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裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用

《裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用》是2012年东北大学出版社出版的书籍,作者是张树光、李永靖。

裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用基本信息

裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用图书目录

第一章 概 述

第一节 深部岩体的高温问题

第二节 我国深井地温状况

第三节 国内外研究现状

第二章 岩体传热的基本理论

第一节 岩体传热中的工程热力学

第二节 热传导基本方程

第三节 岩体中的对流传热

第三章 裂隙岩体的导热性分析与测试

第一节 裂隙岩体传热原理

第二节 裂隙岩体流热耦合导热系数测定方法

第三节 流热耦合导热系数的测试结果分析

第四章 单裂隙岩体的水一岩传热分析

第一节 岩体的结构性

’ 第二节 单裂隙水流瞬态温度场理论分析

第三节 单裂隙水流作用下裂隙岩体稳定温度场分析

第五章 深部巷道围岩温度场分析

第一节 地下岩体温度场的基本特征

第二节 深部巷道围岩温度场的形成机制

第三节 深部巷道围岩温度场耦合模拟分析

第六章 裂隙岩体的渗流一温度耦合分析

第一节 裂隙岩体渗流场与温度场耦合作用

第二节 裂隙岩体的流热耦合控制方程

第三节 渗流作用下裂隙岩体温度场的数值模拟

第七章 裂隙岩体的应力一温度耦合分析

第一节 裂隙岩体的本构方程

第二节 温度作用下巷道围岩的应力场分布

第三节 应力作用下巷道围岩的温度场分布

第八章 裂隙岩体的应力与渗流耦合分析

第一节 裂隙岩体应力与渗流耦合的基本理论

第二节 岩体应力与渗流的耦合关系

第三节 巷道围岩应力渗流耦合分析

第九章 裂隙岩体的流固耦合传热分析

第一节 裂隙岩体的渗流一应力一温度耦合数学模型

第二节 巷道围岩温度场的流固耦合数值模拟分析

第三节 裂隙岩体温度场的流固耦合作用机理分析

第十章 裂隙岩体传热影响因素的反分析

第一节 岩体孔隙率对传热的影响

第二节 岩体裂隙对传热的影响

第三节 流体流速对传热的影响

第四节 流体黏性对传热的影响

第十一章 岩土体传热在工程中的应用

第一节 含水地层巷道围岩的温度场

第二节 风流与围岩换热的数值模拟分析

第三节 土体传热在冻结法施工中的应用

参考文献

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裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用造价信息

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裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用内容简介

张树光、李永靖编写的这本《裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用》针对高温矿井的工程实际,建立含水裂隙岩体的二维和三维传热模型,对裂隙岩体渗流-应力-温度三场耦合作用下的二维模型、渗流-温度耦合作用下的三维模型,通过有限元计算和分析,获得岩体的流固耦合传热机理。基于信息元数据模型,选取影响岩土体导热能力的物理参数作为信息元,单独分析孔隙率、裂隙、裂隙水流速和流体黏性作为信息元对岩土体传热的不同作用,得出信息元和等效导热系数之间的关系及对岩体温度场的影响,建立深部岩体的流固耦合传热机理理论,为矿井热害治理提供基础。

《裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用》可供矿井高温治理和工程热物理等方面的科学技术与教学人员参考。

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裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用常见问题

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裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用文献

在裂隙岩体中开挖隧道的双场耦合蠕变分析 在裂隙岩体中开挖隧道的双场耦合蠕变分析

在裂隙岩体中开挖隧道的双场耦合蠕变分析

格式:pdf

大小:385KB

页数: 6页

运用黏弹性断裂、蠕变理论,对裂隙围岩在开挖时的蠕变现象进行分析,建立了隧道开挖的双场耦合蠕变模型。运用Laplace转换,推导出围岩的径向位移函数表达式,分析了应力卸荷、渗流力的作用以及节理裂隙分布对径向位移的影响。同时,利用FLAC中的FISH语言编写了FISH函数,将计算隧道模型的数值及解析结果与实测数据进行了比较。计算结果表明,径向最大位移变化量并不在主应力最大方向,也不在隧道顶端,而是受地应力分布、渗透水压和节理分布综合作用形成偏压位移,其结果可为隧道支护提供借鉴。

裂隙岩体渗透结构类型分析 裂隙岩体渗透结构类型分析

裂隙岩体渗透结构类型分析

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大小:385KB

页数: 8页

岩体的渗透结构控制着裂隙岩体的宏观渗透特征,而控制着岩体渗透结构类型的地质因素却是复杂多样。在实际工程岩体中,裂隙岩体的渗透结构通常是由基本渗透结构经过组合叠加而形成的复合渗透结构类型。本文通过野外调研和室内统计分析,总结了裂隙岩体中广泛存在的5种基本渗透结构类型及其4种组合形式的复合渗透结构类型及其渗流特征,分别归为Ⅰ-Ⅱ型、Ⅲ-Ⅳ型、Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型和Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ型。并选择一工程实例,运用裂隙岩体复合渗透结构类型的分析方法,分析了西南某水电站主厂房和开关站边坡岩体的复合渗透结构类型以Ⅲ-Ⅳ型和Ⅰ-Ⅲ-Ⅳ型为主,更符合实际情况。

流固耦合传热计算

流固耦合传热计算 的关键是实现流体与固体边界上的热量传递。由能量守恒可知 ,在流固耦合的交界面 ,固体传出的热量应等于流体吸收的热量,因此 ,流固边界面上的热量传递过程可表示为

。式中:
为固体导热系数;
为对流换热系数 ,
为固体壁面温度 ;
乃为流体温度。

在求解流固耦合的瞬态温度场时,流体区域可按准稳态流场处理,即不考虑流场的动量和湍方程,则其控制方程式

·( ρVφ) =
·( ΓVφ) S 简化为仅包含温度变量,其他变量均视为定值,即
·( ρVφ) =
·( ΓVφ) S。

固体区域控制方程以其基本导热方程表示为

,h 为显焓; λ 为导热系数;
为体积热源。等号左边第 1 项表示固体能量随时间的变化,右边 2 项分别表示传导引起的热流以及固内部的体积热源。对于各向异性导热的,其热传导项为 Δ·( λljΔT) ,λlj 为导热率张量。

流固交界面上不考虑发生的辐射、烧蚀相变等过程,则流固交界面上满足能量连续性条件,即温度和热流密度相等。具体控制方程式为

,式中:
分别为流体温度和导热系数;
分别为固体温度和导热系数;
分别为流固交界面上流体侧和固体侧的热流密度;
为流固交界面法向量。

上述构成了流固耦合瞬态温度场控制方程,可以使用分区瞬态紧耦合算法进行求解。即在每个[t,t Δt]时间步长内,完成如下计算步骤:

1) 假定耦合边界上的温度分布,作为流体区域的边界条件。

2) 对其中流体区域进行稳态求解,得出耦合边界上的局部热流密度和温度梯度,作为固体区域的边界条件。

3) 求解固体区域,得出耦合边界上新的温度分布,作为流体区域的边界条件。

4) 重复 2) 、3) 两步计算,直到收敛。

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流固耦合传热相关研究

流固耦合传热紧耦合

Stokos、Hooper、Kazemi-Kamyab等开发了将流体及固体内所有物理过程进行瞬态紧耦合算法,能使计算结果与实验结果高度吻合。但是,该瞬态紧耦合计算需要消耗大量的计算资源,难以用于解决实际复杂工程问题。

根据问题的特征,有些研究者近似认为在计算时间内,某些参数的状态是不变的,进而直接将瞬态问题转化为稳态问题。对于绝大多说不能通过准稳态处理直接转化为稳态问题的瞬态问题,有些研究者主张保留耦合的非稳态特性,提出各部分分别进行瞬态求解,并通过边界条件、参数值及活动网格等方式进行实时信息交互的瞬态松耦合传热问题的求解。如 Bauman 和Kazemi-Kamyab等针对高超声速流中固体表面带辐射及烧蚀相变过程的流固耦合强制对流传热问题,提出将流体 Navier-Stokes 方程与固体导热、辐射及烧蚀相变过程分别进行瞬态求解,并利用流体数值计算结果对其他求解方程的边界温度和热流加以修正,直至迭代收敛。Lohner 等针对飞机气弹分析中带固体形变的流固耦合传热问题,将流体 Navier-Stokes 方程及固体导热和应变方程分别求解,并利用流体数值计算结果对其他求解方程的边界温度和热流加以修正,同时利用固体应变方程的计算结果修正流体耦合边界位置和速度边界条件,直至迭代收敛。

流固耦合传热松耦合

有些研究者提出了基于准稳态流场的松耦合算法,即近似认为在整个流固耦合传热过程中,流场处于若干个准稳态,每一个准稳态的流场都使用稳态 Navier-Stokes 方程求解。如 Kontinos结合二维边界单元法和高超声速计算流体力学( CFD) 算法的松耦合算法,分析了高超声速流与机翼前缘的耦合传热问题。Chen 和Zhang等交替进行稳态流场计算与固体烧蚀和瞬态导热的松耦合算法计算了带烧蚀的流固耦合传热问题。2100433B

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流固耦合传热基本概念

对于某些流体与固体之间的对流换热问题 ,热边界条件无法预先给定,而是受到流体与壁面之间相互作用的制约。这时无论界面上的温度还是热流密度都应看成是计算结果的一 部分,而不是 已知条件。像这类热边界条

件是由热量交换过程动态地加 以决定而不能预先规定的问题 ,称为流固耦合传热问题。

用流固耦合传热方法可以将流体与固体之间复杂的外边界条件变成相对简单的内边界进行处理,不但减少了边界条件,又符合实际状态 从而提高了仿真的合理性和精度 。

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