岩溶洼地建库背景下水-气耦合试验相似材料研制

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作者 邰胜平 陈世万 +1 位作者 郑克勋 沈春勇 《人民长江》 北大核心 2024年第1期168-174,共7页

在岩溶洼地建库研究中,为研制出满足水-气耦合模拟试验所需的相似材料,以砂子、普通水泥、石膏为原料,设计了4组不同粒径级配的试验组。通过岩石低渗测试技术和核磁共振分析技术,分析了4组不同颗粒级配相似材料的渗透率、孔隙分布及逾... 在岩溶洼地建库研究中,为研制出满足水-气耦合模拟试验所需的相似材料,以砂子、普通水泥、石膏为原料,设计了4组不同粒径级配的试验组。通过岩石低渗测试技术和核磁共振分析技术,分析了4组不同颗粒级配相似材料的渗透率、孔隙分布及逾渗特征。研究结果表明:在分形维数Df=1.68~2.31范围内,相似材料的渗透率随颗粒级配分形维数增加而线性增大。4组试样中,分形维数越大,则材料内孔隙总量越多,孔径分布越集中,对应的主控孔隙尺寸降低。随着分形维数的增大,灰度阈值升高,逾渗阈值降低,材料越容易发生逾渗。基于实测渗透率,建立了相似材料的渗透率计算模型,计算值与实测值吻合度较高。研究成果成功运用于岩溶洼地模型试验并取得显著效果,为进一步研究水-气作用提供了合适的试验材料。 展开更多

关键词 岩溶洼地 水-气耦合 相似模拟试验 渗透率 分形维数 核磁共振

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大气-水耦合模式下三维太湖湖流场研究 被引量：10

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作者 逄勇 濮培民 《湖泊科学》 EI CAS CSCD 1996年第2期97-102,共6页

利用太湖区域的大气边界层三维数值模式和三维水动力学数值模式,采用气-水耦合方法,对太湖的风生流特征进行了深入研究。结果表明,太湖区域大气边界层风场具有明显的时空变化特征,与均匀定常风作用下的太湖流场相比,大气-水耦合模式下... 利用太湖区域的大气边界层三维数值模式和三维水动力学数值模式,采用气-水耦合方法,对太湖的风生流特征进行了深入研究。结果表明,太湖区域大气边界层风场具有明显的时空变化特征,与均匀定常风作用下的太湖流场相比,大气-水耦合模式下太湖流场变化较大,形成稳定湖流场所需的时间也较长。三维模式计算出的流速值明显比二维模式大(表层约大一倍,整层平均约大50％),且与实际观测值符合较好。故即使对于像太湖这样的浅水湖泊,三维水动力学模式的应用仍然是很必要的。模拟结果中还发现湖流的上下流矢有时出现非常大的切变,甚至达到了180°。由于浅水湖中仍存在两个边界层(水-气和水-土),故浅水湖中存在流矢的巨大切变是可能的。 展开更多

关键词 气-水耦合模式 太湖 湖流场特征 数值模拟

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漂浮式风机气-水动力耦合下的独立变桨控制方法 被引量：6

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作者 周腊吾 杨彬佑 +2 位作者 韩兵 李飞龙 胡舟 《电工技术学报》 EI CSCD 北大核心 2019年第17期3607-3614,共8页

提出一种漂浮式风机(FOWT)气-水动力耦合下基于径向基函数神经网络(RBFNN)的独立变桨控制方法。首先,考虑风剪切效应和塔影效应,建立更精确的气动模型,将气动模型与水动模型耦合,得到风浪流扰动下的相对风速。在此基础上,采用径向基函数... 提出一种漂浮式风机(FOWT)气-水动力耦合下基于径向基函数神经网络(RBFNN)的独立变桨控制方法。首先,考虑风剪切效应和塔影效应,建立更精确的气动模型,将气动模型与水动模型耦合,得到风浪流扰动下的相对风速。在此基础上,采用径向基函数(RBF)神经网络逼近变桨控制系统未知的非线性函数,通过Lyapunov方法导出自适应率,在线调整神经网络权值来改善所提出的独立变桨控制系统的动态性能。在FAST-Matlab/Simulink联合仿真的基础上,将该文所提控制方法和传统PI控制方法进行对比结果表明,该文所提方法能够更有效地实现FOWT输出功率的稳定,并在一定程度上减小了漂浮基础的载荷波动和俯仰振荡。 展开更多

关键词 漂浮式风机 变桨控制 气-水动力耦合 多自由度

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降雨入渗引起非饱和土边坡破坏的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元分析 被引量：36

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作者 熊勇林 朱合华 +1 位作者 叶冠林 叶斌 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第1期284-290,共7页

为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等^([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑... 为了全面地了解降雨入渗引起的边坡失稳破坏机制,基于有限元-有限差分理论(FE-FD scheme)的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元数值分析方法被提出。程序中采用了Zhang等^([1])提出的以Bishop有效应力和饱和度作为状态变量的非饱和土弹塑性本构模型,从而可以连续地描述在降雨入渗时土体由非饱和状态转化为饱和状态过程中力学特性的变化。同时用Green-Naghdi客观应力速率张量来考虑边坡失稳过程中的大变形问题。程序不仅可以模拟由于降雨入渗引起的水分迁移、孔隙水/气压力变化的过程,而且可以很好地反映出由于降雨入渗所引起的边坡变形、塑性剪切带形成等力学行为。选取室内边坡模型试验为研究对象,用所提出的水-土-气三相渗流-变形耦合有限元程序来进行数值模拟,并与试验结果对比,验证了所提出的有限元数值方法的有用性。 展开更多

关键词 水-土-气耦合分析 渗流-变形耦合分析 有限元 非饱和 降雨入渗 边坡破坏

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黄土覆盖层水–气耦合运移土柱试验及数值模拟 被引量：13

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作者 詹良通 邱清文 +2 位作者 杨益彪 徐文杰 陈云敏 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第6期969-977,共9页

基于水分储存与释放机理的土质覆盖层在干旱和半干旱地区垃圾填埋场具有较好的应用前景。前人研究土质覆盖层大多侧重于其雨水存储及防渗性能,忽略了填埋气在覆盖层中的运移及其影响。通过在黄土土柱底部通入甲烷和二氧化碳等比例混合... 基于水分储存与释放机理的土质覆盖层在干旱和半干旱地区垃圾填埋场具有较好的应用前景。前人研究土质覆盖层大多侧重于其雨水存储及防渗性能,忽略了填埋气在覆盖层中的运移及其影响。通过在黄土土柱底部通入甲烷和二氧化碳等比例混合气体模拟填埋气在覆盖层运移,在土柱顶部施加3 cm常水头模拟雨水入渗对黄土覆盖层中气压分布以及各气体组分分布的影响。基于试验结果,利用商业软件Geo-Studio中的Air/W模块对黄土覆盖层水–气耦合运移进行了数值模拟与分析。研究结果表明:模拟雨水入渗降低了上层黄土的导气系数,导致土柱中气压显著增加,呈现出先增加至"突破值"然后回落至"稳定值";气压"突破值"约等于上部土体进气值;数值模拟能较好地模拟水分入渗过程并捕捉到气压变化趋势,但由于其无法模拟多组分填埋气在土柱中的复杂物理过程,导致气压的模拟结果与实测值存在差距。本文为更准确模拟分析土质覆盖层中水与填埋气耦合运移过程提供了一些建议。 展开更多

关键词 黄土覆盖层 土柱试验 水-气耦合运移 气压 雨水入渗

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孔隙气压对核废物地质处置热-流-固耦合影响的有限元分析 被引量：1

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作者 张玉军 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第5期1451-1457,共7页

为考察孔隙气体压力对高放废物地质处置中的热-流-固耦合过程的影响,借用Leiws等建立的可变形孔隙介质中非等温空气流和水流模型,在其水连续性方程中加入了温度梯度引起的水分扩散项,研制出相应的热-水-气-应力耦合弹塑性二维有限元程... 为考察孔隙气体压力对高放废物地质处置中的热-流-固耦合过程的影响,借用Leiws等建立的可变形孔隙介质中非等温空气流和水流模型,在其水连续性方程中加入了温度梯度引起的水分扩散项,研制出相应的热-水-气-应力耦合弹塑性二维有限元程序。针对一个假定的高放废物地质处置库模型,在相同的初始温度、孔隙水压力和岩体应力条件下,取3种缓冲层中的初始孔隙气体压力,通过数值模拟考察了处置库近场的主应力、饱和度、气和水的流速、温度和孔隙压力的分布与变化。结果显示,当缓冲层中的初始孔隙气压力较高时,其对围岩中应力影响较大。 展开更多

关键词 岩土力学 孔隙气压 热-水-气-应力耦合 核废物 地质处置 有限元分析

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起伏管道内水流冲击滞留气团的三维动态特性模拟 被引量：14

7

作者 卢坤铭 周领 +2 位作者 曹波 刘德有 王欢 《排灌机械工程学报》 EI CSCD 北大核心 2020年第4期384-389,402,共7页

采用三维CFD方法对起伏管道内水-气耦合作用的过程进行建模和模拟,研究气团压缩-膨胀-变形的三维动态特性.在考虑气团压缩性、水体弹性基础上,采用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε这3种湍流模型进行模拟研究,并将三维计算结... 采用三维CFD方法对起伏管道内水-气耦合作用的过程进行建模和模拟,研究气团压缩-膨胀-变形的三维动态特性.在考虑气团压缩性、水体弹性基础上,采用Standard k-ε、RNG k-ε和Realizable k-ε这3种湍流模型进行模拟研究,并将三维计算结果、现有一维模型计算结果与试验结果进行了对比分析.结果表明:与一维模型相比,所采用的三维CFD模型能够较准确地模拟起伏管道内水流冲击滞留气团瞬变过程中气水形态变化和压力波动;Standard k-ε湍流模型能够较好地模拟压力峰值和波动周期,RNG k-ε、Realizable k-ε湍流模型次之;整个过程中,水-气两相互相掺混,水-气交界面自由变化,并不垂直于管道中心线,与管道中心线呈一定的夹角存在;三维CFD计算结果可以很好地模拟较短长度气团的动态特性变化. 展开更多

关键词 起伏管道 滞留气团 水-气耦合 动态特性 瞬变流

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导弹水下点火推力峰值问题的数值研究 被引量：18

8

作者 张有为 王晓宏 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期298-301,共4页

通过对燃烧室内燃气采用常微分控制方程,对喷管-燃气泡流场采用准一维模型,数值研究了导弹水下点火初期推力峰值与燃气泡初始体积、喷管尾盖打开压强、发射深度等参数的关系。对水流场采用势流理论并通过边界元方法求解,水流场和燃气泡... 通过对燃烧室内燃气采用常微分控制方程,对喷管-燃气泡流场采用准一维模型,数值研究了导弹水下点火初期推力峰值与燃气泡初始体积、喷管尾盖打开压强、发射深度等参数的关系。对水流场采用势流理论并通过边界元方法求解,水流场和燃气泡流场由交界面上的压力连续和速度连续条件相互耦合;利用准一维气流场模型计算得到的结果表明导弹在水下点火后瞬间所受推力将急剧增大,与利用球形气泡模型得到的结果一致。计算结果还表明推力峰值随着燃气泡初始体积的增加迅速降低,随着喷管尾盖打开压强的增加而增大,随尾盖质量的增加而增大;在一定范围内发射深度的变化对推力峰值影响较小,计算结果可为工程设计部门提供参考。 展开更多

关键词 导弹 水下点火 气-水耦合 喷管 推力

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煤层气原位注热开采的数值模拟研究及工程实践 被引量：10

9

作者 胡林杰 冯增朝 +4 位作者 周动 王幸 石建行 沈永星 赵东 《煤炭学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第12期4473-4486,共14页

煤层的低渗透性和甲烷的强吸附特征是制约煤层气开采的关键性问题,如何快速高效开采煤层气是目前煤层气开采研究中的重要课题。首先基于构建的水-气-热-固耦合数学模型,建立了煤层气注热开采的物理模型并验证了模型的正确性,然后从水气... 煤层的低渗透性和甲烷的强吸附特征是制约煤层气开采的关键性问题,如何快速高效开采煤层气是目前煤层气开采研究中的重要课题。首先基于构建的水-气-热-固耦合数学模型,建立了煤层气注热开采的物理模型并验证了模型的正确性,然后从水气运移角度分析了注热方法的产气规律,最后在煤矿井下进行了现场注热试验。数值模拟结果表明:煤层气注热开采过程中水气运移遵循“前期排水,后期采气”的变化规律。煤层中的水对甲烷的解吸和运移产生了重要的影响。注热过程中水占据了甲烷的运移通道,水对甲烷的抑制作用大于温度的促进作用;注热后的抽采过程中,高温促进了甲烷的解吸,解除了水对甲烷的抑制作用,使煤层气的产量大幅度提高。通过现场注热试验,已经形成了2种成熟的井下注热强化煤层气开采方法,即间歇注热方法和交替注热方法。2种注热方法具有相似的产气规律,即注热阶段的日产气量和甲烷体积分数一般比较低,而注热后抽采阶段的日产气量和甲烷体积分数均大幅度提高。现场注热试验结果表明,与传统的负压抽采方法相比,间歇注热方法可以使甲烷的体积分数和日产气量分别提高10倍和100倍以上,交替注热方法可以使甲烷的体积分数和日产气量分别提高10倍和50倍以上。现场注热试验结果与数值模拟结果共同表明,注热强化煤层气抽采的效果显著,注热后抽采阶段是煤层气的高产时间段。 展开更多

关键词 煤层气开采 原位注热试验 水-气-热-固耦合模型 水-气两相运移

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降雨入渗条件下双层非饱和土边坡渐进性破坏数值分析 被引量：7

10

作者 洪心怡 刘志强 +1 位作者 胡春洋 熊勇林 《自然灾害学报》 CSCD 北大核心 2023年第2期71-80,共10页

为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理,提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型,使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化,进... 为了研究降雨入渗引起的双层非饱和土边坡的破坏机理,提出了渗透变形水-土-气三相耦合的有限元数值分析方法。计算程序中通过采用合理的非饱和土弹塑性本构模型,使其可描述双层非饱和土边坡在降雨入渗时的渗透-变形耦合力学特性变化,进而更加清晰明了地阐述非饱和土边坡的破坏机理。以2层不同湿密度的非饱和砂土边坡的模型实验作为研究对象,采用所提出的数值计算方法对不同降雨强度(50、100 mm/h)与双层坡角(59°和68.3°)等4个工况进行了数值模拟分析。与试验结果对比可知,数值模拟结果可以很好地再现试验观测现象,包括不同工况下的孔隙水压力变化、破坏时间。计算结果表明:1)由于2个土层的透水系数有所差异,水在2个土层之间的水分迁移较为缓慢。2)坡角越小(59°)或者降雨强度越小(50 mm/h),边坡破坏所需要的时间越长。3)在降雨过程中塑性破坏是从边坡左侧的坡趾附近开始,逐渐延伸至坡顶,最后形成一条贯穿整个边坡的塑性剪切带。4)边坡左侧的土体整体沿着滑动带向下滑动。在降雨强度较大(100 mm/h)的情况下,边坡滑动的规模相对较小。 展开更多

关键词 失稳破坏 有限元数值计算 非饱和土边坡 土-水-气三相耦合 降雨入渗

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基于TMD的单柱式海上风力发电机系统动态特性分析 被引量：4

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作者 陈易明 朱才朝 +2 位作者 宋朝省 陈旭 谭建军 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第10期276-284,共9页

以NREL 5 MW单柱式海上风力发电机为研究对象,引入调谐质量阻尼器(TMD),考虑叶片和塔架的柔性,随机风载和控制策略,建立基于结构动力学、空气动力学以及水动力学的气-弹-水-控系统耦合动力学模型。在风-浪联合作用下,研究风力发电机启... 以NREL 5 MW单柱式海上风力发电机为研究对象,引入调谐质量阻尼器(TMD),考虑叶片和塔架的柔性,随机风载和控制策略,建立基于结构动力学、空气动力学以及水动力学的气-弹-水-控系统耦合动力学模型。在风-浪联合作用下,研究风力发电机启动、正常发电和应急停机等工况时系统动态特性,分析TMD对整机振动的抑制效果。结果表明:在启动工况下,当TMD初始位置位于塔架中心时,整机振动与控制策略直接相关,当TMD初始位置偏移量为正时,塔架顶端振动位移和塔架根部绕Y轴弯矩幅值明显增加,当偏移量为1~2 m时,位移振动幅值增大4.2~5.1倍,弯矩振动幅值增大3.9~4.8倍;在正常发电工况下TMD能够有效降低整机振动幅值,TMD初始位置对其影响较小;在应急停机工况下TMD对塔架受到瞬时冲击振动抑制效果明显,振动抑制率为57.69%,而TMD初始安装位置对其抑制效果影响较小。 展开更多

关键词 海上风力发电机 动态响应 振动控制 气-弹-水-控耦合系统 调谐质量阻尼器

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虚拟仿真APP开发在土体孔隙细观两相渗流研究中的应用 被引量：1

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作者 蔡沛辰 阙云 李显 《水资源与水工程学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期207-214,共8页

为揭示土体孔隙结构对细观渗流机理的影响,并探寻一种简便、高效的研究方法,选取福建省福州市某地原状花岗岩残积土作为研究对象,以水-气两相耦合问题为例,基于计算机断层扫描(CT)和虚拟仿真APP开发技术研究土体孔隙中细观渗流规律。结... 为揭示土体孔隙结构对细观渗流机理的影响,并探寻一种简便、高效的研究方法,选取福建省福州市某地原状花岗岩残积土作为研究对象,以水-气两相耦合问题为例,基于计算机断层扫描(CT)和虚拟仿真APP开发技术研究土体孔隙中细观渗流规律。结果表明:水-气两相渗流过程存在大孔隙优先流特征,且“绕流”现象一般易于出现在孔隙成圆度较高部位。受水、气相参数的限制,部分死角孔隙形成了只含气相的封闭空间。两相渗流速度主要受孔道迂回程度控制,孔径大、弯曲程度低的孔隙中渗流速度相对较大,且存在明显的“优势通道”。发生“绕流”现象部位的流速远小于其周围的渗流流速。土体孔隙两相渗流压力场分布存在不均匀性。仿真APP可将复杂的理论和物理场封装起来,使科研工作者面对友好的自定义界面,可极大提高科研效率。 展开更多

关键词 土体孔隙结构 细观渗流 水-气两相耦合 计算机断层扫描切片 APP开发

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