分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在增强型地热系统(enhanced geothermal system,EGS)热开采过程中,储层渗透率受应力的影响而动态变化。为揭示裂隙岩体渗透特性和应力之间的耦合作用对系统采热性能的影响,建立双重介质热流固(thermo-hydro-mechanical,THM)耦合模型,分析基质和裂隙渗透率随应力动态变化时储层THM三场变化规律。结果表明:在热应力与水压力共同作用下,基质渗透率逐渐减小,裂隙渗透率呈指数式增加,采热速率主要由裂隙渗透率的动态变化决定,但如果忽略基质渗透率的动态变化,预测的裂隙渗透率比实际提高41.8%,热突破时间提前,会低估近2年的系统运行寿命。因此,同时考虑裂隙和基质渗透率与应力的耦合作用对合理评价EGS系统使用寿命有重要意义。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 针对当前高层建筑典型外立面形式,以长沙市同有大厦为研究对象,基于SSTk-ω湍流模型对增设阳台、不同凹凸外形及不同格栅类型等9种外立面高层建筑表面风压进行了详细分析,明确了不同外立面形式下建筑表面风压分布特性,并结合高层建筑周围流场信息,揭示了外立面形式对其表面风压的影响机理。结果表明:外立面增设阳台会导致迎风面风压系数最大值增加,背风面风压系数负值最大值减小; 同时,阳台会使来流在建筑顶层阳台顶端出现流动分离,在高层建筑迎风面顶部形成局部负压; 相比光滑立面,凹、凸立面会导致高层建筑迎风面和背风面表面风压差增加,建筑物靠近顶部区域会出现压力突变现象,且在墙角处会出现较大负值; 增设竖向格栅同样会增大高层建筑迎风面和背风面压差,而横向和矩形格栅对结构风荷载影响相对较小。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-08-13 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为研究射流冲击下混凝土的破损机理与裂纹扩展规律,基于光滑粒子流体动力学(smooth particle hydrodynamics,SPH)方法建立了磨料水射流冲击混凝土的数值模型,研究了混凝土内部的应力传播和破损方式,磨料体积分数和混凝土的孔隙率与裂纹长度、失效粒子数、坑深和坑径之间的关系。研究表明:裂纹对应力具有强阻碍作用,与边界应力波的反射叠加会使得应力区域性集中,形成中心微裂纹,以及内部破碎块; 磨料体积分数为20%与0%相比,裂纹长度增加2.30倍,失效粒子数增加3.38倍,坑深值增加4.00倍,证明射流中添加磨料会大幅提高破损效果; 混凝土的孔隙率越大,裂纹分布越发散,损伤区域面积、损伤程度和分形维数越大,证明孔隙会降低混凝土的抗压强度,孔隙率大的材料更易受损。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于平面波势函数,采用间接边界积分方程法(indirect boundary integral equation method,IBIEM)研究了双孔隙流体饱和介质中弹性波入射下二维孔洞的散射特性。推导得到了双孔隙介质中全空间二维线源动力格林函数,并给出了各散射波的位移场和应力场。在数值精度验证的基础上,以双孔隙二维饱和全空间中孔洞为例,解决了平面P、SV波入射下的地震波散射问题。数值结果表明:双重孔隙介质中的位移幅值、环向应力幅值、孔隙压力变化规律与不同入射波形,入射频率,孔隙率和边界排水条件密切相关,位移幅值在低频(无量纲频率η≤2)入射时出现峰值。环向应力幅值与干土条件相比更为复杂,基质孔压与裂缝孔压的存在增大了双重孔隙饱和介质的能量效应,总体震动趋势大于干土条件,环向应力放大可达62%。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 采用实验方法研究了气-液复合液滴撞击超疏水表面的动力学过程,考察了撞击过程中复合液滴内部空腔破裂的临界条件,及其铺展系数最大值和动态变化的特性,并分析了其与单相液滴撞击现象的区别。实验结果表明:发生空腔破裂的临界阈值随液体黏度的增加和气-液直径比的减小而增加。最大铺展系数随液体黏度和空腔尺寸的增加而减小,推导出了复合液滴空腔破裂临界阈值的理论公式,以及适用于气-液复合液滴最大铺展系数的理论模型。此外也研究了复合液滴撞击后的接触时间,发现在3种气-液直径比下,复合液滴的接触时间均小于单相液滴,并提出了无量纲接触时间随直径比变化的理论公式。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于数值模拟,研究了分离比ψ=-0.4和长高比Γ=40的腔体内的双局部行波对流的动力学特性。结果发现,对流圈在端壁产生,向中心传播,到达一定位置对流圈消失; 在矩形腔体中两端壁附近行波对流区域与中间部位无对流的传导区域同时共存,形成双局部行波对流; 双局部行波对流中的行波由腔体两端向中部传播; 腔体二分之一高度处的温度与垂直流速分布是谐波结构,波形比较光滑,浓度分布是台型结构; 随着时间的发展,垂直流速最大值稳定在某个数值周期变化,下壁面努塞尔数基本稳定在某个数值,垂直流速最大值和下壁面努塞尔数及其达到稳定的时间随着相对瑞利数r的增加而增加; 双局部行波对流稳定的存在于相对瑞利数r∈{1.52,1.57 的区间,双局部行波的对流区长度随着相对瑞利数r的增加呈良好的增加关系,并给出了双局部行波的对流区长度随着相对瑞利数r变化的拟合关系式。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-06-17 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 钠冷快堆中非能动停堆的控制棒下落规律和下落时间是控制棒设计的重要参数,是典型的水动力学问题。为解释钠冷快堆控制棒组件在落棒试验中的摆动和撞击现象,采用仿真软件动网格方法模拟研究了控制棒的下落过程,分析了影响控制棒下落规律的影响因素,提出了缓冲控制棒下落速度的方法,试验件落棒时间试验结果与数值模拟结果之间的误差为2.44%。主要结论:模拟发现控制下落过程出现晃动与偏心现象,降低控制棒重心可减缓晃动幅度; 控制棒初始偏心及下落偏心对总体下落时间影响较小; 缓冲杯底部小孔不影响缓冲效果,缓冲杯表面采用锯齿形沟槽结构可有效提高缓冲效果,锯齿形沟槽缓冲效果比矩形槽提高了47.2%。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2024-04-19 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 在大跨度倒虹吸管道中有压闸阀关闭时通常伴随着水击现象,当水击发生时,流体与固体的耦合作用同时存在。为研究发生水击时,不同关阀时间下的压力波与考虑耦合作用时结构的动力响应情况,以大跨度倒虹吸管道与拱式桥架结构为研究对象,进行整体水力计算,基于流固耦合分析理论,将整体水力模型计算得到的水击压力波作为流体部分加载条件,在workbench平台上进行双向流固耦合分析求解桥架结构的位移、内力及应力动力响应结果。结果表明:不同关阀时间工况下,水击压力波曲线的变化趋势大致相同,结构各监测点的位移时程曲线同水击压力波曲线规律基本吻合; 阀门匀速关闭时,增加闸阀的关闭时间可以作为降低倒虹吸管道水击压强的有效措施; 水击力对桥架管道的影响最大,盖梁次之,拱圈最小,结构以发生顺桥向动力响应为主。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2023-06-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 本研究讨论(大气)湍涡的动力和结构。在Taylor-Proudman定理下,强涡量受扰能整轴刚移产生强涡动黏性,使黏性力参与平衡,地转可被分离时可形成Sullivan涡解。定理所需约束条件使涡解常仅存于高涡量区,在扰动中因护刚区现象而呈涡带。涡的实际结构与2个参数定量相关并受判据函数制约。某些湍流结构及电磁波由此可定性和定量解释。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2023-06-21 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于Fluent采用大涡模拟(LES)方法,对亚临界雷诺数Re=3 900条件下错列布置三圆柱体结构群三维绕流问题进行了数值研究。为验证数值方法的正确性,选取单圆柱体工况来进行相关参数的验证,发现结果吻合较好。随后,重点分析了间距比(L/D)此关键参数对错列布置三圆柱体结构群流致特性的影响。相关结果表明:在小间距比范围内(1.5L/D2.0),中下游圆柱的平均阻力系数显著小于单圆柱工况结果; 当间距比为3.0工况下,上游圆柱的时均压力系数分布与其他间距比工况结果存在较大差异性; 小间距比工况下(L/D=1.5),柱体群尾流区存在显著的偏斜流态; 三圆柱系统的边界涡通量分布特性表明,顺流向涡主要从中游圆柱表面产生,随后进入流场中并发生变形与拉伸。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2022-11-01 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 大跨度屋盖结构已经成为建筑结构的主要形式之一,开合屋盖结构是近年来刚兴起的一种结构形式,国内通过数值模拟对大跨度开合屋盖的研究还处在起步阶段。本研究建立了4种不同开合状态的屋盖模型,并分析了在不同开合状态、不同风向角、不同风速下屋盖表面的风压特性,并在屋盖完全开启的情况下对其进行分区进而计算分区体型系数,给出合理的分区建议值,为以后的实际工程提供有效的参考。研究表明:风向角对屋盖表面风压的分布影响较大,特别是 30和 60风向角对其风压系数分布的影响较为突出。屋盖顶部的开合状态对风压分布影响也较为明显,但对风压系数值影响不大。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2022-11-01 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 为了研究碳酸盐岩储层稠油热采的井底压力变化特征,考虑温度对油度的影响和地层的应力敏感性,建立了三重介质三渗数学模型。数学模型为非线性变系数偏微分方程组,采用全隐式有限差分格式离散,用Newton-Raphson迭代法求解非线性差分方程组。差分方程组的Jacobi矩阵为三对角矩阵。利用三对角矩阵的性质求逆阵提高了迭代速度。根据计算结果绘制了试井样板曲线,进行了参数敏感性分析。研究结果表明:压力响应分为6个阶段; 不同储层中稠油的黏度依赖于温度变化的敏感性不同。具体表现为黏度对温度变化的敏感性越高则储层中压力的数值越大,各窜流阶段出现得越早,而且会缩短溶洞向裂缝窜流进行的时间并减弱其效果; 造成压力导数提前衰减。
分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2022-11-01 合作期刊: 《应用力学学报》
摘要： 基于标准k-模型,在亚临界雷诺数下(Re=3 900)对不同表面粗糙度的二维圆柱绕流进行了数值模拟研究,分析了粗糙度对升力系数、阻力系数、涡量场及表面压强分布的影响。结果表明:随着表面粗糙度的增大,阻力系数波动的峰值频率逐渐单一,升力系数和阻力系数的主导频率无规律变化,均方根升力系数和平均阻力系数减小; 尾涡排列的规则性降低,且涡泻放强度减小; 流动分离点向圆柱后方推移。在圆柱的后驻点,大粗糙度对应较小的压力系数。本研究成果有助于圆柱绕流控制技术研究。
分类： 力学 >> 流体力学 分类： 矿山工程技术 >> 油气田井开发工程 提交时间： 2022-05-12
摘要： 真实油气藏几乎都有突变界面，建立相应的渗流数学模型，其关键是突变界面处的连接条件。已有的渗流理论已确定根据质量守恒定律，在突变界面处各相渗流速度和压力都连续（CPVCM）。但通过调研文献发现：①根据CPVCM推断的突变界面两侧的流体饱和度分布存在实际的反例；②在驱替前缘，CPVCM与Rankine-Hugoniot跃变条件矛盾；③由它推导出的数值计算格式被油藏数值模拟证明会出现非物理结果而被弃用。继而回溯了文献根据质量守恒方程推导CPVCM的过程，发现这些推导过程最终都出现指代错位，即用界面上同一质点的流速代表了界面两侧不同质点的流速，实质上预置了渗流速度连续，属于自证。接着以不可压缩流体为例，同样根据质量守恒定律和两相流达西公式推导出各相流速和压力都不连续的界面条件（JPVCM），从而建议不可压缩两相渗流应将上游权函数和总流速相等作为突变界面处的连接条件。
分类： 矿山工程技术 >> 油气田井开发工程 分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2021-01-06
摘要： 多孔介质间突变界面在油气藏开发中广泛存在。传统的渗流理论认为压力和达西速度在非连续界面处是连续的，我们在以往的研究对其进行了证伪。多孔介质物性突变界面为固定界面，本文在前期不可压缩流体的基础上，以气-水两相为例，考虑流体的压缩性，建立了这类突变界面处流体压力和渗流速度的连接条件。研究结果表明，在多孔介质固定的物性突变界面：（1）总体压力必然连续，但各相流体压力可以不连续；（2）总渗流速度相等，但各相流体的渗流速度可以不连续；（3）固定突变界面与移动突变界面的连接条件不同，不能用Rankine–Hugoniot条件描述；（4）根据突变界面的连接条件以及两相达西公式根据界面两端压力以及流体分布可计算出跨物性突变界面的各相流体的流速，跨物性的突变界面的流量应取上游值
分类： 矿山工程技术 >> 油气田井开发工程 分类： 力学 >> 流体力学 提交时间： 2020-12-25
摘要： 气-液两相驱替在油气藏开发中广泛存在。传统的渗流理论认为压力和达西速度在非连续界面处是连续的，我们在以往的研究对其进行了证伪。本文在前期不可压缩流体的基础上，以气-水两相驱替为例，研究了多孔介质中移动的气-水突变界面处的压力和渗流速度的连接条件。研究结果表明，在气-水两相驱替界面处：（1）总体压连续，但流体压力可以不连续；（2）总体流速的分布可以不连续，但满足特定的函数关系；（3）流体各相渗流速度不连续。
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