脉冲水枪的灭火效率，采用CFD技术对维多辛斯基曲线结构、锥直结构和锥角结构3种喷嘴结构进行选型优化。CFD数值模型采用RNG k-ε方法模拟湍流，利用VOF模型追踪管道内部及外部流场的气液界面，研究了不同喷嘴结构对气液分布、能量转化、速度分布的影响，并结合水室中水的体积分数和出口速度曲线图对喷射周期进行分析。研究结果表明:维多辛斯基曲线结构射流周期T=14.8 ms、锥直结构T=15.4 ms、锥角结构T=17 ms；维多辛斯基曲线结构和锥直结构的出口速度衰减较缓慢，喷嘴前端的圆柱结构能提高射流速度的稳定性；维多辛斯基曲线结构喷嘴的出口速度更稳定、集束性更好、能量转化率更高，且产生的射流水柱呈锥式逐渐扩散，动能集中分布在轴线附近，能有效增大喷射距离，提高脉冲水枪的灭火效率。     

天然气管道非稳态泄漏扩散的数值模拟

针对长输天然气架空管道泄漏问题,综合考虑风速随海拔变化的边界条件、管道管形及泄漏方向等因素,建立非稳态泄漏模型,对不同管道泄漏压力和不同天然气浓度边界的天然气非稳态泄漏扩散进行了数值模拟。结果表明:在天然气向下泄漏的工况下,天然气气团主要在地面积聚,呈无规则的扩散;天然气管道泄漏压力与气体泄漏扩散速度成正比,与天然气浓度边界达到稳定所需时间成反比:不同泄漏压力下天然气扩散稳定后的扩散距离及泄漏影响面积大致相同;天然气浓度边界越小,达到稳定所需时间越长。     

不同结构主扇扩散器局部阻力研究

在大主扇通风系统中多采用低压大流量风机,在风机出风段多安装扩散器,主要作用是降低出口动压提高风机静压而达到回收出风口断面动能的效果。重点分析风流在流经不同结构扩散器时的流场以及出口的动能损失,叙述了紊流过程中产生阻力的原因,实验测定风流在扩散器后的静压和出口断面的速度。通过数值模拟和实验证明:流线型扩散器局部阻力较小,且具有较高的动能回收率和扩散器效率。结果表明此内容研究对研究扩散器的最优设计参数和通风节能具有一定的指导作用。     

基于时空分布特征的煤层瓦斯测压准确性研究

为获得真实可靠的现场实测煤层瓦斯压力,实现煤层突出灾害等级科学评价和精准防治,通过理论分析、数值模拟和现场验证相结合的方法,以双重孔隙介质为基础,根据煤层瓦斯流动模型和瓦斯压力恢复曲线,分析煤层瓦斯压力测定的时空分布及准确性,并以桃园煤矿Ⅱ1采区10煤层为例,开展工程验证。研究结果表明:当基质瓦斯压力与裂隙瓦斯压力处于动态平衡时,所测得的煤层瓦斯压力最为准确;所构建的用于COMSOL解算的煤层测压瓦斯流动方程,可实现瓦斯压力时空分布的准确模拟;当煤层实测瓦斯压力恢复曲线与模拟分布特征一致且处于工程预测值范围内,可以判定结果为真实值;现场工程验证了实测瓦斯压力恢复曲线与模拟结果一致,测压结果准确。